Технические науки/ 5. Энергетика

аспирант Клименко К. А.

Омский государственный технический университет, Россия

Способ диагностики силовых трансформаторов на наличие короткозамкнутых витков обмоток

Появление короткозамкнутых витков, как известно, приводит к изменению магнитного потока трансформатора за счет возникновения тока короткозамкнутого витка и изменению напряжения, наводимого на обмотках трансформатора, что может привести к развитию тяжелых аварий в системах электроснабжения.

Способ диагностики трансформатора на наличие короткозамкнутых витков в обмотках заключается в исследовании электромагнитного поля трансформатора в режиме холостого хода на основе исследования электромагнитного поля трансформатора при возникновении короткозамкнутых витков и определении зависимости изменения напряжения при наличии короткозамкнутого витка обмотки трансформатора и напряжения холостого хода.

Для выяснения влияния короткозамкнутых витков на электромагнитные процессы в трансформаторе использовался комплекс программ Elcut, позволяющий осуществлять расчет двухмерных электромагнитных полей. Elcut – это интегрированная диалоговая система программ, позволяющая решать плоские и осесимметричные задачи электромагнитного поля [1].

Для реализации поставленной цели исследования, представленного в данной работе, необходимо:

- осуществить расчет электромагнитного поля трансформатора (рис. 1) при наличии короткозамкнутого витка вторичной обмотки при различных значениях диаметра провода короткозамкнутого витка;

- рассчитать локальные амплитудные значения индукции магнитного поля в расчетных областях;

- вычислить комплексные значения магнитного потока в выбранных сечениях магнитопровода трансформатора;

- определить комплексные значения напряжения на сигнальной обмотке при различных значениях диаметра короткозамкнутого витка.

Рис. 1. Расчетная модель трансформатора: b=50 мм, a=10 мм

Для выяснения влияния короткозамкнутых витков во вторичной обмотке на электромагнитные процессы в рассматриваемой силовом трансформаторе необходимо также провести расчет индукции в магнитопроводе при отсутствии короткозамкнутого витка. По полученным значениям индукции магнитного поля осуществить расчет напряжения холостого хода трансформатора без короткозамкнутых витков вторичной обмотки.

Для расчета электромагнитного поля принято, что первичная обмотка запитывается от источника напряжения 12 В при частоте f=50 Гц. Указанные выше исследования проводились для трансформатора, представленного на рис. 1. Трансформатор состоит из ферромагнитного магнитопровода, изготовленного из листов электротехнической стали; первичной обмотки с числом витков w₁=100, диаметр провода первичной обмотки d₁=1 мм; вторичной обмотки, диаметр провода вторичной обмотки варьируется в пределах от 1 мм до 7 мм и контрольной обмотки, число витков контрольной обмотки принято равным w_к=5, диаметр провода d=0,1 мм.

В табл. 1 приведены параметры магнитопровода и обмоток трансформатора при исследовании электромагнитного поля в Elcut.

Таблица 1.

Параметры магнитопровода и обмоток трансформатора

Параметры	Магнитопровод	Обмотка
Материал	Электротехническая сталь	Медь
Относительная магнитная проницаемость	1000	1
Электропроводность, См/м	0	56∙10^6 [2]

При расчете приняты следующие допущения:

- магнитопровод линейный;

- вихревые токи в ферромагнитном магнитопроводе принебрежимо малы;

- не учитываются потери на гистерезис.

На рис. 2 приведена картина линий индукции магнитного поля с указанием средних амплитудных значений индукции магнитного поля и комплексных значений магнитного потока в разных сечениях магнитопровода трансформатора при отсутствии короткозамкнутого витка.

Комплексное амплитудное значение магнитного потока в сечении магнитопровода:

Рис. 2. Картина линий индукции магнитного поля трансформатора при отсутствии короткозамкнутого витка

На рис. 3 приведены картины линий индукции магнитного поля с указанием средних амплитудных значений индукции магнитного поля и комплексных значений магнитного потока в разных сечениях магнитопровода трансформатора при диаметре провода вторичной обмотки d_кз=7 мм.

Рис.3. Картина линий индукции магнитного поля трансформатора при диаметре провода короткозамкнутого витка d_кз =7 мм

В таблицу 2 сведены результаты расчета напряжения на сигнальной обмотке:

_{и разности напряжения на контрольной обмотке при наличии короткозамкнутого витка от напряжения без витка в режиме холостого хода}

Таблица 2.

Напряжения контрольной обмотки

dкз, мм	, В	ΔU(2-2), В
0,0		0,000
2,0		0,027
5,0		0,140
7,0		0,217

Зависимость разности напряжения приведена на рис. 4.

Рис. 4. Зависимость разности напряжения в сечении 2 – 2 магнитопровода от диаметра провода короткозамкнутого витка

По полученной зависимости напряжения контрольной обмотки от диаметра короткозамкнутого витка можно сделать вывод о возможности применения для проведения диагностики силового трансформатора на наличие короткозамкнутых витков обмотки способа исследования электромагнитного поля модели трансформатора.

Литература:

1. ELCUT. Моделирование двумерных полей методом конечных элементов. Версия 5.5 : Руководство пользователя. – СПб. : Производственный кооператив ТОР. – URL : http:/www.tor.ru/elcut/demo/Manual.pdf

2. Электротехнический справочник: В 4 т. Т. 1. Общие вопросы. Электротехнический материалы / Под общ. ред. профессоров МЭИ В. Г. Герасимова и др. – 9-е изд., стер. – М. : МЭИ, 2003. – 440 с.