Masurarea rezistentei infasurarilor in curent continuu la transformatoarele electrice de forta

Scopul probei

Prin masurarea rezistentei ohmice se urmareste:

determinarea rezistentei reale a infasurarilor;

verificarea calitatii sudurilor sau lipiturilor facute la conductoarelor bobinelor;

controlul calitatii conexiunilor la comutatorul de reglaj si la bornele de racord (trecerile izolate), inclusiv verificarea concordantei intre pozitia comutatorului si stabilirea corecta a contactului;

depistarea eventualelor intreruperi in conductoarele bobinelor;

punerea in evidenta a scurtcircuitelor nete intre spire sau alte defecte, care se reflecta sensibil in valoarea rezistentei.

Rezistenta reala a infasurarilor trebuie determinata si pentru recalcularea corecta a pierderilor de scurtcircuit si, de asemenea, pentru determinarea temperaturii infasurarii prin metoda variatiei rezistentei cu temperatura.

Aparatura si metodologia de masura

Masurarea rezistentelor ohmice a infasurarilor se executa prin metoda voltmetrului si ampermetrului, in curent continuu sau prin metoda puntii.

A. Metoda caderii de tensiune (metoda voltmetru-ampermetru)

Datorita simplitatii ei, aceasta metoda este cea mai folosita. Ca principiu, ea se bazeaza pe legea lui Ohm:

r_x = ,

unde:

U - reprezinta caderea de tensiune masurata la bornele infasurarii, in regim stabilizat;

I - curentul prin infasurare, in regim stabilizat;

r_x - rezistenta masurata.

Dezavantajul principal al acestei metode consta in faptul ca citirea aparatelor nu se poate face decat dupa un anumit timp (ajungandu-se la transformatoarele mari la peste 15 minute) de la aplicarea curentului continuu, adica dupa perioada tranzitorie initiala.

Pentru a obtine un regim stabil de lucru, trebuie sa se atinga domeniul saturatiei miezului magnetic. De aceea, curentul continuu folosit la masurare trebuie sa fie ales, astfel incat fluxul creat de el sa fie aproximativ cu 20% mai mare decat fluxul ce apare la tensiunea nominala in curent alternativ.

Astfel:

I_c.c. = ,

in care:

U_c.c. este tensiunea sursei de alimentare in curent continuu;

R_bat. este rezistenta interna a bateriei;

R_trafo este rezistenta ohmica a transformatorului;

I₀ reprezinta valoarea nominala a curentului de mers in gol.

Cand masurarea dureaza mai mult de un minut, se va avea in vedere ca valoarea curentului I_c.c. sa nu depaseasca 0,1 I_n, pentru a se evita incalzirea sensibila a infasurarii.

Din relatia de mai sus rezulta ca scurtarea timpului de stabilizare a indicatiilor aparatelor de masura se poate obtine prin cresterea tensiunii U_c.c. (crescand apoi corespunzator rezistenta exterioara a circuitului, pentru a limita valoarea curentului continuu).

In functie de marimea rezistentei de masurat, metoda se foloseste in doua variante. Schemele de masurare si montaj sunt prezentate in fig. 1, in care:

E - reprezinta sursa independenta de curent continuu - bateria de acumulatoare de mare capacitate, bine incarcata, cu posibilitati de conectare in serie si paralel a elementelor, in scopul obtinerii valorilor convenabile ale tensiunii si curentului, necesare la masurare;

H - heblu tripolar pentru conectarea si deconectarea sursei E, capabil sa rupa curenti pana la 25 A;

A - ampermetru de curent continuu, sistem magnetoelectric de clasa 0,2 sau 0,5, cu domeniul de masura 0,15 - 30 A (de exemplu ampermetrul de fabricatie IAEM Timisoara, tip C4, 0,015 - 30 A, cl. 0,2);

V - voltmetru de curent continuu, de clasa 0,2 sau 0,5, cu domeniul de masura 0,048 - 300 V (de exemplu milivoltmetrul de fabricatie IAEM Timisoara, tip C4, cl. 0,2 - 600 V);

R - reostat de reglaj cu cursor (valoarea rezistentei reostatului se calculeaza se calculeaza in functie de U_c.c. si I_c.c.) sau o rezistenta fixa.

Observatie:

La folosirea cursorului se va avea in vedere posibilitatea de variatie a contactului alunecator si, ca urmare, aparitia erorilor la masurari; de aceea se prefera utilizarea unei rezistente de limitare, de valoare fixa.

B - buton de revenire, tip BF-6, 6A - 500V;

H₁ - heblu monopolar de scurtcircuitare a reostatului R.

In cazul rezistentelor de valoare mica (de ordinul ohmilor sau sub un ohm), consumul voltmetrului devine neglijabil si este mai exacta masurarea prin conectarea voltmetrului direct la borne (asa-numita schema "aval" - fig. 1a).

Ampermetrul masoara atat curentul care trece prin infasurare, cat si consumul voltmetrului.

Valoarea corecta a rezistentei masurate r_x se obtine cu relatia:

R_x = ,

in care:

U este tensiunea citita la voltmetrul conectat la borne;

I reprezinta curentul citit la ampermetru;

R_v reprezinta rezistenta inferioara a voltmetrului.

In cazul rezistentelor de valoarea mare (cazul rezistentei infasurarilor de inalta tensiune a transformatoarelor cu puteri pana la 160 kVA), consumul voltmetrului nu se mai poate neglija, in schimb devine neglijabila rezistenta ampermetrului si conductorului de legatura dintre ampermetru si borna infasurarii fata de rezistenta masurata. Deci, pentru rezistente mari, schema "amonte" (fig. 1b) conduce la erori mici. Astfel, sunt necesare corectii catre limita inferioara de masurare a metodei (rezistente, in general, intre 7-10 ohmi).

Rezistenta r_x corectata:

r_x = ,

in care:

r_A reprezinta rezistenta inferioara a ampermetrului;

r_C reprezinta rezistenta cablului dintre ampermetru si borna infasurarii;

U, I reprezinta tensiunea si curentul masurat.

In cazul masurarii rezistentei infasurarilor cu inductanta mare (cazul infasurarilor de inalta tensiune) se poate realiza reducerea timpului de stabilizare a curentului in circuitul de masura pe calea fortarii temporare a curentului.

Initial se aplica infasurarii o tensiune mai mare prin scurtcircuitarea rezistentei R (cu heblul H₁), careia i se mareste apoi treptat valoarea, iar catre sfarsitul perioadei tranzitorii se introduce complet in circuit pentru limitarea curentului. Valoarea rezistentei R se alege pana la de cateva ori mai mare decat rezistenta infasurarii masurate. Pe aceasta perioada voltmetrul ramane deconectat. Voltmetrul V se va conecta in circuit numai dupa stabilizarea curentului, manifestata prin stationarea acului indicator al ampermetrului pe o valoare fixa a curentului.

B. Metoda puntii. In functie de marimea rezistentei masurate si de precizia care se cere, se foloseste puntea simpla tip Wheastone sau puntea dubla Thomson. De regula, metoda puntii se va utiliza numai pentru transformatoare cu inductanta mai mica ( de mica si joasa tensiune).

Puntea Wheastone se foloseste numai la masurarea rezistentelor mari, peste 1. Dezavantajul consta in aceea ca la rezistenta care se masoara se adauga rezistenta conductoarelor de legatura a contactelor. De aceea, nu se recomanda utilizarea ei decat la probele de control al rezistentelor de valori mari, mentionandu-se tipurile de punti sovietice tip R333 sau ZMB, intalnite in exploatare.

Puntea Thomson este aparatul cu cea mai mare exactitate (eroare de circa 0,05%) pentru masurarea rezistentelor mici (pana la 0,0001 ), care se intalnesc la infasurarile transformatoarelor de putere mare si foarte mare si cu tensiuni relativ joase.

In exploatare exista diverse tipuri de fabricatie straina mai veche. In prezent, I.N. Metrologie - Bucuresti fabrica puntea tip Bthi cu clasa de precizie 0,1 si domeniul de masura a rezistentelor intre 10^-4 si 10³.

Conditiile de executie a probelor

Conditii generale

Masurarea rezistentelor ohmice ale infasurarilor se recomanda sa se execute cu transformatorul la o temperatura stabilizata, dupa deconectarea tuturor legaturilor primare si secundare.

La transformatoarele cu ulei se considera ca starea stabilizata se obtine daca timp de patru ore consecutiv temperatura uleiului la partea superioara a transformatorului variaza cu cel mult 1⁰C pe ora.

In acest scop temperatura se va masura cu termometre montate in locasele speciale de pe capacul transformatorului umplute cu ulei.

In cazul existentei radiatiilor anormale de caldura (de exemplu soare puternic pe timp de vara), se recomanda protectia termometrului cu o acoperire termoizolanta.

In vederea uniformizarii temperaturii straturilor superioare si inferioare de ulei, precum si a scurtarii timpului de stabilizare se poate circula uleiul cu o pompa a sistemului de racire.

La transformatoarele uscate, temperatura care se va masura va fi media citirilor facute cu cel putin trei termometre plasate la suprafata infasurarilor.

In momentul stabilizarii aceasta temperatura trebuie sa fie aproximativ egala cu cea a mediului ambiant.

Metoda caderii de tensiune (metoda voltmetru-ampermetru)

Masurarea cu precizie a rezistentei infasurarilor in curent continuu prin metoda voltmetru-ampermetru necesita respectarea urmatoarelor conditii:

Numarul de contacte in circuit trebuie sa fie cat mai mic, iar cele fixe sa fie bine stranse.

Conectarea milivoltmetrului pentru masurarea caderii de tensiune se va face cu conductoare (cordoane) etalonate de rezistenta cat mai mica. Circuitul de curent trebuie sa fie separat de cel de tensiune si realizat din cordoane etalonate, de sectiune corespunzatoare curentului de masura.

Sectiunea se va calcula considerand densitatea de curent de 4A/mm².

Locul conectarii milivoltmetrului la borna infasurarii incercate se va alege in asa fel, incat milivoltmetrul sa nu masoare si caderea de tensiune in contactul dintre borne si cablul circuitului de curent (caderea de tensiune in contacte devine comparabila cu caderea de tensiune pe rezistentele foarte mici ale infasurarilor de 0,003 - 0,004 si, deci, eroarea de masurare poate fi foarte mare).

Sursa de curent continuu trebuie sa fie o baterie de acumulatoare independenta de bateria statiei, pentru a preantampina aparitia unor supratensiuni periculoase in circuitele alimentate de bateria statiei in momentul aparitiei regimului tranzitoriu.

Pentru eliminarea erorilor, citirile aparatelor se vor face numai dupa ce indicatiile lor s-au stabilizat. Voltmetrul se va conecta in circuit numai dupa ce indicatiile ampermetrului s-au stabilizat.

Pentru a nu deteriora voltmetrul sau milivoltmetrul din cauza tensiunilor induse, care apar la intreruperea circuitului de masura, se va deconecta mai intai voltmetrul si apoi se va intrerupe circuitul de masura. 

Reostatele conectate in serie pentru reglarea curentului la valoarea dorita trebuie sa asigure un contact sigur in momentul actionarii lor, pentru a nu intrerupe circuitul de curent.

Se recomanda sa se evite reostatele si sa se foloseasca rezistente fixe (de exemplu, din Cr-Ni) de limitare a curentului.

Se recomanda ca aparatele de masura sa fie de sistem magnetoelectric, clasa de precizie 0,2.

Dupa executarea masurarii, aparatele scoase din circuit se comuta pe treapta maxima la masurare, iar reostatul de reglare a curentului pe pozitia de rezistenta (curentul minim).

Metoda puntii

In cazul in care se utilizeaza ca indicator exterior de zero un galvanometru avand o sensibilitate 1x10^-6 A/diviziune, conectarea lui la punte se va face prin cablu ecranat.

Montarea galvanometrului exterior se va face pe un suport stabil, ferit de socuri sau vibratii mecanice, intr-un loc neinfluentat de campurile electrice si magnetice exterioare.

In cazul folosirii puntilor duble (Thomson) este inlaturata influenta pe care ar putea-o avea rezistentele de contact asupra valorii masurate. 

Interpretarea rezultatelor

Rezistenta infasurarilor transformatorului se masoara intre faze (intre bornele de linie), pe toate fazele si pe toate prizele, cu exceptia transformatoarelor normale de distributie cu puteri sub 6,3 MVA si U_n 24 kV, la care masurarea se face numai pe priza nominala. In aceasta prevedere nu se include transformatoarele de servicii interne din centrale. Se recomanda ca si transformatoarele de distributie sa fie masurate pe toate prizele, inainte de PIF, dupa receptia de la fabricant, in vederea verificarii conditiilor de transport. De asemenea, in atelierele speciale de reparatii capitale sau interventii, care au necesitat decuvarea, se vor verifica masuratori de rezistente ohmice pe toate prizele transformatoarelor de distributie.

Daca exista borne de neutru sau sunt accesibile inceputul si sfarsitul infasurarilor, atunci, in loc de masurarea rezistentelor intre bornele de linie, se vor masura rezistentele pe faza direct intre bornele de linie si neutru. Singura conditie, in acest ultim caz, este ca rezistenta circuitului bornei neutrului sa nu depaseasca 2% din rezistenta pe faza a infasurarii.

Rezistenta circuitului bornei neutrului se determina prin masurarea suplimentara a uneia din rezistentele intre faze.

La transformatoarele complet montate, avand infasurari conectate in triunghi sau stea cu neutrul inaccesibil, se masoara direct rezistenta intre bornele de linie accesibile, iar rezistentele pe faza se pot obtine cu ajutorul unor relatii de calcul, si anume:

pentru conexiunea stea

R_A = ,

R_B = ,

R_C = ,

in care R_AB, R_BC, R_CA sunt rezistentele masurate intre fazele A, B, C.

In cazul in care nu apar abateri esentiale (un ordin de marime) intre rezistentele masurate intre faze, se poate folosi relatia simplificata:

R_faza = R_AB,BC,CA

pentru conexiunea in triunghi:

R_A =

R_A =

R_A =

sau relatia simplificata in ipoteza aratata la conexiunea stea:

R_faza = R_AB,BC,CA

S-a aratat anterior ca masurarea rezistentelor ohmice ale infasurarilor se face la o temperatura apropiata de cea a mediului ambiant (transformator in stare practic rece), ce se va nota in timpul masuratorilor.

Pentru a fi comparabile, valorile rezistentelor infasurarilor masurate in exploatare la diverse temperaturi trebuie recalculate la temperatura de fabrica.

Astfel:

R_t2 = R_t1,

in care:

R_t2 este rezistenta R_t1, recalculata la temperatura t₂, de fabrica;

R_t1 - rezistenta masurata in exploatare;

t₂ - temperatura la care s-au masurat rezistentele in fabrica;

t₁ - temperatura din exploatare, cunoscuta.

Rezistentele infasurarilor diferitelor faze pe acelasi plot (priza) nu trebuie sa difere intre ele sau fata de datele din fabrica mai mult de 2%.

Timpul din momentul aplicarii curentului de masura pana la stabilizarea aparatelor se poate aprecia cu formula:

t = 1,5 U_n / (U_c.c. w (sec.)

unde

U_n este tensiunea nominala de faza (daca se masoara pe faza) a infasurarii care se masoara;

U_c.c. este tensiunea bateriei de curent continuu.

Daca la infasurarile cu prize multe, variatia rezistentei masurate nu corespunde cu scoaterea sau cu introducerea procentului prescris de spire, inseamna ca prizele s-au legat gresit sau comutatorul de prize realizeaza un contact nesatisfacator.

Ultima cauza, contact nesatisfacator pe priza respectiva, se poate confirma prin refacerea de mai multe ori a masurarii pe pozitia dubioasa, cu schimbarea si revenirea comutatorului pe aceasta pozitie, ceea ce conduce la autocuratirea de oxizi a contactului.

La un contact defectuos valoarea masurata nu se va reproduce intocmai.

Cauzele obtinerii unor diferente mari (peste 2-3%) intre valorile masurate ale rezistentelor pe faza sau intre faze mai pot fi:

suduri sau lipituri necorespunzatoare ale conductoarelor;

contacte la comutator sau la trecerile izolate, incorect executate;

spire scurtcircuitate;

unul sau mai multe conductoare rupte de la bobinele executate cu conductoare in paralel.

Masurile specifice de protectie a muncii

Admiterea la lucru a echipei care executa masurarile se va face conform normelor de protectie a muncii in vigoare:

In plus se vor respecta urmatoarele:

Se interzice ca masurile sa se execute pe capacul transformatorului.

Se vor lua masuri suplimentare de consolidare a conductoarelor care alimenteaza infasurarea; acestea se vor masura in asa fel, incat sa se evite deschiderea accidentala a circuitului de curent.

Mutarea cordoanelor de masura de la o infasurare la cealalta se va face numai cu manusi de cauciuc pentru lucrul la IT.

Personalul care se urca pe transformator, pentru executarea montajului, va folosi scari adecvate, cabluri de siguranta si casti.