Выбор универсального прибора для контроля трансформаторов, электрических машин и коммутационного электрооборудования

Статья опубликована в журнале "Энергетик" №9, 2014 г.
Статья опубликована в журнале "Энергетика" №1 (52), 2015 г.
Статья опубликована в журнале "Электротехнический рынок" №4 (58), март-апрель 2020 г.

В условиях современного рынка, когда каждое предприятие старается выйти на новый уровень рентабельности и минимизировать издержки, вопрос о повышении эффективности работы стоит достаточно остро. Данная проблема особенно актуальна для небольших подрядных ремонтных и монтажных организаций, имеющих зачастую небольшой штат высококвалифицированного персонала. Немаловажным фактором для этих организаций является правильный выбор комплекта приборов для контроля параметров электрооборудования и диагностирования неисправных его узлов.

Одним из самых распространенных и простых методов оценки состояния узлов перечисленного выше электрооборудования является измерение в них электрического сопротивления постоянному току. К сожалению, для каждого типа электрооборудования (трансформаторы, электрические машины и коммутационное электрооборудование) требуются свои средства полноценной диагностики, но в случае с измерением электрического сопротивления постоянному току можно воспользоваться существующими универсальными приборами, применение которых значительно сэкономит ресурсы компании по сравнению с приобретением целого диагностического комплекса под каждый вид электрооборудования. Рассмотрим более подробно возможности приборов и виды измерений, которые необходимо произвести на разных типах электрооборудования. 

Трансформаторы.

При контроле трансформаторов проверяют разброс сопротивлений на всех одноименных отводах разных фаз. Если разброс не превышает 2%, то согласно "РД 34.45-51.300.97. Объем и нормы испытаний электрооборудования" (6-е изд. – М.: НЦ ЭНАС, 2000) это является нормой. При измерении фазных сопротивлений обмоток с нулевым выводом отклонение сопротивления одной из фаз более  чем на 2% указывает на неисправности по этой фазе.

Линейные сопротивления измеряются, когда у обмотки нет нулевого вывода. Рекомендуется выполнить их пересчет в фазные сопротивления по известным формулам. Покажем полезность этого на простом примере. Допустим, получены следующие значения сопротивлений трехфазной обмотки со схемой "звезда" без нулевого вывода: RAB=2,04 Ом; RBC= 2,04 Ом; RCA=2,0 Ом. То есть, максимальный разброс по сопротивлениям обмоток не превышает 2%, следовательно,  обмотки считаются исправными. Пересчет в фазные сопротивления дает: RAО=1,0 Ом; RBО= 1,04 Ом; RCО=1,0 Ом. Пересчитанные данные, во-первых, локализуют неблагополучную фазу, а, во-вторых, обнаруживают увеличенное на 4%  ее сопротивление, что уже указывает на наличие в ней неисправности.

Кроме определения разброса сопротивлений обмоток по разным фазам необходимо еще сопоставлять измеренные значения сопротивлений с паспортными значениями, либо со значениями, полученными при пуско-наладочных испытаниях трансформатора. Не рекомендуется сопоставлять измеренные сопротивления только с результатами предыдущих измерений. В этом случае не видно постепенного из года в год увеличения сопротивления обмотки, свидетельствующее о неуклонной деградации каких-то соединений либо элементов в электрической цепи трансформатора.

Для проведения такого сопоставления необходимо значение температуры измеряемой обмотки, за которую принимается температура верхних слоев масла трансформатора. Штатных термометров в трансформаторах зачастую нет, поэтому необходим термометр, а также возможность внесения значений измеренной и паспортной температуры в измерительный прибор. Приведение к паспортной температуре выполнится автоматически, если в приборе имеется такая функция. Также автоматически выполнится расчет относительных отклонений сопротивлений (разброса) между одноименными отводами и пересчет линейных сопротивлений в фазные. Если же указанные функции отсутствуют, то ручной пересчет, учитывая 10-20 отводов обмотки по каждой фазе, займет много  времени и не исключает ошибок.

Кроме определения разброса сопротивлений обмоток по разным фазам необходимо еще сопоставлять измеренные значения сопротивлений с паспортными значениями, либо со значениями, полученными при пусконаладочных испытаниях трансформатора. Это необходимо делать для контроля сопротивления обмотки, увеличение которого свидетельствует о неуклонной деградации каких-то соединений либо элементов в электрической цепи трансформатора. Для проведения такого сопоставления необходимо значение температуры измеряемой обмотки, за которую принимается температура верхних слоев масла трансформатора. Штатных термометров в трансформаторах зачастую нет, поэтому необходим термометр, а также возможность внесения значений измеренной и паспортной температуры в измерительный прибор. В приборе МИКО-2.3 приведение к паспортной температуре выполнится автоматически, также автоматически выполнится расчет относительных отклонений сопротивлений (разброса) между одноименными отводами и пересчет линейных сопротивлений в фазные. 

При капитальном ремонте, либо при обнаружении дефекта внутреннего контакта, когда вскрывается бак трансформатора или контактора, можно непосредственно (без сопротивления обмотки) измерить переходные сопротивления разъемных и неразъемных соединений на больших измерительных токах и получить  точное представление об их состоянии. При вскрытом баке контактора доступны для проверки целостности токоограничивающие резисторы устройства РПН и переходные сопротивления контактора и избирателя.

В трансформаторах тока, встраиваемых в силовые трансформаторы, шинных, опорных, проходных и др. трансформаторах тока, устанавливаемых в распределительных устройствах, измеряется сопротивление вторичных обмоток и сопротивление их нагрузочных резисторов.

Электрические машины. 

В электрических машинах переменного тока (синхронных генераторах и двигателях, асинхронных двигателях), как и в трансформаторах, измеряется сопротивление  3-х фазной обмотки статора: фазное – при всех выведенных наружу концах обмотки; линейное – при внутреннем соединении обмоток в схему "звезда" или "треугольник". И по тем же формулам пересчитываются линейные сопротивления в фазные, рассчитывается разброс сопротивлений между фазами и измеренное сопротивление приводится к паспортной температуре.

В роторах синхронных электромашин измеряется сопротивление обмотки возбуждения. А если это ротор с явными полюсами, то еще измеряется сопротивление каждого полюса в отдельности или попарно и переходного контакта между ними. В асинхронных двигателях с фазным ротором измеряются линейные сопротивления обмотки.

В электрических машинах постоянного тока измеряются сопротивление обмотки возбуждения на статоре, обмотки ротора между коллекторными пластинами, сопротивление реостатов и пускорегулирующих резисторов.

Для подсоединения измерительных кабелей к выводом обмоток роторов, выполненных в виде колец, универсальные зажимы (струбцины, "крокодилы") не годятся и нужны специальные зажимы в виде хомутов с винтовой затяжкой. А к коллекторным пластинам наиболее удобно присоединяться зажимами  со сдвоенными (потенциальный и токовый) подпружиненными контактами игольчатого вида.

Коммутационное электрооборудование. 

В коммутационном электрооборудовании измерению под-лежат следующие сопротивления:

• переходные сопротивления контактов выключателей, разъединителей, отделителей и короткозамыкателей;
• переходные сопротивления разъемных соединений оборудования комплексных   распределительных устройств;
• переходные сопротивления болтовых соединений проводов высоковольтных линий, шин и токопроводов на ОРУ;
• сопротивления обмоток электромагнитов приводов и встроенных трансформаторов тока;
• сопротивление шунтирующих резисторов дугогасительных устройств масляных баковых выключателей типа МКП и У, сопротивление делителей напряжения и шунтирующих резисторов воздушных выключателей.

При измерении переходных сопротивлений контактов и соединений возникают вопросы о силе измерительного тока, так как при окисленных контактах результат измерения будет завышенным и определяться силой тока. Для исключения ошибочных измерений в международных стандартах МЭК 56 и ANSI C37.09 регламентирована сила измерительного тока от минимально допустимой (50-100А) до номинального тока выключателя. Для российских выключателей единого стандарта до сих пор нет, хотя отдельные производители выключателей нормируют силу тока при измерении. Очевидно, по этой причине во многих энергосистемах используют малогабаритные и дешевые микроомметры на токи 2-10 А, рискуя получить завышенные значения сопротивления, для  устранения которых придется выполнять совершенно не нужные ремонты выключателей. Особенно это относится к баковым выключателям типа МКП и У, контактная цепь которых содержит до восьми последовательно соединенных дугогасительных контактов и два главных, значит и более уязвима для окисления, а трудоемкость ремонта выше из-за большого количества масла в баке.

Диапазон измеряемых сопротивлений для перечисленного электрооборудования очень широкий и лежит в пределах от 10^-5 до 10⁵ Ом, а диапазон силы измерительных токов – от 10^-3 до 600А и более. Поэтому на рынке приборов представлены в основном приборы узкоспециализированные с меньшими диапазонами: микроомметры - для измерения переходного сопротивления контактов и соединений, и миллиомметры – для измерения сопротивлений обмоток трансформаторов, электродвигателей и т.п. Кроме того, для измерения температуры обмоток имеются различные типы термометров, а для контроля шунтирующих резисторов дугогасительных контактов – килоомметры.

Но как следует из обзора электрооборудования, даже для контроля только трансформатора, или только выключателя требуется и микроомметр, и миллиомметр, и термометр, а зачастую,  и килоомметр. То есть, придется пользоваться поочередно тремя - четырьмя приборами, что не всегда удобно. Увеличение числа приборов увеличивает не только общую стоимость комплекта, но и его массу, что усложняет транспортировку оборудования на далеко расположенные объекты. К тому же, при анализе предлагаемых специализированных приборов оказывается, ч

• часть из них не подходят по допустимой погрешности измерения в рабочих условиях;
• большинство приборов не имеют функций пересчета измеренных сопротивлений, а единичные имеют только функцию приведения к паспортной температуре;
• микроомметры на большие токи имеют большую массу и габариты.

Экономически выгодной альтернативой является использование универсальных приборов, позволяющих  измерять все вышеперечисленные параметры. Их стоимость и масса будут меньше, чем у комплекта специализированных приборов с тем же набором функций. Приведенная ниже таблица технических характеристик (информация взята с сайтов производителей этих приборов) двух универсальных и трех специализированных приборов наглядно демонстрирует преимущества универсального прибора №1. 

Во всех рассмотренных выше типах электрооборудования применение Микромилликилоомметра МИКО-2.3 является экономически эффективным. Прибор позволяет не только измерять все вышеперечисленные параметры, но также будет стоить и весить значительно меньше, чем комплекс средств диагностики. По техническим характеристикам МИКО-2.3 значительно опережает существующие специализированные приборы (при сравнении информация бралась с сайтов производителей приборов). Благодаря нечувствительности к наведенному напряжению МИКО-2.3 можно подключить к вводам выключателя. После чего посредством домкрата установить траверсу выключателя в положение, когда дугогасительные контакты разомкнуты, а главные – еще замкнуты, и считать с дисплея сопротивление одного или двух последовательно соединенных шунтирующих резисторов. Очевидно, что этот способ гораздо менее трудоемкий, чем при использовании обычных килоомметров.

Сравнительная таблица характеристик
универсальных и специализированных измерительных приборов

	Универсальный прибор №1	Универсальный прибор №2	Миллиомметр прибор №3	Микроомметр прибор №4	Килоомметр прибор №5
МИКРООММЕТР
Диапазон измерения	10-6 – 0,1 Ом	10-6 – 0,1 Ом	-	10-6 – 10 Ом	-
Диапазон токов	50 - 1000 А	200 - 600 А	-	0,25 - 200 А	-
Основная погрешность	±0,2%	±1%	-	±0,25%	-
МИЛЛИОММЕТР
Диапазон измерения	10-4 – 103 Ом	2∙10-3 – 2∙103 Ом	10-4 – 2∙103 Ом
Диапазон токов	5∙10-4 - 5 А	10-2 - 12 А	10-3 – 10 А
Основная погрешность	±0,2%	±1%	±0,2%
Функция пересчета сопротивлений обмоток			Только приведение к паспортной температуре
КИЛООММЕТР
Диапазон измерений	100 – 3∙105 Ом	-	-	-	10-3 –105 Ом
Допустимое наведенное напряжение	5 кВ	-	-	-	? кВ
Основная погрешность	± 0,5%	-	-	-	± 0,5%
ТЕРМОМЕТР
Диапазон измерения	–20 – +120 ˚С	-	-	-	-
Технические особенности
Архив в приборе
Связь с ПК
Питание	сеть, внутренний и автомобильный аккумулятор	сеть	сеть, внутренний и автомобильный аккумулятор	сеть	сеть
Рабочий диапазон температур	–20 – +40˚С	–35 – +50 ˚С	–20 – +40 ˚С	–5 – +35 ˚С	+5 – +40 ˚С
Масса	2,7 кг	25 кг	7 кг	5 кг	4 кг

Представленный материал информационно-аналитический, не носит рекламный характер и не призывает к действию. Сведения предназначены для информирования пользователей сайта www.skbpribor.ru о продукте производителя.