CC BY
19
УДК 621.316.97
В. М. ЛЯШУК, I. В. ДЕМ'ЯНЮК (ДНУЗТ)
Кафедра Електропостачання зал1зниць, Днтропетровський нацюнальний ужверситет зал1зничного транспорту ¡меш академ1ка В. Лазаряна, вул. Лазаряна 2, Днтропетровськ, Украша, 49010, тел.: (056) 793-19-11, ел. пошта: lyashuk52Pqmail.com
ДОСЛ1ДЖЕННЯ МЕТОД1В Д1АГНОСТУВАННЯ М1ЖВИТКОВОТ 130ЛЯЦП В ОБМОТКАХ ТЯГОВИХ СУХИХ ТРАНСФОРМАТОР1В
Постановка проблеми
В даний час юнуе обладнання, дозволяюче внзначати м1жвиткове порушення ¡золяцп в обмотках сухих трансформатор1в постшного струму [1, 2, 3, 4]. Але дтгностування передвщмов-ного стану ¡золяцп викликае певш трудноцц.
Анал1з дослщжень
Пропонуеться ще один вар1ант проведения дтгностування, заснований на вим1рюванш Д1електричних втрат в ¿золяци обмоток транс-форматор1в шляхом подач1 вим1рювально1 на-пруги звуковоУ частота. На вим1ри у великш мф1 впливае волопсть ¡золяцп, тому необхщно перед проведениям д1агностування вим1ряти 'и вщомими методами [5].
Попередньо проводиться загальна оцшка стану ¿золяцп обмотки по методиц1 вимфюван-ня р1вня обернено\ напруги [6, 7, 8, 9]. Вимфю-еться ошр ¡золяцп (при опор1 менше 40 МОм подалыш вим1ри не проводяться). Анал1з стану ¡золяцп проводиться по куту нахилу Д0ТИЧН01 до початку кривоУ змши р1вня оберненоУ напруги до його величини.
Д1агностування проводиться шляхом подач1 зм1нно1 напруги звуково! частоти через конденсатор, емнють якого спшьно з шдуктивнютю обмотки трансформатора, при певнш частоту викликае резонанс напруги. Величина випробу-вально1 напруги на два порядки менше робочог При порушенш ¡золяцп (збшьшення провщнос-т1) обмотки трансформатора резонанс може ви-никнути на ¡ншш частот! або взагал1 не насту-пити. Схема шдключення генератора до обмотки трансформатора наведена на рис. 1.
1снуе метод, коли паралельно до обмотки трансформатору шдключають певну емнють 1 на отриманий контур подають прямокутний ¡мпульс. За осцилограмою спостер1гають характер загасання власних коливань. Якщо спосте-р1гаеться 5-6 перюд1в, значить контур високо-добротний, а добротнють контуру визначаеться в першу чергу шдуктивнютю. Для визначення мюця короткого замикання застосовуються ш-дуктивш датчики. За схемою побудови шдук-
тивн1 датчики можна роздшити на одинарш та диференщальш. Одинарний шдуктивний датчик мютить одну вимфювальну гшку, дифере-
НЩЙНИЙ - ДВ1.
Рис. 1. Схема шдключення генератора до обмотки трансформатора Ьт
Постановка зада1п
Дослщити \ розробити МОЖЛИВ1 методи Д1аг-ностування порушення м1жвитково1 ¡золяцп обмоток тягових трансформаторш 13 застосуван-ням ¡ндуктивних датчшав. Мюце порушення стану ¡золяцп, а саме, визначення мюця перед-бачуваного пробою (руйнування) ¡золяцп знахо-диться за допомогою шдуктивного датчика.
Основний матер1ал
У диференщальному шдуктивному датчику при змш1 параметра одночасно змшюються ¡н-дуктивност1 двох однакових котушок, причому змша в1дбуваеться на одну \ ту ж величину, але з протилежним знаком.
Як вщомо, ¡ндуктившеть котушки:
ЖФ
1 =
I
(1)
Струм пов'язаний з магшторушшною силою сшввщношенням:
/ =
НЬ
Ж
(2)
зв1дки отримуемо
© Ляшук В. М., Демянюк I. В., 2013
1 =
я,
(3)
де Мм = ИЬ / Ф - магштний отр шдуктив-
ного датчика.
Рис. 2. Використання одинарного шдуктивного датчика
Розглянемо систему виупрювання на основ1 одинарного ¿ндуктивного датчика (рис. 2). В основу роботи покладено властивють дроселя з по-впряним зазором, а саме, змпповати свою шдук-тившсть при змм величини пов1тряиого зазору.
Система вим1рювань складаеться з магшто-проводу 1 з обмоткою датчика 2 { обмоткою трансформатора 3. На обмотку 2 через отр на-вантаження Ян подаеться напруга живлення
змшного струму. Струм в лaнцюзi навантажен-ня визначаеться як
/ =
и
+ гп) + ((о1у
(4)
де Гц - активний отр дроселя;
Ь - шдуьстившсть датчика. Так як активний отр кола величина постайна, то змша струму може вщбуватися тшьки за рахунок змши ¿ндуктивно1 складово! ХЬ = I ■ , яка залежить вщ величини шшт-
ряного зазору д .
Кожному значению 5 вщповщае певне значения I, що створюе падшня напруги на опор! : Г/вих = I • Ян - представляе собою вюад-
ний сигнал датчика.
Можна вивести анаштичну залежшсть г/вих = / (г) ) , за умови, що зазор досить малий { потоками розс!яння можна знехтувати, { знехту-вати магштним опором зашза в пор1внянш
з магштним опором пов1тряного зазору . Наведемо кшцевий вираз
''Л
(«к+'дУ
+
25
Л2
(5)
У реальних пристроях активний отр ланцю-га набагато менший Андуктивного, тод1 вираз зводиться до вигляду
гл
————^ 3 ~ А'дй". (6,
Залежшсть Г/вих = / мае Л1шйний характер (у першому наближенш) (рис. 3). Реальна характеристика мае вигляд (штрих-пунктирна л1шя (рис. 3)).
А«„
а
.А
о '°
1У/
/
о
2
Рис. 3. Характеристика датчика
В1дхилення вщ лшшноста на початку пояс-нюеться прийнятим допущениям « Кмв .
При малих ос магштний отр зал ¿за сум^рно з магштним опором повпря.
Biдxилeння при великих а пояснюеться тим, що при великих Ш, становиться сум1рною з величиною активного опору - + гд .
В цшому розглянутий ¿ндуктивний датчик мае ряд 1стотних недолив:
• не змiнюeтьcя фаза струму при змiнi на-прямку перемщення;
• при необхщноси вим1рювати в обох на-прямках перемщення потр1бно встановлювати початковий пов1тряний зазор отже, струм I^ ,
що незручно;
• струм у навантаженш залежить вщ амшп-туди \ частота живлячо! напруги;
• в процес1 роботи датчика на ярмо д1е сила тяжшня до магштопроводу, яка шчим не ур1в-новажуеться, 1 значить вносить похибку в роботу датчика.
© Ляшук В. М., Дем'янюк I. В., 2013
Система вим1рювань на основ! диференща-льних шдуктивних датчиив (рис. 4) являють собою сукупшсть двох нереверсивних датчшав 1 виконуються у вигляд1 системи, що складаеть-ся з двох магштопровод1в 13 загальним ярмом \ двома котушками. Для диференщальних 1ндук-тивних датчик!в необх1дш два роздшьних дже-рела живлення, для чого зазвичай використову-еться роздшьний трансформатор 5.
Рис. 4. Диференщальний шдуктивний датчик
Диференцшномндуктивт датчики склада-ються з лист1в електротехшчно1 стал1 з магш-топроводом Ш-под1бно1' форми (на частотах вшце 1000 Гц застосовуються зал1зошкелев1 сплави - пермалой) 1 цилшдричш, з суцшьним магштопроводом круглого перетину.
Виб1р форми датчика залежить вщ конструктивного поеднання його з контрольованим пристроем.
Для живлення диференцжно-шдуктивного датчика використовують трансформатор 5 13 виведенням середньо1 точки на вториншй об-мотщ. М1ж ним 1 загальним кшцем обох коту-шок включаеться прилад 4. Повггряний зазор 0,2-0,5 мм.
При середньому положенш ярма, коли повь тряш зазори однаков1, шдуктивт опори коту-шок 3 1 3' однаков1, отже величини струм1в в котушках дор1внюють II = 12 1 результуючий струм в прилад1 дор1внюе 0.
При невеликому вщхиленш ярма датчика в ту або шшу сторону шд д1ею контрольовано1 величини X змшюються величини зазор1в { ш-дуктивностей, прилад рееструе рпницевий струм /| — ¡2, вiн е функщею змщення ярма,
яким, в даному випадку являеться магштопро-вщ трансформатора, в1д середнього положения (постшна складова). Ргзниця струм1в реестру-еться за допомогою магштоелектричного прилад^' 4 (м1кроамперметра) з випрямною схемою В.
Характеристика шдуктивного датчика мае вигляд (рис. 5).
ki
-Оь +0ь
Рис. 5. Характеристика шдуктивного датчика ов
Поляршсть вих1дного струму залишаеться незмшною незалежно в1д знака змши повного опору котушок. При 3Mim напрямку вщхилення ярма в1д середнього положения мшяеться на протилежний (на 180 °) фаза струму на виход1 датчика. При використанш фазочутливих ви-прямних схем молена отримати шдикацпо напрямку псрем1щення ярма вщ середнього положения. Характеристика диферетцального шдуктивного датчика з фшьтром верхних частот (ФВЧ) мае вигляд (рис. 6).
ki
+ Of
Рис. 6. Характеристика диференшального шдуктивного датчика з ФВЧ
1нформативна здатшеть шдуктивного датчика в значшй М1р1 визначаеться його похибкою перетворення вимipюванoгo параметра в обмо-тщ ярма Ья.
Для локашзацп мюця, де гзолящя мае суттев! вщхилення д1агностичних параметр1в, вим1рю-вальну напругу подають на обмотку ярма за певним алгоритмом. 1нформащю одержують за допомогою шдуктивного датчика р1вня елект-ромагштного поля, який перемщаеться по окружност! в безпосередшй близькосп вщ ярма (вщетань обмежена товщиною д1електрично1 прокладки м1ж датчиком { корпусом ярма).
Щоб р1вснь випробувально! напруги не чинив вплив на проведения вишрювань, викорис-товуеться мостова схема.
Висновки
Таким чином, для визначення степеш пору-шення ¡золяцп секщй обмоток по запропонова-ним методам, проводиться неруйшвний контроль стану 1золяцп, а саме, визначення мюця
© Ляшук В. М., Дем'янюк I. В., 2013
передбачуваного пробою (руйнування) поляцп. Це дозволить запоб1гти можливосп виникнення
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
1. Бессуднов Е. П. Обнаружение мест дефектов изоляции обмоток электрических машин постоянного тока / Е. П. Бессуднов - М.: Энергия, 1977. - 120 с.
2. Каминский M. JT. Проверка и испытание электрических машин / M. JT. Каминский - М.: Энергия, 1977. - 103 с.
3. Сахновский H. J1. Испытание и проверка электрического оборудования /Н. JT. Сахновский -M.: Энергия, 1975. - 103 с.
4. Бажанов С. А. Профилактические испытания изоляции оборудования высокого напряжения /С. А. Бажанов, В. Ф. Воскресенский - М.: Энергия, 1977.-288 с.
5. Гончаренко Г. М. Испытательные установки и измерительные устройства в лабораториях высокого напряжения /Г. М. Гончаренко - М.: Энергия, 1966 - 326 с.
6. Боднар Б. G. Ддагностування та прогнозуван-ня стану поляцп обмоток тягових електродвигушв .tokomotubîb / Б. G. Боднар, M. I. Капща, В. М. Ля-шук // BicH. Схщноукр. нац. ун-ту îm. В. Даля. - Лу-ганськ, 2002. - № 6(52). - С. 21-25.
7. ЛяшукВ.М. Устройство для оценки состояния изоляции обмоток тяговых электродвигателей локомотивов / В.М. Ляшук, Я.Е. Савич, М.И. Капица //36. наук. пр. Кшв. ун-ту сконо\пки i технологш трансп. Сер.: Транспортш системи i технологи. - К.: КУЕТТ, 2003. - Вип. 1-2. - С. 72-79.
8. Капща M. I. Як вадмовитись вщ передчасного руйнування поляцп тягових електричних машин локомотив1в шд час проведения випробувань / M. I. Капща, В. М. Ляшук, Д. В. Бобир / 36. наук. пр. Кшв. ун-ту економ1ки i технолопй трансп. Сер.: Транспортш системи i технологи. - К.: КУЕТТ, 2006. - Вип. 9. - С. 69-77.
9. Капща M. I. Неруйшвш методи контролю стану поляцп електричних машин та високовольт-них силових кабел1в /М. I. Капща. Д. В. Бобир // 36. наук. пр. Дон13Т. - 2007. - Вип. 12. - С. 127-138.
Надшшла до друку 31.05.2013.
Ключов1 слова: неруйшвний контроль, fliamoc-тування, cyxi трансформатори, яюсть ¡золяци, ¡ндук-тивнi датчики, генератор звуково!' частоти, резонанс напруги.
Внутршнш рецензент Каст in M. О.
короткого замикання, при сксплуатацп тягових сухих т р ан с ф о р м ато р i в.
REFERENCES
1. Bessudnov Е. P. Obnaryjenie mest defektov izolyatsii obmotok elektricheskih mashyn postoyannogo toka [Detecting defects places winding insulation of electrical machines DC]. Energya [Energy], 1977, 120p.
2. Kaminsky M. L. Proverka I ispytanie elektricheskih mashyn [Inspection and testing of electrical machines]. Energya [Energy], 1997, 103p.
3. Sahnovsky N. L. Ispytanie i proverka elektrich-eskogo oborydovania [Testing and inspection of electrical equipment]. Energya [Energy], 1975, 103p.
4. Bazhanov S. A. Profilakticheskie ispytania izolyatsii oborydovania vysokogo nyapragenia [Routine tests in isolated high-voltage equipment], Energya [Energy], 1977, 288p.
5. Goncharenko G. M. Ispytatelnye ystanovki i iz-merytelnye ysstroystva v laboratoriah vysokogo nyapragenia [Test facilities and instrumentation in the laboratory of high voltage], Energya [Energy], 1966, 326p.
6. Bodnar В. E., Kapitsa M. I., Lyashuk V. M. Di-agnostyvanna ta prognozyvanna stany izolyatsii obmotok tyagovyh elektrodvygyniv lokomotyviv [Diagnosis and prognosis of winding insulation locomotive traction motors], Visnyk Shydnoykrainskogo natsionalnogo yniversytety im. V. Dyala [Journal of East Ukrainian National University by V. Dal], Lugansk, 2002, no. 6(52), 21-25p.
7. Lyashuk V. M., Savitch J., Kapitsa M. I. Ystroystvo dlya otsenki sostoyania izolyatsii obmotok tyagovykh elektrodvigateley lokomotivov [The device for the assessment of the electrical motor winding insulation of traction locomotives], Zb. паук. Pr. Kyiv. yn-ty ekonomiki i tekhnologiy transp. Ser.: Transportni sys-temy i tekhnologii.-K. :KYETT [Collection. Science. Kyiv Ave. Univ of Economics and Technology transp. August.: Transport systems and technologies. - K. KUETT], Kyiv, 2003.-Vyp. 1-2.-72-79p.
8. Kapitsa M.I., Lyashuk V.M., Bobir D.V. Yak vidmovytys vid peredchasnogo ryinyvanna izoliatsii tyagovyh electrychnyh mashyn lokomotyviv pid chas provedenna vyprobyvan [How can I stop premature destruction of insulation of electric traction vehicles locomotives during trials], Zb. паук. Pr. Kyiv. yn-ty ekonomiki i tekhnologiy transp. Ser.: Transportni sys-temy i tekhnologii.-K.:KYETT [Collection. Science. Kyiv Ave. Univ of Economics and Technology transp. August.: Transport systems and technologies. - K. KUETT], Kyiv, 2006.-Vyp.9.-69-77p.
9. Kapitsa M. I., Bobir D. V. Neryinivni metody kontroly stany izoliatsii elektryshnyh mashyn ta vysokovoltnych sylovyh kabeliv [Nondestructive methods for monitoring the insulation of electrical machines and high-voltage power cables], Zb. паук. pr. DonlZT., [Collection. Science. DonlZT Ave.], 2007, Vyp. 12,-127-138p.
Зовшшнш рецензент Танкевич С. М.
© Ляшук В. М., Дем'янюк I. В., 2013
Оцшка фактичного стану силового електрообладнання за результатами д1агностичних вимфш е на сьо-годшшнш день складною \ актуальною задачею. Його значна частина виробила свш ресурс, але продов-жуе експлуатуватися через нестачу фшансових коштт на його замшу. Вщповщно з кожним роком зроста-ють витрати на проведения комплексних обстежень \ д1агностики. Основними причинами вщключень, по-в'язаних з внутршшми КЗ, е недостатня стшюсть обмоток при КЗ \ пробою внутршньоТ ¡золяци.
В статп розглянуто методи неруйшвного контролю стану м1жвитковоТ ¡золяци обмоток тягових сухих трансформатор^. Розглянуто систему дослщження на основ1 одинарного ¡ндуктивного датчика та дифере-нц1ального ¡ндуктивного датчика.
Для попередження виникнення аваршноТ ситуаци, що тягне за собою важю пошкодження обмоток трансформатора, бажано визначати мюця порушення ¡золюючих властивостей обмотки. Це проводиться шляхом анал1зу ¡нформаци одержуваноТ з ¡ндуктивних датчиюв при подач1 напруги прямокутноТ форми на обмотку трансформатора
Кафедра Электроснабжение железных дорог, Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, ул. Лазаряна 2, Днепропетровск, Украина, 49010, тел.: (056) 793-19-11, эл. почта: [email protected]
ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ ДИАГНОСТИКИ МЕЖВИТКОВОЙ ИЗОЛЯЦИИ В ОБМОТКЕ ТЯГОВЫХ СУХИХ ТРАНСФОРМАТОРОВ
Оценка фактического состояния силового электрооборудования по результатам диагностических измерений является на сегодняшний день сложной и актуальной задачей. Его значительная часть выработала свой ресурс, но продолжает эксплуатироваться из-за недостатка финансовых средств на его замену. Согласно с каждым годом растут расходы на проведение комплексных обследований и диагностики. Основными причинами отключений, связанных с внутренними КЗ, является недостаточная устойчивость обмоток при КЗ и пробоя внутренней изоляции.
В статье рассмотрены методы неразрушающего контроля состояния межвитковой изоляции обмоток тяговых сухих трансформаторов. Рассмотрена система исследования на основе одинарного индуктивного датчика и дифференциального индуктивного датчика.
Для предупреждения возникновения аварийной ситуации, что влечет за собой тяжелые повреждения обмоток трансформатора, желательно определять места нарушения изолирующих свойств обмотки. Это производится путем анализа информации получаемой из индуктивных датчиков при подаче напряжения прямоугольной формы на обмотку трансформатора.
Ключевые слова: неразрушающий контроль, диагностирование, сухие трансформаторы, качество изоляции, индуктивные датчики, генератор звуковой частоты, резонанс напряжения.
Department of Power supply of Railways, Dnepropetrovsk National University of Railway Transport named after academician V. Lazaryan, 2 Lazaryan Street, Dnepropetrovsk, Ukraine, 49010, tel.: (056) 793-19-11, e-mail: [email protected]
RESEARCH METHODS FOR DIAGNOSING MIZHVYTKOVOYI WINDING INSYLATION IN DRY-TYPE TRANSFORMERS TRACTION
Assessment of the actual electrical power as a result Diagnostics is currently difficult and urgent task. He made much of his life, but continues to operate because of lack of funds for its replacement. Accordingly, every year rising costs of comprehensive examinations and diagnosis. The main causes of outages related to the internal circuit is lack of stability in the short-circuit windings and internal insulation breakdown.
The article deals with methods of non-destructive testing of inter winding insulation oil-less traction transformers. It was considered research system based on single and differential inductive sensor inductive sensor.
To prevent an emergency situation involving a serious injury transformer windings, it is desirable to determine a violation of winding insulating properties. This is done by analyzing information obtained from inductive sensors with rectangular voltage is applied to the winding of the transformer.
Keywords: non-destructive testing, diagnosis, transformers insulation quality, inductive sensors, audio frequency generator, resonance voltage.
УДК 621.316.97
В. M. ЛЯШУК, И. В. ДЕМЬЯНЮК (ДНУЖТ)
Внутренний рецензент Костин Н. А. UDC 621.316.97
V. М. LYASHUK, I. V. DEMYANYUK (DNURT)
Внешний рецензент Танкевич Е. М.
Internal reviewer Kostin М. О.
External reviewer Tankevich E. M.
© Ляшук В. M., Дем'янюк I. В., 2013
