变压器绕组可视为被测绕组的电感L与其电阻r串联的等值电路,如图1所示,当直流电压U加于被测绕组,由于电感中的电流不能突变,所以直流电源刚接通的瞬间,L中的电流为零,电阻中也无电流,因此,电阻上没有压降,此时全部外施电压加在电感两端。测量回路(忽略回路引线电阻)的过渡过程应满足U=ir+Ldi/dt
式中:U—外加直流电压;r—绕组的直流电阻;L—绕组的电感;i—通过绕组的直流电流。
电流的变化率为正,说明i是上升的,随着电流的逐渐上升,电阻r上的电压也逐渐增加,因而电感L上的电压逐渐下降,也即电流变化率在减小,这表明电流上升越来越缓慢,到di/dt=0时,电压几乎下降为零。因此,全部电源电压施加于电阻两端,回路电流几乎不再变化,达到了稳定,其稳定电流为i=U/r。
电路达到稳定时间的长短,取决于L与r的比值τ=L/r,称为该电路的时间常数。
图1 被测绕组的电感L与其电阻r串联的等值电路
图2 测量接线图
图3 测量接线图
其原理是,在被绕组中通以直流电流,因而在绕组的电阻上产生电压降,测量出通过绕组的电流及绕组上的电压降,根据欧姆定律,即可算出绕组的直流电阻。测量接线如图2、图3所示。
测量时,应先接通电流回路,待测量回路的电流稳定后再合开关K2,接入电压表,读出电流电压数值.当测量结束,应先断K2,后断K1,以免感应电动势损坏电压表。
采用图2接线,测得的电阻数字偏大,当被测电阻越小,偏大的越多,因此被测电阻越小,在一定的测量电压下,电流表内阻上产生的电压降也越大,而电压表测的数值中包含了这个电压降,所以适合于测1欧及以上的电阻。采用图3接线,由于电压表分流的影响,电流表测的数值偏大,因此计算出的电阻值偏小,所以在一定的外施电压下,当被测电阻越大,回路电流越小,则电流偏大的越多,算出的电阻误差也就越大,所以这种接线适合于测1Ω以下的电阻。
二、值得注意的几个问题
1.为了消除测量仪表对测量结果的影响,当采用图2接线时,其电阻值应按Rx=(U-IRA)/I计算。当采用图3接线时,其电阻值应按Rx=U/(I-U/Rv)计算。
式中:Rx—被测绕组的电阻;U—电压表测量的电压;I—电流表测量的电流;RA Rv—电流表电压表的内阻
2.测量大型变压器的直流电阻需要很长的时间,前面提到一个时间常数τ,要想缩短测量时间(即减小τ值),要使τ减小,可用减小L或增加r(即增加附加电阻)来达到,在实际的测量中一般都采取增加附加电阻来实现。
3.测量大型变压器绕组的直流电阻时,其它非被测的各电压等级的绕组应短路接地,防止直流电源投入和断开时产生高压,被测相要通过放电后才可接触,以免危及安全。
4.准确测量绕组的平均温度,无法测量绕组平均温度时,测量结果只能按三相是否平衡进行比较判断。
5.测量用仪表应不低于0.5级,电流表应选内阻小的;电压表应选内阻大的。连接电流表及电压表应有足够的截面,并尽量短,且接触良好,以减少测量误差。
三、测量结果的分析判断
对于630kVA以上的变压器,当无中性点引出线时,同一分接位置测量的绕组直流电阻,直接用线电阻相互比较,即RAB、RBC、RCA相互比较,其最大差值应不大于三相平均值的2%;与以前测量的结果比较,其相对变化也应不大于是乎2%。630kVA及以下的变压器,相间差值一般应不大于本相平均值的4%,线间差值一般应不大于三相平均值的2%。
测的直流电阻值都必须换算到同一温度下进行比较,若三相电阻超过规定值时,一般有下列几种缺陷。
1.焊接不良,引线和绕组,多股并联绕组部分没有焊上,造成电阻偏大。
2.分接开关接触不良,主要是分接开关不清洁、变形、弹簧压力不够等。
3.变压器套管的导电杆和绕组连接处,由于接触不良引起直流电阻增加。
4.三角形连接绕组其中一相断线,没有断线的两相线端电阻为正常时的1.5倍,而断线端的电阻为正常值的3倍。
5.绕组存在层间或匝间短路。
四、结束语
变压器直流电阻的测量,是变压器试验中的一个内容,要使变压器安全经济运行,各项试验都必须达到规定要求。