Автореферат магистерской работы
Лебедева Михаила Александровича
Тема: "Математическое моделирование процессов в магнитопроводе сердечника измерительного трансформатора напряжения при импульсном диагностическом воздействии".
Руководитель: д.т.н., проф. Рогозин Г.Г.
Специальность: "Электрические системы и сети"
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы:
Высокие требования к надежности и экономичности основного оборудования электроэнергетических систем, выполняющего функции преобразования уровня напряжения в электрических сетях (силовые трансформаторы) и цепях измерения и релейной защиты (измерительные трансформаторы) обуславливают необходимость поиска новых способов оценки состояния указанных элементов. При этом выдвигается требование существенного снижения времени проведения контроля при достаточно высокой чувствительности к наиболее вероятным видам повреждений, связанных в рассматриваемом случае с нарушением витковой изоляции обмоток и возникновением короткозамкнутых контуров в конструктивных элементах магнитопроводов.
Цель и задачи исследования:
Целью данного исследования являются теоретическое обоснование предлагаемого метода диагностики результаты решения следующих задач:
- математического моделирования импульсных переходных функций магнитной системы трансформатора;
- определения параметров схемы формирования оптимальных импульсных воздействий;
- разработки методики контроля состояния магнитных систем силовых и измерительных трансформаторов импульсным методом;
- разработки эффективных критериев оценки состояния проводниковых и непроводниковых (магнитопровод) элементов конструкции аппаратов, в частности, обусловленного повышением удельных потерь в стали
Магнитные системы основного электрооборудования электрических систем, которые работают на переменном магнитном токе, есть неотъемлемой частью машин, которые осуществляют преобразование электромагнитной енергии в механическую (асинхронные двигатели) или механической в электрическую (синхронные машины), а также аппаратов, которые превращают электрическую энергию за уровнем рабочего напряжения (трансформаторы) с целью экономической передачи на разные расстояния или его измерения.
Повреждение магнитных систем, которые выполненные (с целью снижения потерь енергии на проведение магнитных потоков) из отдельных листов тонкой электротехнической стали, которые покрытые изолирующими лаками, приводит к резкому увеличению потерь енергии за счет возрастания вихревых токов, увеличение температуры железа и его повреждение .
Основным методом, который определяет состояние магнитных систем электрооборудования есть метод, основанный на измерении тока нерабочего хода, также распространенный метод, основанный на получении характеристик намагничивания.
В силовых трансформаторах и трансформаторах напряжения ток нерабочего хода измеряется при подаче номинального напряжения. При этом для трансформаторов напряжения номинальное напряжение подается со стороны обмотки вторичного напряжения и измерения тока.
Признаком повреждения магнитопровода в последнем случае есть повышение тока. Характер повреждения связан, как правило, с повреждением изоляции между листами магнитопровода и замыкание пакетов( постоянные нарушенияизоляции стяжных болтов). Повышение тока может происходить также при замыкании части витков обмотки.
У измерительных трансформаторов тока снимается характеристика зависимости тока намагничивание в обмотке от значения напряжения, которое на нее подается. При этом характер изменения тока, указывает на розмагничевание магнитопровода уже при одном -двух замкнутых витках.
Состояние магнитопроводив синхронных электрических машин оценивается анализом экспериментальных характеристик нерабочего хода и короткого замыкания, полученных при проведении заводских и эксплуатационных испытаниях.
Традиционные методы испытаний магнитных систем силовых трансформаторов предусматривает определение количественных характеристик, в частности определения потерь активной мощности.
Проведение указанных испытаний есть довольно трудоемкой операцией, которая требует значительного количества времени. Следует подчеркнуть, что магнитные системы являются составной частью в конструкции многих низковольтных аппаратов. Оценку состояния указанных магнитных систем, как правило не проводят.
Объект исследования - магнитную систему некоторого электрического аппарата - можно рассматривать как некоторую электромагнитную систему, которую в расчетном отношении удобно представить соотношением активного и индуктивного сопротивления. В известной Т-образной схеме замещения трансформатора влияние сердечника изображено в виде намагничиваюшего контура с двумя параллельными ветвями , по одной из которых (rm) течет активная составная (ima) намагничивающего тока что определяет мощность магнитных потерь, а по другому (xm) - реактивная составляющая (imр), что создает поток в сердечнике.
Магнитные потери в сердечнике трансформатора обусловленные следующими физическими явлениями: возникновением в листах магнитопровода под действием переменного магнитного потока вихревых токов и явлением гистерезиса, что присуще ферромагнитним материалам.
Потери на гистерезис пропорциональные объему сердечника и не зависят от толщины листов. Потери же на вихревые токизначительно зависят от толщины листов и от состояния мижлистової изоляции. Магнитопровод собирается из листовэлектротехнической стали постоянной толщины 0,35-0,5 мм. (в последние годы - холоднокатаной). Так как холоднокатаная сталь очень чувствительная к наклепу и остаточным деформациям, згибу, и др., готовые пластины отжигают при температуре 790-830ос. Потом пластины укрываются жаростойкою изоляцией и магнитопровод шихтуется. После шихтовки проводят опресовку с средним давлением 4-6 кг/см2. Опресовка нужна для того, чтобы повысить коефициент заполнение магнитопровода, что достигает в этом случае 97%. Уменьшение коефициента заполнение на 1% приводит к увеличению потерь нерабочего походка приблизительно на 2%. Кроме того, опресовка снижает вибрацию пластин, которая есть главной причиной возникновения шума при работе трансформаторов. Нарушение опресовки может привести к вибрации настолько большой, что возникнет механическая усталость металла пластин магнитопровода, даже к возникновению в них трещин и поломок. На торцовых частях пластин с ослабленной опресовкою из-за вибрации возникает контактная коррозия, которая приводит к ржавению . Ржавчина возникает не считаясь с тем, что пластины находятся в масле. Если уничтожить ржавчину и при этом не принять меры по уплотнению ослабленных пакетов, то она появится снова. Нарушение межлистовой изоляции создает дополнительные пути для протекания вихревых токов, который приводит к возрастанию потерь .
Указанные дополнительные пути воссоздаются как при изготовлении сердечника, так и в процессе експлуатации трансформаторов. Некачественная сборка может привести к повреждению магнитопровода вследствие повреждения изоляции между пластинами или при замыкании между собою краев пластин. Такие замыкания могут возникать как на наружний поверхности магнитопровода, так и внутри отверстий. Такие нарушения изоляции приводят к нагреванию поврежденных участков вихревыми токами и к дальнейшему разрушению изоляции; повреждение захватывает еще большую область, сталь пластин может выплавиться , в месте нагревания возникнет крекинг масла.
Таким образом, за изменением составляющей потерь в магнитопроводе, что были вызваны протеканием вихревых токов, можно судить об изменении физического состояния сердечника.
Выводы:
Для оценки составной потерь от вихревых токов надо выполнить эксперимент, который связан с возбуждением некоторым действием вихревых токов в магнитопроводе и наблюдением характера их свободного изменения (переходной функции вихревых токов). Чтобы переходная функция токов отображала параметры только сердечника трансформатора, необходимо исключить в опыте реакцию со стороны магнитно-связанных обмоток трансформатора. Это условие обеспечивается только во время использования импульсного действия.
Литература
1. Дымков А.М.Трансформаторы напряжения. М .,Госэнергоиздат, серия "Трансформаторы", 1963, вып.10.192 стр.
2.Дымков А.М., Кибель В.М. Тишенин Ю.В. Трансформаторы напряжения. М., Энергия, Изд.2, 1975 , 201 стр.
3.Белицкая М.С. Лиманов Е.А. Трансформаторы постоянного тока и напряжения. М., Энергия, 1964 , 236 стр.
4.Дымков А.М. Расчет и конструирование трансформаторов. М., Высшая школа, 1971, 264 стр.
Автобиография
Электронная библиотека
Результаты поиска в Internet
Перечень аннотированых ссылок