Контрольная работа по «Испытания электрических машин и трансформаторов»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Виды и краткая характеристика  испытаний.

 

На сегодняшний день все  испытания в соответствии с их целями условно разделяются на промышленные и исследовательские. В процессе первых подтверждаются (или не подтверждаются) заложенные в машину при проектировании качества и характеристики. Исследовательские испытания позволяют уточнить физические процессы, происходящие в машине, и соответствующие им физические и математические модели. В последние годы при испытаниях электрических машин широкое применение находит вычислительная техника, как для обработки результатов испытаний, так и для нахождения количественных соотношений между отдельными контролируемыми параметрами испытуемых машин. Широкое распространение получили испытательные стенды под управлением ЭВМ, которые упрощают процесс испытаний. С технической точки зрения процесс автоматизированных испытаний готовых электрических машин состоит из автоматического сбора данных, программного вычисления измеренных величин и разработки протокола испытаний.

Число различных испытаний, которым должна подвергаться электрическая  машина для того, чтобы выявить  ее соответствие всем техническим требованиям, достаточно велико. В то же время  серийно выпускаемые электрические  машины незначительно отличаются друг от друга. Поэтому испытания готовых  электрических машин подразделены на ряд видов, основными из которых  являются приемочные, приемо-сдаточные, периодические и типовые. Программы  испытаний каждого из видов различны.

 

Приемочные  испытания: проводятся по наиболее подробным программам, установленным стандартами для данного вида машин. Их целью является проверка соответствия выпускаемых машин всем техническим требованиям. Приемочным испытаниям подвергаются головные образцы – первые промышленные образцы машин данного типа, выпущенные предприятием. Число образцов, которое необходимо взять для проведения приемочных испытаний, устанавливается в стандартах на данный тип машин. Все последующие машины должны выпускаться предприятием без изменения конструкции, технологии или применяемых для изготовления материалов.

 

Типовые испытания: проводят в тех случаях, если в конструкцию выпускаемых машин или в технологию их производства внесены изменения или если заменены материалы, из которых изготовлены детали машин, причем эти изменения могут повлиять на технические свойства или качество машин. Программа типовых испытаний обычно повторяет ряд пунктов приемочных, дающих возможность оценить конкретно те данные машины, на которые могли повлиять проведенные изменения. В программу могут быть также введены дополнительные испытания, отсутствующие в программе приемочных.

 

Приемо-сдаточным  испытаниям: подвергаются все машины, выпускаемые предприятием. Программа приемо-сдаточных испытаний формируется из отдельных пунктов программы приемочных таким образом, чтобы при минимальных затратах времени можно было установить соответствие конкретного экземпляра машины основным техническим требованиям.

 

Периодические испытания: проводят в определенные сроки, которые устанавливаются в стандартах на данные типы машин для проверки качества машин, выпускаемых серийно. Программы этих испытаний значительно шире приемо-сдаточных программ и приближаются к программам приемочных испытаний. Сроки проведения периодических испытаний могут быть сокращены, если результаты приемо-сдаточных испытаний покажут, что качество выпускаемых машин ухудшается по сравнению с данными приемочных испытаний. В этих случаях программа периодических испытаний составляется таким образом, чтобы могли быть выявлены причины этого ухудшения. В отдельных случаях испытаниям, проводимым в целом по программам приемочных или с некоторым изъятием из них, придается специальное целевое назначение. Так, под квалификационными испытаниями понимаются испытания, проводимые особой комиссией над отобранными образцами установочной серии или первой промышленной партии с целью проверки готовности предприятия к выпуску продукции данного типа в заданном объеме. Подобным же образом под аттестационными испытаниями понимаются испытания, проводимые для оценки уровня качества продукции при ее аттестации. В процессе эксплуатации крупных электрических машин в определенные сроки проводятся эксплуатационные испытания, целью которых является проверка исправности машины; их программы устанавливаются самим потребителем.

 

Специальные испытания проводятся дополнительно к приемочным или приемо-сдаточным испытаниям по специальным программам и имеют целью установление соответствия машины особым требованиям, определяемым стандартами или техническими условиями на машины данного вида и входящими из пределов требований общих стандартов.

 

Наиболее характерными задачами исследовательских испытаний являются: получение исходных данных для проектирования новых типов или технического усовершенствования существующих; установление возможной экономии применяемых материалов и замены их другими материалами; разработка новых методов расчета и уточнение существующих; проверка влияния новых технологических процессов, применяемых при изготовлении машин, на их качества.

 

В последние годы развиваются испытания на математических моделях с применением ЭВМ, т. е. проводятся испытания без изготовления электрической машины.

 

В процессе производства электрической  машины предусмотрен ряд испытаний ее отдельных ответственных узлов – проверка электрической прочности и сопротивления изоляции обмоток, проверка формы и качества поверхности коллектора, проверка чистоты охлаждающих каналов при непосредственном охлаждении обмотки, а также правильность схемы охлаждения, испытание отдельных механических частей машины на прочность (в частности испытание механической прочности роторов турбогенераторов и бандажей).

 

 

 

11. Измерение температуры  в трансформаторах.

 

Контроль температуры  обмоток является наиболее востребованной операцией, так как именно влияние температуры вызывает старение электроизоляционных материалов.

Для получения достоверных результатов, отражающих тепловое состояние трансформатора, необходимо заранее знать примерную картину их теплового поля, чтобы правильно установить датчики температуры. К измерениям температуры предъявляются следующие технические требования: возможность измерений в требуемых точках при различных тепловых режимах работы; внесение минимальных нарушений в тепловое поле при измерениях; возможность осуществления дистанционных измерений, преимущественно методами непосредственной оценки; независимость результатов измерений от вибрации, электромагнитных полей и условий окружающей среды; высокая точность измерений; возможность применения для измерений температуры простой и стандартной измерительной аппаратуры.

Метод термометра. При этом методе термопреобразователь датчика температуры прикладывается к доступным поверхностям собранной электрической машины. В качестве термопреобразователя датчика можно применять термометр расширения, термопару, термометр сопротивления или терморезистор. Результат измерения представляет температуру поверхности в точке приложения датчика температуры. Термометры расширения находят ограниченное применение и используются в основном для измерения температуры охлаждающих жидкостей и газов. При этом не следует применять ртутный термометр для измерения температуры тех частей машины, где имеются переменные магнитные поля. Это связано с тем, что переменные магнитные поля наводят в ртути вихревые токи, которые нагревают ее и приводят к неправильным показаниям.

Метод сопротивления дает среднее значение температуры обмотки.

Для повышения точности результатов измерения сопротивления обмоток в холодном и горячем состоянии следует измерять с помощью одних и тех же приборов.

Метод заложенных датчиков температуры применяют для определения температуры обмотки или активной стали. Каждый датчик должен соприкасаться непосредственно с поверхностью, температура которой подлежит измерению, и быть защищен от воздействия охлаждающей среды. В качестве термопреобразователей датчиков используют термопары, термометры сопротивления или терморезисторы. Температуру в месте заложения термопары следует определять по ее градуировочной характеристике. Холодный спай термопары должен быть защищен от быстрых изменений температуры окружающей среды. При наличии одной-двух термопар ЭДС измеряется милливольтметром с пределом измерения 3... 10 мВ и внутренним сопротивлением не менее 25 Ом/мВ. Температуру в месте заложения термометров сопротивления определяют путем измерения сопротивления термометра мостом или специально предназначенными для этого логометрами.

Метод встраиваемых датчиков температуры. При использовании этого метода датчики (термопреобразователями могут являться термопары, термометры сопротивления или терморезисторы) устанавливают в электрическую машину только на время испытаний. Место установки — лобовые части обмотки или между отдельными листами активной стали на глубину не менее 5 мм от ее поверхности. Кроме того, датчики могут устанавливаться в другие доступные точки машины, в которых ожидается наибольшее превышение температуры.

Измерение температуры отдельных частей трансформатора и охлаждающих сред (трансформаторное масло, жидкий негорючий диэлектрик, воздух, элегаз) осуществляют методом термометра, а температуры обмоток — методом сопротивления. В случае невозможности применения метода сопротивления для определения температуры обмоток применяют метод термометра. Используемые при этом датчики температуры не отличаются от описанных ранее. В соответствии с ГОСТ за среднюю температуру обмоток масляного трансформатора или трансформатора, заполненного жидким негорючим диэлектриком, принимается температура масла (жидкого негорючего диэлектрика) в верхних слоях, если трансформатор не подвергался нагреву в течение 20 ч и после заливки прошло не менее 6 ч. Температура средних слоев масла не должна превышать 40 °С. За среднюю температуру обмоток сухих трансформаторов, не подвергавшихся нагреву и находящихся не менее 16 ч в помещении, в котором колебания температуры охлаждающего воздуха не превышают 1°С в час, принимают среднее арифметическое показаний двух термометров, установленных у верхнего и нижнего краев боковой поверхности одной из наружных обмоток.

Температуру воздуха измеряют с помощью трех или более термометров, расположенных с трех сторон трансформатора примерно на середине его высоты на расстоянии 1 ...2 м от охлаждающей  поверхности. Каждый термометр помешают в наполненный трансформаторным маслом сосуд объемом не менее 1 л, хорошо отражающий внешние тепловые излучения.

 

 

21. Определение тангенса  угла диэлектрических потерь.

 

Тангенсом угла диэлектрических  потерь называется отношение активной составляющей тока Iа, протекающего через изоляцию при приложении к ней переменного напряжения, к его емкостной составляющей Iс. Этот показатель принято выражать в процентах:

                                        

                                               (1.7)

В изоляции, находящейся  под воздействием переменного напряжения, происходит поглощение некоторого количества электроэнергии, которая превращается в тепло. Поглощаемая в единицу времени энергия (мощность) определяет собой диэлектрические потери в изоляции. Если бы диэлектрических потерь не было, угол сдвига фаз φ между напряжением на изоляции и током, проходящим через изоляцию, был бы точно равен 90°. В изоляции, выполненной из любых применяемых материалов, при наличии диэлектрических потерь угол сдвига фаз между напряжением и током меньше 90°; разность между углом 90° и углом сдвига фаз обозначается δ и называется углом диэлектрических потерь или сокращенно углом потерь (рис. 1.17). Диэлектрические потери на участке изоляции с емкостью С и углом потерь δ при напряжении на изоляции U и частоте f составляют:

                     P = UI  = UIcos(φ)  = U²2π f C tgδ = U²ω C tgδ,

откуда:

 

,                                                    (1.8)

где С - емкость измеряемого объекта; ω - угловая частота;

Ia - активная составляющая тока.

Рис. 1.17. Векторная диаграмма  токов в изоляции при испытании ее переменным напряжением

 

Из (1.8) видно, что потери Р в диэлектрике пропорциональны углу диэлектрических потерь tgδ. Чем больше tgδ, тем при прочих равных условиях больше диэлектрические потери, т.е. качество диэлектрика хуже. При приложении к изоляции переменного напряжения процесс зарядки емкостей и протекания тока через сопротивления схемы повторяется каждый период. Установившийся полный ток будет определяться двумя составляющими; Iа -активной составляющей тока, зависящей от сопротивления изоляции, и Iс -реактивной составляющей, зависящей от геометрической емкости, которые изображены на рис.1.17. Так как диэлектрические потери зависят не только от свойств и состояния изоляции, но и от приложенного напряжения, то по значению активной составляющей тока еще нельзя судить о качестве изоляции.

Тангенс угла диэлектрических  потерь характеризует общее состояние  изоляции, и в первую очередь её увлажненность, независимо от геометрических размеров. Параметр tgδ практически не зависит от размеров диэлектрика, так как с изменением его размеров пропорционально изменяются активная и реактивная составляющие тока, протекающего через диэлектрик, а также надежность изоляции по отношению ее к тепловому пробою и общее старение изоляции. Угол диэлектрических потерь изоляции меняется в зависимости от общего состояния изоляции. Если изоляция отсырела или в ней появились посторонние включения, вызванные ионизацией в воздушных включениях, то tgδ резко увеличивается. Угол диэлектрических потерь у крупных объектов позволяет судить только о среднем состоянии изоляции, гак как местные и сосредоточенные дефекты в изоляции большого объема измерением tgδ обнаруживаются плохо или вообще не выявляются. Это можно объяснить тем, что увеличение Iа вызывается в таких случаях ухудшением небольшой части объема изоляции, а Iс практически остается неизменным и определяется всем объемом изоляции. У объектов с малыми геометрическими размерами по tgδ могут быть обнаружены местные и сосредоточенные дефекты. Методом диэлектрических потерь проверяется изоляция проходных изоляторов, вводов и обмоток конденсаторов, трансформаторов, трансформаторов тока, а также длинных кабелей и другие виды изоляции (кроме фарфоровой). Измерения диэлектрических потерь широко применяется в лабораторных условиях и ремонтных мастерских для проверки изоляции после ремонта, а также для контроля диэлектрических потерь масел и заливочных масс. При измерениях диэлектрических потерь необходимо учитывать наличие электрических влияний, поверхностных загрязнений и увлажнения электрооборудования (особенно в сырую или туманную погоду), а также то, что корпуса электрооборудования, оболочки кабелей (свинцовая или алюминиевая) и т. п., как правило, заземлены. Последнее приводит к необходимости применения мостов переменного тока с перевернутой схемой, в которой измерительный элемент включен в провод испытательного напряжения, идущего к испытуемому диэлектрику. Нормальную схему применяют, когда оба электрода изолированы от земли, перевернутую, когда один из электродов объекта измерения заземлен, например магнитопровод трансформатора, фланец ввода и т. п., а также в мостах переменного тока