Счетчик ресурса трансформатора при несимметричной нагрузке фаз



Счетчик ресурса трансформатора при несимметричной нагрузке фаз

 


Владельцы патента RU 2526498:

Ермаков Владимир Филиппович (RU)

Изобретение относится к области информационно-измерительной и вычислительной техники, предназначено для вычисления и индикации относительной интенсивности износа изоляции обмоток трансформатора, а также может найти применение в качестве счетчика-регистратора использованного ресурса срока службы изоляции обмоток трансформатора за каждый час, сутки, месяц. Сущность: счетчик содержит датчики тока фаз сети "А", "В", "С", микроконтроллер, датчик температуры окружающей среды, генератор прямоугольных импульсов, регистр, цифровой индикатор, первый и второй приемопередатчики, постоянное запоминающее устройство, компьютер. Технический результат: повышение точности за счет учета зависимости активного сопротивления обмоток трансформатора от температуры нагрева и учета влияния изменений температуры окружающей среды, а также расширение функциональных возможностей устройства за счет возможности точного определения износа изоляции обмоток при несимметричной нагрузке фаз. 1 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к области информационно-измерительной и вычислительной техники, предназначено для вычисления и индикации относительной интенсивности V износа изоляции обмоток трансформатора, а также может найти применение в качестве счетчика-регистратора использованного ресурса срока службы Тир изоляции обмоток трансформатора за каждый час, сутки, месяц.

Известен счетчик износа изоляции [1], содержащий блок питания, счетчик электрической энергии, усилитель тока, датчики температуры электрической изоляции.

Недостатками аналога являются невысокая точность, обусловленная неучетом зависимости активного сопротивления обмоток трансформатора от температуры нагрева и влияния изменений температуры окружающей среды, а также узкие функциональные возможности.

Известно устройство для определения начальных моментов любого порядка [2], содержащее входной зажим, функциональный преобразователь, интегратор, источник опорного напряжения, компаратор, одновибратор, первый и второй счетчики, генератор прямоугольных импульсов, блок деления, индикатор.

Недостатками этого аналога являются невысокая точность, обусловленная наличием в схеме устройства аналогового интегратора, выполненного на операционном усилителе и конденсаторе, а также узкие функциональные возможности.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является счетчик ресурса силового трансформатора [3], содержащий датчик тока, аналого-цифровой преобразователь, квадратор, экспоненциальный преобразователь, функциональный преобразователь, накапливающий сумматор, блок деления, индикатор, перепрограммируемое запоминающее устройство, приемопередатчик, компьютер, генератор прямоугольных импульсов, таймер, таймер-часы, первый и второй счетчики, первый и второй одновибраторы.

Недостатками прототипа являются невысокая точность, обусловленная неучетом зависимости активного сопротивления обмоток трансформатора от температуры нагрева (погрешность определения температуры обмоток трансформатора по этой причине может достигать 40% [4]) и неучетом влияния изменений температуры окружающей среды, а также узкие функциональные возможности, обусловленные невозможностью точного определения износа изоляции обмоток при несимметричной нагрузке фаз.

Техническая задача, решаемая изобретением, - повышение точности за счет учета зависимости активного сопротивления обмоток трансформатора от температуры нагрева и учета влияния изменений температуры окружающей среды, а также расширение функциональных возможностей устройства за счет возможности точного определения износа изоляции обмоток при несимметричной нагрузке фаз.

Указанная техническая задача решается благодаря тому, что в счетчик ресурса силового трансформатора, содержащий компьютер, цифровой индикатор, первый датчик тока, постоянное запоминающее устройство, генератор прямоугольных импульсов, первый приемопередатчик, выход которого соединен с входом компьютера, дополнительно введены второй и третий датчики тока, датчик температуры окружающей среды, второй приемопередатчик, регистр, микроконтроллер, первый - третий разряды порта А которого подключены соответственно к выходам первого - третьего датчиков тока, а вход порта В - к выходу датчика температуры окружающей среды, выход генератора прямоугольных импульсов соединен с тактовым входом микроконтроллера, выходы портов которого соединены соответственно С - через регистр с входом цифрового индикатора, D - через второй приемопередатчик с входом постоянного запоминающего устройства, Е - с входом первого приемопередатчика.

Существенными отличиями предлагаемого счетчика являются введение дополнительных элементов (второго и третьего датчиков тока, датчика температуры окружающей среды, второго приемопередатчика, регистра, микроконтроллера), а также организация его новой структуры и введение новых связей между элементами. Совокупность элементов и связей между ними обеспечивают достижение положительного эффекта - повышения точности за счет учета зависимости активного сопротивления обмоток трансформатора от температуры нагрева и учета влияния изменений температуры окружающей среды, а также расширения функциональных возможностей устройства за счет возможности точного определения износа изоляции обмоток при несимметричной нагрузке фаз.

Схема счетчика приведена на фиг.1.

Схема счетчика содержит первый - третий датчики тока (ДТ) 1-3 фаз сети "А", "В", "С", микроконтроллер (МК) 4, датчик температуры окружающей среды (ДТОС) 5, генератор 6 прямоугольных импульсов (ГПИ), регистр 7, цифровой индикатор (ЦИ) 8, второй 9 и первый 10 приемопередатчики, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 11, компьютер 12. Выходы датчиков 1-3 тока соединены соответственно с первым - третьим разрядами порта А микроконтроллера 4, входы порта В которого подключены к выходу датчика температуры окружающей среды 5, а тактовый вход подключен к выходу генератора 6 прямоугольных импульсов, выходы портов микроконтроллера 4 соединены соответственно С - через регистр 7 с входом цифрового индикатора 8, D - через второй приемопередатчик 9 с входом постоянного запоминающего устройства 11, Е - через первый приемопередатчик 10 с входом компьютера 12.

Счетчик работает следующим образом.

Выходное напряжение ДТ 1-3, пропорциональное токам нагрузки I(f) фаз сети "А", "В", "С", поступает на вход порта А МК 4, разряды которого соединены с входом встроенного в МК 4 АЦП через аналоговый коммутатор. Датчики тока 1-3 могут быть выполнены на измерительных шунтах, включенных в цепь вторичной обмотки трансформаторов тока. Разряды порта А МК 4 с достаточно высокой скоростью поочередно подключаются к входу АЦП таким образом, чтобы получать цифровые коды токов фаз 50-100 раз за период. Эти коды возводятся в квадрат, а суммы квадратов накапливаются в трех ячейках в течение 1 мин.

Датчиком 5 один раз в минуту измеряется температура окружающей среды Θокр, а температура обмотки трансформатора Θ определяется из дифференциального уравнения нагрева по следующей формуле

τ d Θ d t + Θ = K R ( Θ н о м Θ 0 ) [ I A 2 + I B 2 + I C 2 3 I н о м 2 ] + Θ о к р , ( 1 )

где K R ( Θ ) = 1 1 + α ( Θ н о м Θ 0 ) [ 1 + α ( Θ Θ 0 ) ] - коэффициент изменения сопротивления обмоток трансформатора в функции от температуры;

α - температурный коэффициент сопротивления обмоток; имеет значение для меди αм=0,0041°С-1, алюминия αа=0,0044°С-1;

Θном - номинальная длительно допустимая температура наиболее нагретой точки обмотки трансформатора; для большинства трансформаторов Θном=98°С; для трансформаторов с термически высококачественной изоляцией Θном=110°С;

Θ0=20°С - температура окружающей среды, принимаемая при определении номинальных параметров трансформатора по [5];

Iном - номинальный ток трансформатора;

IA,B,C - среднеквадратическое значение тока в фазах "А", "В", "С".

Разрешим уравнение (1) относительно производной температуры Θ, а также сделаем замену K R ( Θ ) = 1 1 + α ( Θ н о м Θ 0 ) [ 1 + α ( Θ Θ 0 ) ]

d Θ d t = Θ н о м Θ 0 τ [ 1 + α ( Θ н о м Θ 0 ) ] [ 1 + α ( Θ Θ 0 ) ] [ I A 2 + I B 2 + I C 2 3 I н о м 2 ] + 1 τ Θ о к р 1 τ Θ . ( 2 )

Для решения уравнения (2) перед началом измерений в памяти в МК 4 размещаются константы, значения которых приведены в таблице.

Константы
Номера ячеек 1 1 3 4 5
Значения кодов 1 α Θ0=20° Θ н о м Θ 0 τ [ 1 + α ( Θ н о м Θ 0 ) ] 3 I н о м 2 1 τ

Относительная скорость износа изоляции V определяется в функции температуры обмотки трансформатора Θ по формуле [5, 6]

V = e μ [ Θ ( t ) Θ н о м ] , ( 3 )

где µ=0,116 - коэффициент, характеризующий интенсивность старения изоляции.

Износ (использованный ресурс срока службы) Тир изоляции за интервал времени Т=1 час, в соответствии с рекомендациями ГОСТ 14209-97 [5], определяется по формуле

T и р = 0 T V d t . ( 4 )

Управление работой счетчика осуществляется следующим образом. Через одинаковые интервалы времени ΔT=1 мин импульсом с выхода порта С в регистр 7 записывается значение относительной скорости износа изоляции V, которое в дальнейшем отображается на цифровом индикаторе 8, непрерывно обновляясь каждую минуту.

Первый приемопередатчик 10 один раз в час размещает в очередных ячейках ПЗУ 11: дату; час; значение износа Тир изоляции за этот час и т.д.

Преимуществами предлагаемого изобретения по сравнению с известными аналогами является его более высокая точность. Схема счетчика ориентирована на применение современной микроэлектронной основы - микроконтроллеров.

Источники информации

1. Авторское свидетельство 655976 СССР, МПК G01R 11/32, 1974.

2. Авторское свидетельство 2041496 СССР, МПК G06F 17/18, 1991.

3. Патент 2380715 РФ, МПК G01R 19/02, G01R 11/00, 2008 (прототип).

4. Осипов Д.С. Учет нагрева токоведущих частей в расчетах потерь мощности и электроэнергии при несинусоидальных режимах систем электроснабжения: Автореф. дис.… канд. техн. наук. - Омск, 2005.

5. ГОСТ 14209-97 (МЭК 354-91. LOADING GUIDE FOR OIL-IMMERSED POWER TRANSFORMERS). Руководство по нагрузке силовых масляных трансформаторов. - Минск: Межгосуд. Совет по стандартизации, метрологии и сертификации, 2001.

6. Никитин Ю.М., Тер-Оганов Э.В. Определение вероятностных характеристик случайного процесса относительного износа изоляции трансформаторов.//Электричество. - 1973. - №9. - С.62-67.

Счетчик ресурса трансформатора при несимметричной нагрузке фаз, содержащий компьютер, цифровой индикатор, первый датчик тока, постоянное запоминающее устройство, генератор прямоугольных импульсов, первый приемопередатчик, выход которого соединен с входом компьютера, отличающийся тем, что в него дополнительно введены второй и третий датчики тока, датчик температуры окружающей среды, второй приемопередатчик, регистр, микроконтроллер, первый-третий разряды порта А которого подключены соответственно к выходам первого-третьего датчиков тока, а вход порта В - к выходу датчика температуры окружающей среды, выход генератора прямоугольных импульсов соединен с тактовым входом микроконтроллера, выходы портов которого соединены соответственно С - через регистр с входом цифрового индикатора, D - через второй приемопередатчик с входом постоянного запоминающего устройства, Е - с входом первого приемопередатчика.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для определения неисправного состояния индуктивных обмоток электрических машин. Устройство для диагностики индуктивных обмоток содержит трехфазный трансформатор с регулируемым напряжением вторичной обмотки, соединенной по схеме треугольник, один из выводов которой с помощью линейного проводника подключен к вспомогательной цепи, содержащей последовательно соединенные амперметр с конденсатором с переменной емкостью, шунтируемый с помощью ключа, и подключен к первому из трех выводов индуктивной обмотки, при этом второй вывод индуктивной обмотки непосредственно подключен ко второму выводу вторичной обмотки трехфазного трансформатора.

Изобретение относится к области испытаний обмоток якорей коллекторных электрических машин постоянного тока. Сущность: создают режим ударного импульсного возбуждения одновременно всех параллельных ветвей обмотки вращающегося якоря путем посылки импульсов напряжения возбуждения от генератора импульсных напряжений ГИН с частотой следования, например, 50 импульсов в секунду на коллектор относительно корпуса.

Изобретение относится к технике электрических измерений и предназначено для определения качества компаундирования обмоток электрических машин на этапах испытания изоляции обмоток при изготовлении и эксплуатации, в частности обмоток статора маслонаполненных погружных асинхронных электродвигателей.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для определения неисправного состояния индуктивных обмоток электрических машин. Сущность изобретения заключается в том, что вспомогательная трехфазная электрическая цепь содержит в первой фазе конденсатор с переменной величиной емкости и последовательно подключенным к нему первым амперметром, во второй фазе резистор с переменной величиной сопротивления, а в третьей фазе диагностируемую индуктивную обмотку с последовательно подключенным к ней вторым амперметром.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в устройствах для контроля электрических катушек в процессе производства. .

Изобретение относится к технике эксплуатации турбогенераторов, предназначено для технического контроля состояния турбогенераторов (ТГ) и оборудования систем ТГ и может быть использовано для диагностирования турбогенераторов любой мощности с любой системой возбуждения.

Изобретение относится к электроэнергетике, в честности к контролю вторичной цепи измерительного трансформатора, соединен с компонентом электроэнергетической системы.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для определения группы и схемы соединения силовых двухобмоточных и трехобмоточных трансформаторов.

Изобретение относится к диагностированию изоляции токопроводников электрооборудования, в частности, электрической обмотки тягового двигателя. .

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для выявления межвитковых повреждений в обмотке статора асинхронного электродвигателя. Технический результат: диагностирование межвитковых повреждений на ранней стадии развития. Сущность: измеряют амплитуды фазных напряжений на выбеге и периоды колебания этих напряжений. Эти значения сравниваются со значениями, записанными ранее, на исправном электродвигателе. По выходу измеренных величин из допустимого диапазона, обусловленного погрешностью измерений и допустимым отклонением измеряемых параметров, от начальных значений судят о наличии межвитковых повреждений. 5 ил.

Предлагаемые способ измерения потерь и тока холостого хода силовых трансформаторов в полевых условиях и устройство для его осуществления относятся к электротехнике и могут быть использованы для расчета и обоснования нормативов технологических потерь электроэнергии при ее передаче по электрическим сетям. Техническим результатом является повышение точности реальных потерь холостого хода силовых трансформаторов. Устройство содержит регулируемый источник питания для изменения напряжения на одной обмотке трансформатора при разомкнутой второй обмотке. Для достижения заявленного результата в качестве источника регулируемого напряжения использован автономный асинхронный генератор с конденсаторами возбуждения. Выходное напряжение генератора ступенчато регулируют в пределах 70-110% от номинального напряжения посредством переключения конденсаторов регулирования при переходе коммутируемого напряжения через «ноль». Переключение осуществляется трехфазными бесконтактными электронными ключами, управляемыми через оптронные входы дешифратором и многопозиционным переключателем. 2 н.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для выявления межвитковых повреждений в обмотке статора асинхронного электродвигателя. Технический результат: возможность диагностирования межвитковых повреждений на ранней стадии развития. Сущность: измеряют ток через две последовательно соединенные обмотки и конденсатор постоянной емкости при подключении их к источнику напряжения повышенной частоты. Замер производится при всех возможных сочетаниях обмоток. Далее по результатам измерений делается вывод о наличии межвитковых замыканий. 4 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для определения неисправного состояния индуктивных обмоток электрических машин. Технический результат: расширение арсенала технических средств. Сущность: устройство содержит трехфазный трансформатор с регулируемым напряжением вторичной обмотки, соединенной по схеме треугольник и имеющей три линейных проводника, заведомо исправную индуктивную обмотку, соединенную одним из выводов с первым линейным проводником, цепь сравнения, содержащую конденсатор и резистор с переменными величинами сопротивлений, имеющую возможность подключения одним из выводов ко второму линейному проводнику и второму выводу заведомо исправной обмотки, и амперметр, подключенный к третьему линейному проводнику. Устройство выполнено с возможностью измерения посредством амперметра тока в цепи заведомо исправной обмотки при отключенной цепи сравнения и испытуемой обмотке, с возможностью измерения тока при подключении цепи сравнения одним выводом ко второму линейному проводнику, а вторым выводом - ко второму выводу заведомо исправной обмотки, с возможностью измерения тока при подключении испытуемой обмотки в цепь третьего линейного проводника к узлу соединения заведомо исправной обмотки последовательно с амперметром. По величине тока в третьем линейном проводнике судят об исправном состоянии испытуемой индуктивной обмотки. 2 ил.

Изобретение относится к диагностике обмоток электрических машин. Сущность: способ обнаружения короткого замыкания на землю во вращающейся электрической машине содержит подачу тестового сигнала на заданной частоте на обмотку, измерение электрического параметра сигнала отклика в обмотке, являющегося результатом поданного тестового сигнала, и обнаружение короткого замыкания на землю на основании измеренного значения электрического параметра. При этом непрерывно определяют частоту сигнала отклика и сбрасывают измеренное значение, соответствующее определенной частоте, когда эта частота отклоняется от заданной частоты при первом пороговом значении. Технический результат: повышение надежности обнаружения. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к способу адаптации обнаружения короткого замыкания на землю к изменению состояния электрической машины. Сущность: электрическая машина находится в первом состоянии машины, первое опорное значение определяется для измеряемых значений электрической величины. Обнаружение короткого замыкания на землю содержит непрерывное измерение электрической величины в обмотке и обнаружение короткого замыкания на землю на основе измеряемых значений электрической величины и первого опорного значения. Способ содержит прием сигнала (101, 102), обнаружение изменения состояния машины на основе принятого сигнала (120) и изменение на второе опорное значение для измеряемых значений электрической величины, когда обнаруживается изменение состояния машины, причем второе опорное значение отличается от первого опорного значения (100). Технический результат: повышение точности обнаружения короткого замыкания на землю при изменении рабочего состояния машины. 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может использоваться для диагностирования межвиткового замыкания в обмотках электрических машин с монолитными металлическими сердечниками. Сущность: при различных значениях частоты измеряют действительную и мнимую компоненты импеданса обмотки, строят годограф импеданса, проводят его сравнение с реперным годографом и затем на основе критерия констатируют возникновение дефекта в обмотке, вызванного межвитковым замыканием. В качестве реперного используют годограф предыдущего измерения. Сравнение проводят по почастотно построенному годографу векторных разностей импедансов годографов. В качестве критерия принимают увеличение площади годографа векторных разностей. Технический результат: повышение точности, надежности результатов испытаний. 4 ил.

Изобретение относится к области испытаний витковой изоляции обмоток статоров электрических машин переменного тока при массовом серийном производстве. Сущность: создают режим ударного импульсного возбуждения одновременно всех параллельно включенных фаз импульсными токами i от генератора импульсных напряжений ГИН путем возбуждения при этом испытательных импульсных междувитковых напряжений, равных ЭДС самоиндукции секций e=-Ldi/dt. Автоматически меняют направления токов в каждой фазе таким образом, чтобы они совпадали в верхнем и нижнем слое каждого паза два раза при трех схемах соединения фаз. Фиксируют все пазы с максимальным уровнем импульсного магнитного поля, созданным неизменным вдоль каждой фазы сквозным (основным) импульсным током по срабатыванию электронных ячеек памяти этих пазов. Обнаруживают два паза с минимальными уровнями импульсного магнитного поля, в которых лежат верхняя и нижняя стороны дефектной секции с витковым замыканием, по отсутствию срабатывания двух электронных ячеек памяти соответствующих пазов. Технический результат: повышение производительности труда при проведении испытаний и точное обнаружение витковых замыканий в обмотках статора, расширение области применения. 9 ил.

Изобретение относится к электромашиностроению. Способ заключается в том, что регистрируют затухающее напряжение статора, индуктированного затухающим полем ротора, при отключении из состояния холостого хода холодной и горячей машины. Определяют постоянные времени То хол и То гор когда напряжение статора затухает до величины 0,368 начального напряжения Uо перед отключением и затем определяют среднюю температуру короткозамкнутой обмотки для меди по формуле: , где tхол - температура ротора при первом измерении в холодном состоянии, tохл - температура охлаждающей среды при измерении в горячем состоянии. Технический результат заключается в возможности измерения средней температуры короткозамкнутой обмотки ротора асинхронного двигателя по изменению сопротивления при постоянном токе. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат - повышение устойчивости испытаний. Для испытаний резонансным методом реактора 5 в схеме используются кроме основного резонансного конденсатора 4 два разделительных конденсатора 6, 7, общая точка которых заземлена. Выпрямитель подмагничивания 9 подключен через сглаживающий дроссель 8. Испытания проводятся от статического преобразователя частоты 1, снабженного входами управления по частоте и напряжению. Использован также измеритель 12 фазы тока. 1 ил.
Наверх