Способ определения постоянной времени нагрева сухого трансформатора Российский патент 2019 года по МПК H02H7/04 

Изобретение относится к электрическим машинам, в частности к измерениям параметров трансформатора.

Известен способ определения постоянной времени нагрева трансформатора, реализуемый в устройстве для контроля температуры трансформатора, заключающийся в измерении веса, теплоемкости, площади охлаждения, коэффициента теплопереноса трансформатора и расчет его постоянной времени нагрева [Выложенная заявка Германии DE 19510970 А1, einen Transformator, МПК⁷ Н02Н 6/00, Н02Н 7/04, опубл. 26.09.1996].

Недостаток известного способа заключается в необходимости проведения сложных измерений различных физических величин.

Известен способ измерения температуры обмотки электродвигателя, заключающийся в измерении напряжения на обмотке и тока в ней, вычисление значения сопротивления обмотки, на основании которого определяется температура обмотки [Международная заявка WO 02087050 Al, Method and device for measuring the temperature of windings of a drive motor, МПК⁷ H02H 6/00, H02H 7/085, G01R 32/34, опубл. 31.10.2002].

Известный способ не позволяет определить постоянную времени нагрева электрической машины.

Известен метод испытания трансформатора, включающий замыкание обмотки низкого напряжения на амперметр, установку значения этого тока, близкого к номинальному с одновременным измерением этого значения [ГОСТ 3484.2-88 Трансформаторы силовые. Испытания на нагрев, п. 2.3.1, пункт 2.3.1].

Известный метод не предназначен для определения постоянной времени нагрева трансформатора.

Изобретение решает задачу определения постоянной времени нагрева сухого трансформатора.

Техническим результатом от использования изобретения является возможность определения постоянной времени нагрева сухого трансформатора на основании трех несложных измерений.

Это достигается тем, что в способе испытания сухого трансформатора, включающим замыкание обмотки низкого напряжения на амперметр, установку значения тока обмотки низкого напряжения, близкого к номинальному с одновременным измерением этого значения, согласно изобретению, проводят два дополнительных измерения тока обмотки низкого напряжения через равные интервалы времени и вычисляют постоянную времени нагрева по формуле

где I₀ - ток в момент начального измерения;

t₁ - период времени между начальным измерения тока и измерением первого тока;

I₁ - ток в момент первого измерения;

I_к - конечный ток, определяемый по формуле

где I₂ - ток в момент второго измерения.

Заявляемый способ определения постоянной времени нагрева сухого трансформатора отличается проведением двух дополнительных измерений тока обмотки низкого напряжения через равные интервалы времени и вычислении постоянной времени нагрева по трем значениям измеренных токов и интервала времени между измерениями.

Формула, связывающая значение постоянной времени нагрева трансформатора с измеренными значениями токов обмотки, выведена автором впервые.

На фиг. 1 представлен график изменения тока обмотки низкого напряжения в процессе измерений.

Способ осуществляют следующим образом.

К обмотке высокого напряжения сухого трансформатора подают напряжение короткого замыкания U_1к, при котором ток в обмотке низкого напряжения близок к номинальному. Одновременно с подачей напряжения включают секундомер и измеряют начальный ток обмотки низкого напряжения I₀. По истечении времени t₁, которое соизмеримо с ожидаемой постоянной времени нагрева, фиксируют величину тока I₁, а по истечении времени t₂ фиксируют величину тока I₂. При этом интервалы времени 0-t₁ и t₁-t₂ одинаковы.

Вычисляют значение конечного тока I_к, который протекал бы по обмотке низкого напряжения в установившемся тепловом режиме, по формуле

Формула (2) получена на основании графика (фиг. 1) изменения тока вторичной обмотки при ее нагреве. Для графического определения конечного тока 1К откладывают отрезок CF=CD на уровне тока I₁ и отрезок BE=ВС на уровне тока I₂. Получившиеся точки Е и F соединяют линией, продолжая ее до оси ординат (точка А). Ордината точки А является конечным значением тока I_к. Исходя из подобия треугольников ACF и ABE, получаем аналитическое выражение конечного тока I_к. Аналогичная графическая экстраполяция искомой величины представлена в [ГОСТ 3484.2-88 Трансформаторы силовые. Испытания на нагрев, п. 2.3.1, чертеж 8].

Затем вычисляют постоянную времени нагрева по формуле

Формула (1) получена на основании уравнения переходного процесса тока вторичной обмотки

после подстановки вместо текущего тока i(t) значения I₁, а вместо текущего времени t значения t₁.

В процессе нагрева медных обмоток трансформатора их электрическое сопротивление растет по экспоненциальной зависимости, и при постоянстве напряжения, подаваемого на обмотку высокого напряжения ток обмоток уменьшается также по экспоненциальной зависимости (фиг. 1).

Изменение температуры сухого трансформатора можно определить косвенно, через изменение сопротивления его обмотки или через изменение тока. При этом ток обмотки, можно измерять без выключения трансформатора, т.е. без искажения результатов измерений, вызванных остыванием обмоток при их отключении.

Конечное значение тока I_к может быть измерено при работе трансформатора неограниченно длительное время. На практике это значение можно рассчитать аналитически по трем значениям токов I₀, I₁ и I₂ измеренных через одинаковые интервалы времени.

Пример осуществления способа.

Для трансформатора ТПП-269-220-50K мощностью 70 ВА при замыкании обмотки низкого напряжения на амперметр и подаче на обмотку высокого напряжения пониженного напряжения U₁=36 В получены следующие значения токов вторичной обмотки: I₀=3,8 А, I₁=3,6 А, I₂=3,48 А, измеренные с интервалом в 4 минуты. Конечное значение тока

При t_изм=4 мин получим

Таким образом, постоянная времени нагрева сухого трансформатора составляет 7,8 минуты.

Использование: в области электротехники. Технический результат - возможность определения постоянной времени нагрева сухого трансформатора на основании трех несложных измерений. Способ определения постоянной времени нагрева сухого трансформатора включает замыкание обмотки низкого напряжения на амперметр, установку значения тока обмотки низкого напряжения, близкого к номинальному, с одновременным измерением этого значения, проведением двух дополнительных измерений тока обмотки низкого напряжения через равные интервалы времени и вычислением постоянной времени нагрева по трем измеренным значениям тока и интервала между измерениями. 1 ил.

Способ определения постоянной времени нагрева сухого трансформатора, включающий замыкание обмотки низкого напряжения на амперметр, установку значения тока обмотки низкого напряжения, близкого к номинальному, с одновременным измерением этого значения, отличающийся тем, что проводят два дополнительных измерения тока обмотки низкого напряжения через равные интервалы времени и вычисляют постоянную времени нагрева по формуле

где I₀ - ток в момент начального измерения;

t₁ - период времени между начальным измерением тока и измерением первого тока;

I₁ - ток в момент первого измерения;

I_к - конечный ток, определяемый по формуле

где I₂ - ток в момент второго измерения.