Согласующее устройство для диагностики механического состояния обмоток силового трансформатора
MATCHING DEVICE FOR DIAGNOSING THE MECHANICAL STATE OF POWER TRANSFORMER WINDINGS

Изобретение относится к электротехнике, в частности, к устройствам для диагностики механического состояния обмоток силовых трансформаторов.
Наиболее близким устройством того же назначения, к заявленному изобретению по совокупности признаков, является устройство для диагностики механического состояния обмоток силовых трансформаторов, включающее выводы исследуемой обмотки для подключения измерительного генератора, осциллографа и активное добавочное сопротивление, величиной 50 Ом в соответствии с волновым сопротивлением измерительного оборудования (см.рис. 1.10, с.29, табл. 3.1, с.85 диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Александров Н.М. Совершенствование метода диагностики механического состояния обмоток силовых трансформаторов: 05.09.01 / защищена 15.12.2020, утв. 15.07.2021/ Александров Николай Михайлович. – Самара, 2020. - 142 с.), принятое за прототип.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относится неполное согласование сопротивлений в широком диапазоне частот от 20 Гц до 2 МГц, что ведет к потерям амплитудной составляющей колебаний отклика обмотки трансформатора.
Технический результат – увеличение динамического диапазона напряжения (амплитудной составляющей) гармонических колебаний отклика обмотки трансформатора и уменьшение потерь на согласование волновых сопротивлений, являющихся следствием улучшения согласования измерительного оборудования и коммутационных кабелей с исследуемым объектом в широком диапазоне частот.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что устройство для диагностики механического состояния обмотки силового трансформатора, обеспечивающее согласование обмотки исследуемого силового трансформатора с сопротивлением измерительного оборудования 50 Ом - измерительного генератора и осциллографа содержит согласующий трансформатор с ферритовым тороидальным сердечником на основе никель-цинкового феррита с проницаемостью не менее 100 Гн/м, обеспечивающим передачу сигналов с уровнем не менее +33 дБм и частотой до 30 МГц., с двумя первичными бифиллярными обмотками и вторичной обмоткой, представленной медной или алюминиевой шиной прямоугольного сечения, при этом одна первичная бифилярная обмотка подключена к измерительному генератору, другая к - осциллографу, а вторичная обмотка подключена к обмотке исследуемого силового трансформатора.
Первичные бифилярные обмотки представляют собой намотку парными витками в количестве 40 витков эмалированным медным или алюминиевым проводом ПЭТВ-2 сечением 0,5 мм., вторичная обмотка, изготовлена из меди или алюминия и имеет прямоугольное сечение. Выводы первичных бифиллярных обмоток изготовлены из медного или алюминиевого эмалированного провода сечением не менее 0,5 мм.  Ферритовый тороидальный сердечник изготовлен с габаритными размерами не менее 32 мм х 20 мм х 9 мм .
Согласующий трансформатор представляет собой широкополосный трансформатор (ШПТ) с известным волновым сопротивлением, первичные обмотки которого согласованы с сопротивлением измерительного оборудования (50 Ом), а вторичная обмотка - с сопротивлением исследуемого оборудования (волновое сопротивление обмотки силового трансформатора). ШПТ выполнен на ферритовом тороидальном сердечнике на основе никель-цинкового феррита с проницаемостью не менее100 Гн/м, с габаритными размерами не менее32 мм х 20 мм х 9 мм, обеспечивающими передачу сигналов с уровнем не менее +33 дБм (10 В на сопротивлении 50 Ом) и частотой до 30 МГц. Первичная обмотка ШПТ представляет собой бифилярную намотку парными витками в количестве 40 витков эмалированным медным или алюминиевым проводом ПЭТВ-2 сечением 0,5 мм.
Чтобы каждая линия была нагружена на согласованное сопротивление необходимо выполнить условия:
откуда
– входное волновое сопротивление, Ом;  – волновое сопротивление линии, Ом;  – волновое сопротивление нагрузки, Ом;  – коэффициент трансформации.
На чертежах представлены: на фиг. 1 представлена схема согласующего устройства для диагностики механического состояния обмотки силового трансформатора, где: 1 – измерительный генератор 2 –осциллограф, 3 – согласующий трансформатор, 4 – обмотка исследуемого силового трансформатора;
на фиг.2 – схема согласующего трансформатора, вид спереди, где: 5 – ферритовый тороидальный сердечник, 6 – выводы первичных бифиллярных обмоток, 7 – вторичная обмотка;
на фиг. 3 - схема согласующего трансформатора, вид сбоку, где: 5 – ферритовый тороидальный сердечник, 7– вторичная обмотка;
на фиг. 4 – принципиальная схема согласующего трансформатора, где 5 – ферритовый тороидальный сердечник, 7 – вторичная обмотка, 8 – первая первичная бифиллярная обмотка, 9 – вторая первичная бифиллярная обмотка;
на фиг. 5 – зависимость амплитуды сигнала отклика в обмотке силового трансформатора от времени: а – согласование с помощью согласующего трансформатора, б – согласование с помощью активного сопротивления.
Фигура 5 иллюстрирует результаты исследования амплитудно-временной характеристики обмотки исследуемого трансформатора с классической схемой согласования с помощью активного сопротивления и с использованием согласующего трансформатора.
Устройства для диагностики механического состояния обмотки силового трансформатора содержит измерительный генератор 1, осциллограф 2, согласующий трансформатор 3, обмотку исследуемого силового трансформатора 4.
Измерительное оборудование - генератор и осциллограф подключены к первичным обмоткам согласующего трансформатора. К вторичной обмотке согласующего трансформатора подключена обмотка исследуемого силового трансформатора.
Согласующий трансформатор содержит ферритовый тороидальный сердечник 5 с проницаемостью не менее100 Гн/м 1, первую первичную бифиллярную обмотку 8 и вторую первичную бифиллярную обмотку 9, выполненные парными витками эмалированного медного или алюминиевого провода, выводы бифиллярных обмоток 6 для подключения измерительного генератора 1 и осциллографа 2, намотанные медным или алюминиевым эмалированным проводом марки ПЭТВ-2, вторичную обмотку 7, представленную медной или алюминиевой шиной прямоугольного сечения для подключения обмотки исследуемого силового трансформатора.
Выводы бифилярных обмоток 6 могут быть изготовлены из медного или алюминиевого эмалированного провода сечением не менее 0,5 мм.
Вторичная обмотка 7, представленная медной или алюминиевой шиной может быть изготовлена из меди или алюминия и иметь прямоугольное сечение.
Сведения, подтверждающие возможность достижения, указанного выше технического результата.
В предложенном техническом решении для диагностики механического состояния обмотки силового трансформатора, используют согласующий трансформатор, который согласует сопротивление обмотки исследуемого трансформатора с сопротивлением измерительного оборудования величиной в 50 Ом и содержит ферритовый тороидальный сердечник на основе никель-цинкового феррита с проницаемостью не менее 100 Гн/м, с габаритными размерами не менее 32 мм х 20 мм х 9 мм, обеспечивающий передачу сигналов с уровнем не менее +33 дБм и частотой до 30 МГц., две первичные бифиллярные обмотки и вторичную обмотку.
Для увеличения динамического диапазона напряжения (амплитудной составляющей) гармонических колебаний отклика обмотки трансформатора и уменьшения потерь на согласование волновых сопротивлений к обмотке исследуемого силового трансформатора подключается вторичная обмотка 7, представленная медной или алюминиевой шиной прямоугольного сечения. На первую первичную бифиллярную обмотку 8 согласующего трансформатора 3 подается измерительный импульс напряжения с измерительного генератора 1, что приводит к возникновению импульса тока во вторичной обмотке 7, представленной медной или алюминиевой шиной прямоугольного сечения согласующего трансформатора 3 за счет магнитной связи в ферритовом тороидальном сердечнике 5. Для снятия сигнала отклика исследуемой обмотки к второй первичной бифиллярной обмотке 9 согласующего трансформатора 3 подключается осциллограф 2. За счет применения согласующего трансформатора 3 с волновым сопротивлением выводов бифиллярных обмоток 6 равным 50 Ом (сопротивлению измерительного оборудования) достигается уменьшение потерь на согласование волновых сопротивлений [2] и увеличение амплитудной составляющей сигнала отклика обмотки исследуемого трансформатора.
Результаты исследования динамического диапазона напряжения гармонических колебаний отклика обмотки трансформатора, представленные на фиг.5 показывают, что амплитуда на пиках гармонических колебаний при использовании согласующего трансформатора на 1,7 В больше чем при использовании активного добавочного сопротивления. Таким образом, увеличение динамического диапазона при проведении измерений составляет 4,5 %.
Список литературы
1. Александров Н. М. Совершенствование метода диагностики механического состояния обмоток силовых трансформаторов: дис. ... канд. тех. наук: 05.09.01 / Александров Николай Михайлович. - Самара, 2020. - 142 с.
2. Дегтярь Г.А. Трансформаторы в цепях согласования и сложением мощностей радиочастотных генераторов: учебное пособие. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2003. - 504 с. - (Серия «Учебники НГТУ).