Испытание и проверки состояния измерительных трансформаторов

Испытание, методика измерительных трансформаторов напряжения и тока

Измерительные трансформаторы (ИТ) напряжения и тока выполняют задачу питания цепей учета, сигнализации, автоматизации и защиты в электроустановках. Контроль параметров напряжения питания и тока нагрузки – еще одно важное предназначение измерительного трансформатора.

Измерительные трансформаторы – это один из ключевых факторов функциональности безопасной и бесперебойной систем электроснабжения. ИТ выступают связующим звеном между первичным и вторичным оборудованием.

Так, измерительные трансформаторы тока — это устройства для преобразования одной измеряемой величины тока в другую, меньшую. Устройства необходимы для расширения пределов измерения существующих измерительных приборов, так как на большие токи такие приборы сделать экономически нецелесообразно. Гораздо проще поставить устройство которое из 200А нагрузки сделает 5А.для измерения.

Цель испытания измерительных трансформаторов

Испытания ИТ крайне важны, поскольку помогают проверить качество их сборки в производстве, установки, наладки и запуска в эксплуатацию, а также убедиться, что ИТ функционирует согласно техническим характеристикам.

Для повышения эффективности производства и обеспечения высокого качества сборки и функционирования ИТ важно проводить измерения на протяжении всего жизненного цикла трансформаторов.

Для трансформаторов тока (ТТ) и трансформаторов напряжения (ТН) главной задачей считается выполнение контрольных испытаний и проверка изоляции первичной и вторичной обмоток вместе с железом сердечника.

Проверка и наладка работы высоковольтных измерительных трансформаторов

Зачем испытывать измерительные трансформаторы

В процессе работы ИТ, на их состоние влияют несколько факторов, которые вызваны, по большей мере, ошибками в эксплуатации. Выявить причины сбоев в конструкции измерительного трансформатора и является причина испытаний. Рассмотрим основные факторы, которые влияют на сбои в эксплуатации трансформатора.

Типовые причины сбоев в работе ИТ

Дефекты разработки. Чаще всего связаны с магнитным сердечником, системой изоляции или коэффициентом трансформации
Дефекты производства. Обрывы цепи, короткое замыкание, пробой изоляции
Работа не соответствует техническим характеристикам. Слишком низкая/высокая нагрузка, неправильные показатели тока/напряжения
Электрические воздействия. Коммутационное или электрическое перенапряжение, ток КЗ
Износ/старение/коррозия изоляции обмоток, кортпуса, электротехнической стали. Влага, кислоты, кислород, загрязнения, утечки

Испытания позволяют предупредить некоторые факторы, влияющие на состояние ИТ:

В процессе производства Получение точных данных о состоянии и работе ИТ на определенных стадиях его изготовления позволяет избежать выпуска неточных или бракованных устройств и соответственно повысить эффективность производства.
После изготовления Определите фактические характеристики работы ИТ согласно стандартам и получите эталонные показатели, с которыми можно будет сравнивать результаты последующих проверок.
После транспортировки к месту установки или складирования Испытание ИТ после транспортировки позволяет убедиться, что устройству не нанесены механические повреждения и оно по-прежнему работает согласно техническим характеристикам.
Во время монтажа и пусконаладки Убедитесь, что ИТ установлен надлежащим образом и работает в среде эксплуатации согласно техническим характеристикам.
В процессе профилактических испытаний. Регулярная диагностика состояния ИТ позволяет избежать поломок, аварий и длительных простоев оборудования.

Причины производства измерений и испытаний

Диагностика ИТ помогает оценить состояние трансформатора, как элемента надёжной, безопасной и экономически выгодной системы электроснабжения. Благодаря точной работе ИТ вторичные цепи подстанции обтекаются токами и напряжениями, пропорциональными первичным.

В индуктивных трансформаторах тока и напряжения (ТТ и ТН) и емкостных трансформаторах напряжения (ЕТН) могут со временем возникать отклонения от коэффициента трансформации и качания фазового угла.

В ходе работы, под воздействием разных нагрузок, токов и напряжений, в ИТ могут измениться значения погрешности коэффициента трансформации и сдвига фаз, что повлияет на способность трансформатора выполнять свои функции согласно заявленной точности.

Кроме того, такие дефекты, как КЗ в витках трансформаторов тока и пробой емкостных слоев в пакетном конденсаторе ЕТН, часто остаются незамеченными.

Все это ведет к ошибкам показателей, финансовым убыткам, а иногда и к полному отказу оборудования. Измерение точности можно проводить на этапе производства, в испытательных лабораториях или на месте эксплуатации.

Аппарат АИСТ 100М лоя испытания высоковольтного электрооборудования повышенным напряжением промышленной частоты

Объем и особенности испытаний ТН

Испытания измерительных трансформаторов по правилам техники безопасности и охраны труда

Испытания ТН сопровождаются некоторыми особенностями.

При измерении прочности изоляции ТН первичную обмотку необходимо заземлить. Иначе замер выполнить нельзя.

Подачу повышенного напряжения при выполнении испытаний трансформатора напряжения допускается не выполнять. Например, ТН 35-110 – ЗНОМ, НКФ, НАМИ на 10 кВ и заземляемые трансформаторы напряжения марки (ЗНОЛ) измерения состояния обмоток следует производить мегомметром на 2500В.

Важно: нельзя забывать, что у большинства ТН ослаблена изоляция одного из вводов. Поэтому для измерения и контроля сопротивления пользуются мегомметрами на 2500В.

Особенности применения повышенного напряжения для испытаний ТН

Испытания повышенным напряжением на 50Гц выполняют для ТН с изолированными выводами подачей Uном.
Испытания для ТН с выводами с фарфоровым изолятором длятся одну минуту.
Для ТН с изоляторами из органики продолжается 5 мин.
Для вторичной обмотки приложенное напряжение используемое и для контролируемых цепей управления и измерения равно 1кВ, действует в течение 1 мин;
Для 3-х фазных ТН обязательно проверять правильность группы соединения обмоток;
Измерение тока и потерь ХХ.

Измерение и контроль диэлектрической прочности изоляции обмоток постоянному току выполняется для ТН с обмотками каскадного типа. Результат должен не отличаться от значений заводских параметров на 2%.

Периодичность проведения испытаний для ТН

Испытание жидкого диэлектрика, которым является трансформаторное масло зависит от напряжения и выполняется в период от 2 до 4 лет.

Обмотки ТН проверяется на воздействие постоянным током, замеры фиксируются для всех положений переключателя обмоток трансформатора.

Периодичность испытаний измерительных трансформаторов определяется руководителем, ответственным за электрохозяйство предприятия, участка.

Трансформаторы напряжения серии НОМ предназначены для работы в комплекте с измерительными приборами и в цепях защиты и сигнализации в электрических системах с номинальным напряжением от 6 до 35 кВ включительно. Трансформаторы являются масштабными преобразователями и предназначены для выработки сигнала измерительной информации для электрических измерительных приборов и цепей защиты и сигнализации в сетях с изолированной нейтралью.

Испытания для трансформатора тока

Использование измерительных трансформаторов тока требуется для систем учета электроэнергии в системах расчета с потребителем.

Стандартное испытательное напряжение рекомендуемое ТТ – 3кВ, подача осуществляется в одноминутный период.

Объем проверок и испытаний ТТ

В перечень основных испытаний и проверок ТТ входят следующие испытания и измерения:

прочности изоляции первичной и вторичной обмотки;
тангенса угла потерь;
контроль величины сопротивления обмоток подачей повышенного напряжения;
определение характеристик намагничивания;
проверка (Ктр) коэффициента трансформации;
состояния прочности обмоток постоянному току;
на пробивную прочность трансформаторного масла;
соблюдение полярности обмоток.

Основная задача сотрудников электролаборатории – достоверность и точность результата, поэтому все требования испытательных мероприятий обязательно соблюдаются.

Условия получения достоверных сведений при испытании измерительных трансформаторов

К благоприятным условиям для проверок и испытаний относятся:

температура окружающего воздуха– +10^оС;
контроль нагрева обмоток, нужно чтобы нагрев был больше температуры воздуха, контроль производится по состоянию масла или внутри корпуса устройства;
принимается во внимание наличие конденсата – его быть не должно;
испытания разрешено делать вместе с ошиновкой и присоединенными устройствами;
испытания проводят только на чистых устройствах.

Оборудование для испытаний

Для получения верных результатов в испытательном парке электролаборатории «Гефест» имеются современные точные приборы и оборудование:

мегомметры на напряжение 1000 и 2500В для обмоток НН и ВН;
измерительный мост постоянного тока (например, Р333) с точностью измерения – 0,001Ом (для проверок постоянному току);
измерительные установки современных модификаций, например, АИИ-70 и АИД-70 и других (для испытания повышенным напряжением);
измерительный комплект К-50 покажет точные результаты при измерении потерь на ХХ;
современное универсальное испытательное устройство CPC-100.

Парк измерительных приборов и оборудования постоянно обновляется, выполняется обязательная периодическая сертификация и поверка в органах ЦСМ.

Проверки и испытания выполняются сотрудниками компании в сопровождении ответственных лиц со стороны заказчика и только с соблюдением правил техники безопасности и ПУЭ. Уровень подготовки работников подтверждается квалификационными документами и удостоверениями с указанием группы допуска.

Документация по сдаче итогов испытаний

По окончании работы оформляется соответствующий акт, состоящий из установленной формы двух протоколов испытаний с заключением и рекомендациями к дальнейшей эксплуатации оборудования.

Вопросы и ответы

Какое главное назначение измерительных трансформаторов тока?

Во-первых. Устройства необходимы для расширения пределов измерения существующих измерительных приборов.

Второе назначение этих трансформаторов актуально для электроустановок выше 1000В – это гальваническое разделении цепей. Первичная обмотка трансформатора тока изолирована от вторичной и на ней отсутствует потенциал, чем является ток измеримой цепи.

Как класссифицируются трансформаторы тока?

В первую очередь трансформаторы тока подразделяются по напряжению. Условно тр-ты тока делятся на две группы до 1000В и т.д, где подразделяются по классам напряжения 6 кВ, 35 кВ и выше. Например, тр-р тока до 1000В имеет класс напряжения 0,66кВ, то есть рассчитан на 606В.

Следующий параметр характеризующий трансформатор тока — это коэффициент трансформации. Где номинальный ток первичной обмотки делится на номинальный ток вторичной обмотки. 50/5; 100/5; 150/5; 200/5; 250/5; 300/5; 400/5; 600/5. Нормированный измеряемый ток 5А. Все сделано для универсальности прибора, то есть все приборы сделаны со школой, которая имеет полное отклонение 5А.

В-третьих. Класс точности, их немного и они целиком и полностью определяют назначение прибора. Например, 10Р используется для релейной защиты, это самый грубый класс точности. Следующие 0,54 1,0; 3,0 для цепей измерения. Класс точности 0,5s, 0,2s — для подключения узлов учета электроизмерения. Все подробно прописано в ПУЭ глава 1.5.

Четвертое. Класс точности, к сожалению, соблюдается не всегда. Для выдержки класса точности существует еще один параметр – это номинальная мощность, подключаемой к обмотке нагрузки. Это 5ВА, 10ВА, 15ВА, 30ВА, если эти цифры превысить, то трансформатор тока выходит за пределы своего класса точности, то есть врет.

И по количеству обмоток.Трансформаторы тока могут иметь 1, 2, 3, 4 вторичные обмотки, у каждой из обмоток может быть свой класс точности. Наиболее часты ТТ с двумя обмотками, как правило одна обмотка для релейной защиты 10Р, другая для измерений, класс 0,5. Если нужна обмотка для учета, то класс точности третьей обмотки будет 0,5s.

Почему запрещено разрывать цепь при прохождении через нее тока нагрузки?

Трансформатор тока, как и любой силовой имеет две обмотки, первичную и вторичную и магнитопровод, за счет которого передается магнитный поток и который их объединяет. Хитрая особенность ТТ, в том, что первичная обмотка имеет минимальное число витков – 1 (один). За исключением лабораторных. Готовая первичная обмотка – это шина которая проходит через отверстие во вторичке.

Вторичная обмотка при работе должна быть замкнута накоротко, если она не используется с перемычкой. Либо она должна быть замкнута на измерительный прибор. Разрывать цепь (обмотку) при прохождении через него тока нагрузки запрещено.

При размыкании вторичной обмотки напряжение на ней подскакивает неимоверно, по величине – это килловольты. А в рабочем состоянии, при замкнутом ТТ, напряжение составляет всего несколько вольт.

Чем это опасно?

Во-первых. Если кто-то примется производить замеры обмотки, и разомкнет обмотку, не закоратив ее предварительно на специальных зажимах, которые присутствуют во всех токовых цепях, то он может получить неслабый удар током.
Во-вторых, может выйти из строя оборудование, которое к ней подключено, особенно это опасно для полупроводниковых приборов. При случайно разомкнутых вторичных обмотках, можно заметить, что прибор уже горит. Электроника вся пробита, прожгло все расстояния между контактными дорожками на платах.
В-третьих, можно повредить изоляцию в самом ТТ. может произойти межвитковое замыкание.

Когда ТТ работает в штатном нормальном режиме, вторичный ток создает встречный магнитный поток, как и в обычном трансформаторе. А в магнитопроводе они направлены навстречу друг другу и уравновешивают друг друга. Отсуствие тока во вторичке приводит к тому, что вся мощность которая поступает на вход трансформатора расходуется на мощность потерь. Потери в меди – минимальные, их практически нет, потому что в меди тока нет. В итоге наблюдается нагрев магнитопровода, что может привести к неприятным последствиям. Что-то может запросто сгореть.

Поэтому надо помнить, что, если надо отключить измерительные приборы, то необходимо сначала закоротить обмотку трансформатора.

Зачем заземлять вторичную обмотку?

Заземление вторичной обмотки должно быть выполнено обязательно. Это правило записано в ПУЭ глава 3.4 Вторичные цепи.

В одной из точек обмотка заземляется, то есть связывается с «землей», то есть, если у ТТ три обмотки, то все три должны быть заземлены в одной точке.

Что будет, если этого не сделать?

При пробое изоляции между первичными и вторичными обмотками, на вторичных обмотках будет наблюдаться опасное для жизни человека напряжение.
Для приборов это напряжение тоже будет опасным.

В электроустановках выше 1000В заземление более актуально, потому что напряжение больше. Потенциал в цепях выше 1000В может появиться необязательно при повреждении изоляции.

Есть такое понятие как емкостной ток, он проходит через все виды изоляции электроустановки на «землю». Ёмкостные токи есть везде, в кабелях, на поверхности изоляторов, небольшие по величине, но они есть. Этот емкостной ток, по поверхности ТТ, идет прямо на вывода обмотки. И если обмотка не заземлена, он идет дальше ищет выход на «землю».

Заземление вторичной обмотки трансформатора тока несложная, но обязательная задача, поскольку в противном случае короткое замыкание в сети или самом трансформаторе способно вывести из строя подключенную аппаратуру и угрожать безопасности находящихся рядом людей.

В каком режиме работает трансформатор тока и почему?

Режим работы приближается к короткому замыканию.

Происходит это поскольку сопротивление нагрузки, подключаемой совместно со вторичной обмоткой, имеет минимальное значение.

Какое напряжение на вторичной обмотке трансформатора напряжения?

На какое бы напряжение не была рассчитана первичная обмотка трансформатора напряжения, напряжение на вторичной его обмотке стандартно – 100 В. Незря говорят – стовольтовые цепи.

Как вывести из строя трансформатор тока?

Теоретически вывести трансформатор из строя можно создав ток во вторичных / первичных цепях трансформатора существенно больший, чем его номинальный ток, рассчитанный по номинальной мощности или путем воздействия на обмотки повышенного напряжения.

Как работает трансформатор тока?

Работа измерительных устройств базируется на явлении электромагнитной индукции.

При подаче напряжения в ТТ через витки первой обмотки проходит переменный ток, который формирует переменный магнитный поток.

В результате большие величины преобразуются в те значения, которые безопасны и удобны для измерения.

Что такое вторичная обмотка?

Вторичная обмотка трансформатора – обмотка, на которой происходит съем электрической энергии с требуемыми параметрами.

При подаче питающего напряжения на первичную обмотку в ней проходит ток, который создает переменное электромагнитное поле в магнитопроводе.

Как включается трансформатор тока?

Первичная обмотка любого трансформатора тока включается последовательно в силовую электрическую цепь, по которой протекает электрическая нагрузка.

К вторичной обмотке или нескольким вторичным обмоткам подключаются защитные приборы, измерительные приборы и приборы учёта электроэнергии.

Что такое трансформатор тока нулевой последовательности?

Трансформатор тока нулевой последовательности является частью оборудования защитного отключения в системах 6 кВ, 10 кВ и 110 кВ, где используется заземление нейтралей.

Он способен предотвратить короткое замыкание и, как следствие защитить от повреждения оборудования или уберечь от человеческих жертв.