Контроль сухого распределительного трансформатора с сердечником из аморфного сплава

Контроль сухого распределительного трансформатора с сердечником из аморфного сплава

Введение
Сухие распределительные трансформаторы с сердечниками из аморфного магнитного сплава (АМС) представляют собой передовое решение для повышения энергоэффективности электрических сетей. Значительно меньшие потери холостого хода (XX) по сравнению с традиционными трансформаторами на электротехнической стали делают их экономически выгодными, особенно в режимах длительной недогрузки. Однако специфические свойства аморфного сплава – его хрупкость, чувствительность к механическим воздействиям и особым технологическим требованиям к сборке сердечника – диктуют необходимость строгого и всестороннего контроля на этапе производства и приемочных испытаний. Данная статья освещает ключевые аспекты контроля таких трансформаторов.

1. Объекты испытаний
Объектами испытаний являются готовые сухие силовые трансформаторы распределительного класса (типично напряжения 6(10)/0,4 кВ; мощности от 25 кВА до 2500 кВА), специально сконструированные и изготовленные с использованием магнитопровода из аморфного сплава на основе железа (например, Fe-Si-B). Ключевые особенности объекта:

• Магнитопровод: Собран из сверхтонких (около 25 мкм) лент АМС, обладающих уникально низкой коэрцитивной силой. Структура магнитопровода обычно ступенчатая, обеспечивающая оптимальное заполнение окна и минимизацию зазоров. Уязвим к механическим нагрузкам (вибрации, ударам) и требует особой осторожности при транспортировке и монтаже.
• Обмотки: Как правило, изолированные медные или алюминиевые проводники, пропитанные эпоксидным компаундом (литье под вакуумом - VPI или литье в форму) для обеспечения высокой электрической и механической прочности, влагостойкости и отличного теплоотвода в сухой среде.
• Конструкция: Открытая (вентилируемая) или закрытая (герметизированная) в корпусе с принудительным воздушным охлаждением (AN/AF), обеспечивающая пожаробезопасность и экологичность (отсутствие масла).

2. Область испытаний
Контроль трансформаторов с АМС охватывает все критические параметры, гарантирующие их надежность, энергоэффективность и соответствие заявленным характеристикам на протяжении всего срока службы. Основные области контроля:

• Электрическая прочность: Проверка способности изоляции выдерживать рабочие, перенапряжения и коммутационные воздействия.
• Характеристики холостого хода (XX): Точное измерение потерь XX и тока XX. Это ключевой параметр, демонстрирующий преимущество АМС и требующий высокой точности измерений из-за очень малых значений потерь.
• Характеристики короткого замыкания (КЗ): Измерение потерь КЗ (нагрузочных потерь) и напряжения КЗ.
• Сопротивление обмоток постоянному току (DC): Контроль правильности сечения проводников и качества контактных соединений.
• Коэффициент трансформации и векторная группа: Подтверждение правильности намотки и соединений.
• Диэлектрические свойства изоляции: Измерение сопротивления изоляции (Riso), коэффициента абсорбции (DAR/PI), тангенса угла диэлектрических потерь (tgδ/C&DF) на частоте питания и иногда на повышенных частотах для оценки состояния твердой изоляции.
• Температурные режимы: Испытания на нагрев для определения превышения температуры обмоток и магнитопровода при номинальной нагрузке и в установившихся условиях.
• Механическая прочность и шум: Контроль уровня шума (вибрации) при работе, особенно важен из-за специфики магнитострикции аморфного сплава и требований к установке в жилых зонах. Проверка устойчивости к транспортировке.
• Защита окружающей среды: Подтверждение пожаробезопасности (классы стойкости к возгоранию) и отсутствия вредных выделений.

3. Методы испытаний
Методы испытаний основываются на требованиях международных (МЭК, IEEE) и национальных (ГОСТ Р, ГОСТ) стандартов для силовых трансформаторов, с учетом специфики АМС:

• Испытания электрической прочности:
  • Высоковольтные испытания промышленной частоты (50 Гц): Приложенное напряжение к основной изоляции между обмотками и на землю, а также между витками.
  • Импульсные испытания: Стандартные грозовые (1,2/50 мкс) и коммутационные (250/2500 мкс) импульсы на вводах ВН и НН для проверки стойкости к перенапряжениям.
  • Испытание межвитковой изоляции повышенным напряжением: Специальный метод (часто индуцированным напряжением двойной частоты или импульсным) для проверки прочности витковой изоляции.
• Измерение потерь и тока холостого хода:
  • Проводится при номинальном напряжении и частоте. Крайне важно использование методов компенсации (мостовых схем) или высокоточных ваттметров/анализаторов сети класса 0.1 или 0.2 из-за низких значений мощности потерь и высокого содержания гармоник в токе XX. Требуется стабилизация напряжения и температуры.
• Измерение потерь и напряжения короткого замыкания:
  • Проводится при номинальном токе (или приведенном к номинальной температуре) и частоте. Короткое замыкание подается на одну обмотку, номинальное напряжение - на другую. Используются высокоточные ваттметры/анализаторы.
• Измерение сопротивления обмоток постоянному току:
  • Мостовым методом или методом падения напряжения при стабилизированном постоянном токе с последующим пересчетом к номинальной температуре.
• Измерение коэффициента трансформации:
  • Методом двух вольтметров или с помощью специализированных мостов/измерителей коэффициента трансформации.
• Исследование диэлектрических характеристик:
  • Riso, DAR/PI: Измерение мегаомметром (обычно 2500 В или 5000 В).
  • tgδ/C&DF: Измерение мостом Шеринга или специализированным измерителем тангенса угла потерь на частоте сети и частоте 2.5 кГц (или другой повышенной) для твердой изоляции.
• Тепловые испытания:
  • Методом кратковременной нагрузки (повышенные потери КЗ имитируют нагрев от нагрузки) или методом непрерывной нагрузки. Температура контролируется термопарами, встроенными термометрами сопротивления (RTD) или методом изменения сопротивления обмоток.
• Измерение уровня звука:
  • Проводится в соответствии со стандартами по акустическим измерениям трансформаторов на номинальном напряжении ХХ и частоте. Используются прецизионные шумомеры с коррекцией по шкале А на установленных расстояниях вокруг трансформатора в условиях низкого фонового шума ("полубесшумная камера" предпочтительна). Контроль вибрации корпуса и магнитопровода акселерометрами.
• Испытания на стойкость к транспортировке:
  • Вибрационные испытания по заданному спектру и ударные испытания для проверки сохранности хрупкого сердечника АМС.

4. Испытательное оборудование
Контроль трансформаторов с АМС требует высокоточного и специализированного оборудования:

• Высоковольтные испытательные установки:
  • Испытательные трансформаторы переменного тока высокого напряжения (до 50-100 кВ и выше).
  • Генераторы импульсных напряжений (грозовых и коммутационных).
• Прецизионные измерительные системы:
  • Высокоточные цифровые ваттметры/анализаторы качества электроэнергии (класс 0.1 или 0.2 S) для измерения малых мощностей потерь XX и нагрузочных потерь КЗ.
  • Прецизионные измерительные трансформаторы напряжения и тока (класс 0.05 или 0.1) для обеспечения точности измерений на высоком уровне напряжения/тока.
  • Компенсационные измерительные мосты повышенной точности.
• Оборудование для измерения сопротивления:
  • Микроомметры или мосты постоянного тока для измерения сопротивления обмоток.
  • Высоковольтные мегаомметры (5 кВ, 10 кВ).
  • Автоматизированные мосты Шеринга или цифровые измерители тангенса угла диэлектрических потерь и емкости.
• Системы питания и нагрузки:
  • Регулируемые источники синусоидального напряжения промышленной частоты с низким уровнем гармоник и высокой стабильностью.
  • Нагрузочные устройства (реостаты, реакторы, электронные нагрузочные системы) для проведения испытаний КЗ и тепловых испытаний.
• Теплоизмерительное оборудование:
  • Термопары (медь-константан) и/или платиновые термометры сопротивления (Pt100/Pt1000).
  • Системы сбора данных температуры (логгеры, сканеры).
• Акустическое оборудование:
  • Прецизионные шумомеры (класс 1 или 0 по IEC 61672) с ветрозащитными экранами и калибровочным источником звука.
  • Акселерометры и анализаторы вибросигналов.
  • Полубесшумные камеры или площадки с низким фоновым шумом.
• Контрольно-измерительные приборы общего назначения:
  • Высокоточные цифровые мультиметры.
  • Осциллографы с высокой полосой пропускания.
  • Калиброванные измерительные кабели и разъемы.

Заключение
Контроль сухих распределительных трансформаторов с сердечником из аморфного сплава является комплексной и ответственной задачей. Специфика материала магнитопровода предъявляет повышенные требования к точности измерений (особенно потерь ХХ), методам испытаний электрической прочности и механической стойкости, а также к оценке шумовых характеристик. Применение современного высокоточного испытательного оборудования в строгом соответствии с требованиями стандартов гарантирует подтверждение выдающихся энергосберегающих свойств АМС и надежность работы трансформатора на протяжении десятилетий, оправдывая начальные инвестиции в эту передовую технологию.