Способ согласования сопротивлений при диагностике механического состояния обмоток силовых трансформаторов Российский патент 2023 года по МПК G01R31/62 G01R31/72 

Изобретение относится к способу для согласования сопротивлений при диагностике механического состояния обмоток силовых трансформаторов.

Наиболее близким способом того же назначения, к заявленному изобретению по совокупности признаков, является способ согласования сопротивлений обмоток силовых трансформаторов с сопротивлением измерительного оборудования путем применения активного добавочного сопротивления величиной 50 Ом при диагностике механического состояния обмоток силовых трансформаторов (см. рис. 1.10, с.29, табл. 3.1, с.85 диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Александров Н.М. Совершенствование метода диагностики механического состояния обмоток силовых трансформаторов: 05.09.01 / защищена 15.12.2020, утв. 15.07.2021/ Александров Николай Михайлович. – Самара, 2020. - 142 с.), принятое за прототип.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, принятого за прототип, относится неполное согласование сопротивлений в широком диапазоне частот от 20 Гц до 2 МГц, что ведет к потерям амплитудной составляющей колебаний отклика обмотки трансформатора.

Сущность изобретения заключается в снижении потерь на согласование сопротивлений измерительного оборудования и исследуемого объекта диагностирования.

Технический результат – увеличение динамического диапазона напряжения (амплитудной составляющей) гармонических колебаний отклика обмотки трансформатора и уменьшение потерь на согласование волновых сопротивлений, являющиеся следствием улучшения согласования измерительного оборудования и коммутационных кабелей с исследуемым объектом в широком диапазоне частот.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в способе согласования сопротивлений при диагностике механического состояния обмоток силовых трансформаторов, путем согласования обмотки исследуемого силового трансформатора с сопротивлением измерительного оборудования 50 Ом – измерительного генератора и осциллографа, используют согласующий широкополосный трансформатор с ферритовым тороидальным сердечником на основе никель-цинкового феррита с проницаемостью не менее 100 Гн/м, обеспечивающий передачу сигналов с уровнем не менее +33 дБм и частотой до 30 МГц., с двумя первичными бифилярными обмотками и вторичной обмоткой, представленной медной или алюминиевой шиной прямоугольного сечения, при этом одну первичную бифилярную обмотку подключают к измерительному генератору, другую – к осциллографу, а вторичную обмотку – к обмотке исследуемого силового трансформатора.

Первичные бифилярные обмотки изготавливают в виде намотки парными витками в количестве 40 витков эмалированным медным или алюминиевым проводом ПЭТВ-2 сечением 0,5 мм, а ферритовый тороидальный сердечник изготавливают с габаритными размерами не менее 32 х 20 х 9 мм.

В предложенном способе согласования сопротивлений согласование происходит за счет применения широкополосного трансформатора (ШПТ) с известным волновым сопротивлением, первичные обмотки которого согласованы с сопротивлением измерительного оборудования (50 Ом), а вторичная обмотка - с сопротивлением исследуемого оборудования (волновое сопротивление обмотки силового трансформатора). ШПТ выполнен на ферритовом тороидальном сердечнике на основе никель-цинкового феррита с проницаемостью не менее100 Гн/м, с габаритными размерами не менее32 мм х 20 мм х 9 мм, обеспечивающими передачу сигналов с уровнем не менее +33 дБм (10 В на сопротивлении 50 Ом) и частотой до 30 МГц. Первичные обмотки ШПТ представляют собой бифилярную намотку парными витками в количестве 40 витков эмалированным медным или алюминиевым проводом ПЭТВ-2 сечением 0,5 мм.

Чтобы каждая линия была нагружена на согласованное сопротивление необходимо выполнить условия:

Откуда

R_вх – входное волновое сопротивление, Ом; Z_с – волновое сопротивление линии, Ом; R_н – волновое сопротивление нагрузки, Ом; N – коэффициент трансформации.

На чертежах представлены: на фиг. 1 представлена схема согласующего устройства для диагностики механического состояния обмотки силового трансформатора, где: 1 – измерительный генератор 2 –осциллограф, 3 – согласующий трансформатор, 4 – обмотка исследуемого силового трансформатора;

на фиг.2 – схема согласующего трансформатора, вид спереди, где: 5 – ферритовый тороидальный сердечник, 6 – выводы первичных бифилярных обмоток, 7 – вторичная обмотка;

на фиг. 3 - схема согласующего трансформатора, вид сбоку, где: 5 – ферритовый тороидальный сердечник, 7– вторичная обмотка;

на фиг. 4 – принципиальная схема согласующего трансформатора, где 5 – ферритовый тороидальный сердечник, 7 – вторичная обмотка, 8 – первая первичная бифилярная обмотка, 9 – вторая первичная бифилярная обмотка;

на фиг. 5 – зависимость амплитуды сигнала отклика в обмотке силового трансформатора от времени: а – согласование с помощью согласующего трансформатора, б – согласование с помощью активного сопротивления.

Фигура 5 иллюстрирует результаты исследования амплитудно-временной характеристики обмотки исследуемого трансформатора с классической схемой согласования с помощью активного сопротивления и с использованием согласующего трансформатора.

Устройства для диагностики механического состояния обмотки силового трансформатора содержит измерительный генератор 1, осциллограф 2, согласующий трансформатор 3, обмотку исследуемого силового трансформатора 4.

Измерительное оборудование - генератор и осциллограф подключено к первичным обмоткам согласующего трансформатора. К вторичной обмотке согласующего трансформатора подключена обмотка исследуемого силового трансформатора.

Согласующий трансформатор содержит ферритовый тороидальный сердечник 5 с проницаемостью не менее100 Гн/м 1, первую первичную бифилярную обмотку 8 и вторую первичную бифилярную обмотку 9, выполненные парными витками эмалированного медного или алюминиевого провода, выводы бифилярных обмоток 6 для подключения измерительного генератора 1 и осциллографа 2, намотанные медным или алюминиевым эмалированным проводом марки ПЭТВ-2, вторичную обмотку 7, представленную медной или алюминиевой шиной прямоугольного сечения для подключения обмотки исследуемого силового трансформатора.

Выводы бифилярных обмоток 6 могут быть изготовлены из медного или алюминиевого эмалированного провода сечением не менее 0,5 мм.

Вторичная обмотка 7, представленная медной или алюминиевой шиной может быть изготовлена из меди или алюминия и иметь прямоугольное сечение.

Сведения, подтверждающие возможность достижения, указанного выше технического результата.

В предложенном техническом решении для диагностики механического состояния обмотки силового трансформатора, используют согласующий трансформатор, который согласует сопротивление обмотки исследуемого трансформатора с сопротивлением измерительного оборудования величиной в 50 Ом и содержит ферритовый тороидальный сердечник на основе никель-цинкового феррита с проницаемостью не менее 100 Гн/м, с габаритными размерами не менее 32 х 20 х 9 мм, обеспечивающий передачу сигналов с уровнем не менее +33 дБм и частотой до 30 МГц, две первичные бифилярные обмотки и вторичную обмотку.

Для увеличения динамического диапазона напряжения (амплитудной составляющей) гармонических колебаний отклика обмотки трансформатора и уменьшения потерь на согласование волновых сопротивлений к обмотке исследуемого силового трансформатора подключается вторичная обмотка 7, представленная медной или алюминиевой шиной прямоугольного сечения. На первую первичную бифилярную обмотку 8 согласующего трансформатора 3 подается измерительный импульс напряжения с измерительного генератора 1, что приводит к возникновению импульса тока во вторичной обмотке 7, представленной медной или алюминиевой шиной прямоугольного сечения согласующего трансформатора 3 за счет магнитной связи в ферритовом тороидальном сердечнике 5. Для снятия сигнала отклика исследуемой обмотки к второй первичной бифилярной обмотке 9 согласующего трансформатора 3 подключается осциллограф 2. За счет применения согласующего трансформатора 3 с волновым сопротивлением выводов бифилярных обмоток 6 равным 50 Ом (сопротивлению измерительного оборудования) достигается уменьшение потерь на согласование волновых сопротивлений [2] и увеличение амплитудной составляющей сигнала отклика обмотки исследуемого трансформатора.

Результаты исследования динамического диапазона напряжения гармонических колебаний отклика обмотки трансформатора, представленные на фиг.5 показывают, что амплитуда на пиках гармонических колебаний при использовании согласующего трансформатора на 1,7 В больше, чем при использовании активного добавочного сопротивления. Таким образом, увеличение динамического диапазона при проведении измерений составляет 4,5 %.

Список литературы

1. Александров Н. М. Совершенствование метода диагностики механического состояния обмоток силовых трансформаторов: дис. ... канд. тех. наук: 05.09.01 / Александров Николай Михайлович. - Самара, 2020. - 142 с.

2. Дегтярь Г.А. Трансформаторы в цепях согласования и сложением мощностей радиочастотных генераторов: учебное пособие. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2003. - 504 с. - (Серия «Учебники НГТУ).

Изобретение относится к способу для согласования сопротивлений при диагностике механического состояния обмоток силовых трансформаторов. Технический результат – увеличение динамического диапазона напряжения (амплитудной составляющей) гармонических колебаний отклика обмотки трансформатора и уменьшение потерь на согласование волновых сопротивлений, являющиеся следствием улучшения согласования измерительного оборудования и коммутационных кабелей с исследуемым объектом в широком диапазоне частот. Сущность: в качестве согласующего устройства, согласующего обмотки исследуемого силового трансформатора с сопротивлением измерительного оборудования 50 Ом – измерительного генератора и осциллографа, применяется широкополосный трансформатор с ферритовым тороидальным сердечником на основе никель-цинкового феррита с проницаемостью не менее 100 Гн/м, обеспечивающий передачу сигналов с уровнем не менее +33 дБм и частотой до 30 МГц. Согласующий широкополосный трансформатор имеет две первичные бифилярные обмотки и вторичную обмотку в виде медной или алюминиевой шины прямоугольного сечения. Одну первичную бифилярную обмотку подключают к измерительному генератору, другую – к осциллографу. Вторичную обмотку подключают к обмотке исследуемого силового трансформатора. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ согласования сопротивлений при диагностике механического состояния обмоток силовых трансформаторов путем согласования обмотки исследуемого силового трансформатора с сопротивлением измерительного оборудования 50 Ом – измерительного генератора и осциллографа, отличающийся тем, что используют согласующий широкополосный трансформатор с ферритовым тороидальным сердечником на основе никель-цинкового феррита с проницаемостью не менее 100 Гн/м, обеспечивающий передачу сигналов с уровнем не менее +33 дБм и частотой до 30 МГц, с двумя первичными бифилярными обмотками и вторичной обмоткой, представленной медной или алюминиевой шиной прямоугольного сечения, при этом одну первичную бифилярную обмотку подключают к измерительному генератору, другую – к осциллографу, а вторичную обмотку – к обмотке исследуемого силового трансформатора.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что первичные бифилярные обмотки изготавливают в виде намотки парными витками в количестве 40 витков эмалированным медным или алюминиевым проводом ПЭТВ-2 сечением 0,5 мм.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что ферритовый тороидальный сердечник изготавливают с габаритными размерами не менее 32 × 20 × 9 мм.