В связи с внесением в реестр ГСИ РК приборов нового бренда на рынке Казахстана - DV-Power, мы подготовили для вас обзорную статью по микроомметрам для измерения переходных сопротивлений и омметрам обмоток трансформаторов, электродвигателей и генераторов данного бренда. Торговая марка DV-Power принадлежит компании IBEKO Power AB, Стокгольм, Швеция. Компания основана в 2000 году и специализируется на производстве измерительных приборов для оборудования электростанций и подстанций. Компания основана группой инженеров со знанием и опытом в сфере технологий силовой электроники и в первую очередь специализируется на исследованиях и разработке современных методов измерения характеристик основного оборудования электростанций и подстанций. IBEKO Power AB имеют более 80 представителей по всему миру и поставляют свою продукцию в более, чем 100 стран.

Измерение переходных сопротивлений

Основное назначение микроомметров, как следует из названия, это измерение очень низких сопротивлений. Чем ниже значение электрического сопротивления, тем большую силу тока способен проводить объект без значительного нагрева. Эта особенность используется на практике в различных проводниках высокой силы тока, но тут возникают конструктивные сложности - из-за невозможности изготовления таких систем целостными, они имеют определенные контактные соединения между собой. Удельное электрическое сопротивление в местах контакта намного выше, чем у самого проводника, что обусловлено наличием оксидной пленки между контактными поверхностями и меньшей площадью гальванической связи. Даже очень плотно прижатые поверхности контакта имеют микроскопические неровности (рисунок 1), а значит области непосредственного контакта есть только в некоторых точках, при протекании тока эти области будут разогреваться намного сильнее, чем сам проводник, что может привести к перегреву и выходу из строя самого контакта. Поэтому величина электрического сопротивления постоянному току контакта, которая называется переходным электрическим сопротивлением, является количественной оценкой состояния контакта.

Рисунок 1 – Область контактных поверхностей

Современная методика измерения переходного сопротивления постоянному электрическому току предельно простая и использует общеизвестную четырехпроводную схему Кельвина, которая позволяет не учитывать сопротивление измерительных кабелей при тесте. Во многих приборах она реализована конструктивно с двумя кабелями, где к одной губке зажимов подключаются токовые провода, через которые прибор подаёт стабилизированную силу тока, а к другой – провода встроенного в прибор вольтметра. Однако, стоит учитывать определенные нюансы при выборе силы измерительного тока. Оксидная пленка контактных поверхностей обладает очень высоким удельным сопротивлением электрическому току, но легко разрушается при нагревании, т.е. практически при протекании через неё достаточной силы тока. Также стоит учесть, что контакт находится в работе при номинальной силе тока линии и определенном механическом прижатии контакта. Таким образом области гальванической связи контактных поверхностей разогреваются сильнее и становятся достаточно пластичными, чтобы под усилием прижатия образовать большую гальваническую связь, тем самым уменьшая переходное сопротивление. По вышеизложенному можно сделать вывод, что при измерении с низкой силой тока величина переходного сопротивления может быть завышена, а если брать совсем низкую силу тока (менее 1 А), то этого может быть недостаточно даже для разрушения оксидной пленки, что может увеличить показания сопротивления в десятки раз, по сравнению с измерением высокой силой тока. Возникает вопрос о том, какую минимальную силу тока целесообразно использовать для подобных измерений, чтобы получить достоверные показания. Основное назначение микроомметров DV Power – измерение переходного сопротивления главных токоведущих, дугогасительных контактов высоковольтных выключателей, касательного данного измерения стандарты и методики гласят следующее:

Для комплектных распределительных устройств в металлической оболочке с элегазовой изоляцией (КРУЭ) (ГОСТ Р 54828) требования такие же, но с силой тока от 100 А. Особое внимание стоит обратить на примечание в стандартах, которое как раз указывает на рассмотренные ранее особенности измерения переходных сопротивлений. Поэтому, для получения наиболее достоверного результата, целесообразно использовать достаточно высокие силы тока вплоть до значения номинальной рабочей силы тока самого контакта, которые могут быть выше, чем 1000 А.

Особенности микроомметров DV-Power

Рисунок 2 – Форма измерительного сигнала

Так как в большинстве случаев измерительная цепь не имеет никаких значительных реактивных составляющих сопротивления, измерение проходит практически моментально. Исключением являются измерения на баковых выключателях, где по пути измерительного тока имеется встроенный в выключатель измерительный трансформатор тока. Проходящий ток наводит напряжение на вторичной обмотке данного трансформатора, что вызывает обратный ток индуктивности в измерительной цепи с длительным переходным процессом, от чего время стабилизации измерительного тока увеличивается. Также бывают и другие ситуации, когда полезно использовать длительное протекание измерительного тока, например, при испытаниях на нагрев или для контроля целостности заземляющего контура подстанции по множеству точек. Новейшая серия RMO-C, как раз отличается улучшенными возможностями работы в длительном режиме с высокой силой измерительной тока. До 200 А время работы неограниченно, до 300 А может работать в течение 10 минут и в течение 30 секунд при силе тока в 500 А.

Главная токоведущая часть высоковольтных выключателей может иметь переходное сопротивление порядка десяти мкОм с небольшими допустимыми отклонениями в сторону увеличения сопротивления, единица младшего разряда микроомметров равная 0,1 мкОм уже будет составлять порядка 1% от конкретного значения подобного переходного сопротивления, если брать в расчет еще и погрешность нижнего диапазона прибора, то это может привести к ошибочному заключению о состоянии контакта. Поэтому модели серий RMO-C, RMO-G и RMO-A имеют или уже встроенный модуль высокого разрешения (RMO-C) или производитель его может встроить по заказу (RMO-G, RMO-A). Разрешение на нижнем диапазоне с данным модулем становится равным 0,01 мкОм, что позволит избежать ошибки в случаях измерений крайне низких значений переходного сопротивления.

Модели серий RMO-C и RMO-G возможно доукомплектовать токовыми клещами и устройством удаленного пуска. Токовые клещи являются необходимой принадлежностью для измерения на высоковольтных выключателях, заземленных с двух сторон. По регламентам безопасности многих предприятий не допускается проводить измерения на высоковольтных выключателях, если их вводы не заземлены с двух сторон, что добавляет дополнительные сложности при измерении сопротивления постоянному току токоведущих частей выключателя, так как возникает дополнительный контур пути тока через землю, который влияет на итоговое показание сопротивления. С помощью токовых клещей возможно учесть какая доля силы тока приходится на описанный контур, для этого достаточно лишь подключить токовые клещи к одному из заземляющих устройств, как показано на рисунке ниже, все необходимые расчеты прибор выполнит самостоятельно.

Рисунок 3 – Схема подключения при измерении на высоковольтном выключателе с заземлением с двух сторон  

Устройство удаленного пуска удобно использовать для серии однотипных измерений, при неизменной силе тока на объекте. Устройство представляет из себя выносные щупы напряжения с кнопкой для пуска измерения. Отдельно стоит выделить портативные модели серии RMO-H, которые, благодаря использованию современного Li-Po аккумулятора способны без ущерба для прибора выдавать силу измерительного тока до 300 А, при этом сохраняя небольшие габариты, что позволяет отказаться от тяжелых и длинных токовых кабелей большого сечения. Заряда аккумулятора достаточно для проведения более 400 измерений. Возможно просто взять прибор с собой в ковш подъемника и быстро провести все необходимые измерения, находясь в нём.

Измерение сопротивлений обмоток

Обмотки используются во множестве различного оборудования, как элемент индуктивности электрической цепи. Основные применения такой индуктивности могут быть как базовые токоограничивающие в реакторах для ограничения скачков тока во время короткого замыкания, как для создания вращения полем электромагнитной индукции в электродвигателях или наоборот наведения переменного электрического тока в линию вращением магнитного поля в генераторах, так и для преобразования параметров электрической энергии в трансформаторах. Вышеперечисленные объекты на электростанциях и подстанциях в своем большинстве являются трехфазными, отчего к ним установлены жесткие требования симметрии для работы со сбалансированной трехфазной системой электропитания или для сохранения этого баланса при распределении и передаче электроэнергии. Для данного контроля помогает такой параметр, как активное сопротивление обмоток постоянному электрическому току. Именно активное сопротивление обмотки непосредственно связано с длиной проводника обмотки, но в ту же очередь обмотка, особенно с сердечником или магнитопроводом, как в трансформаторах, обладает значительной индуктивностью, которая препятствует быстрому изменению силы тока в цепи. По этой причине измерение активной составляющей электрического сопротивления обмотки невозможно, пока не завершатся переходные электромагнитные процессы в объекте измерения. Особые сложности при таких измерениях вызывают силовые трансформаторы, так как измерения проводятся на собранном трансформаторе с магнитопроводом, который значительно увеличивает индуктивность цепи. Тут в силу вступают различные электромагнитные потери, которые препятствуют намагничиванию магнитопровода и возбуждению связанных магнитопроводом обмоток. Поэтому для измерения требуется сила тока, как минимум более высокая, чем сила тока возбуждения обмоток, которая хоть и относительна небольшая по сравнению с номинальной рабочей силой тока обмоток, но может достигать десятка Ампер на крупных силовых трансформаторах. Но даже с такой силой тока переходные процессы могут длиться очень долго, а измерения нужно повторять на каждой фазе и в каждом положении устройства переключения отводов, что в итоге может занять полноценный рабочий день. В то же время нецелесообразно использовать очень высокую силу тока, близкую к номинальной силе тока обмоток, такая сила тока требует колоссальных мощностей, также она приводит к быстрому нагреву обмоток, что приводит к увеличению их активного сопротивления и нестабильности измерения. Здесь на помощь опять приходят стандарты с указанными методиками для подобных измерений.

Данному ГОСТу больше 50 лет и в нем допускаются довольно высокие значения силы тока при условии, что измерение будет быстрым, чтобы избежать нагрева. Но в связи со строгими допусками по отклонению сопротивления между обмотками, лучше не использовать подобные рекомендации.

Если посмотреть международный стандарт МЭК 60076, то там требования значительно отличаются. В российском аналоге этого стандарта (ГОСТ 30830, ГОСТ Р 56738) либо нет указаний касательно измерительного тока, либо они ссылаются на ГОСТ 3484. Поэтому требования МЭК 60076 приведем без цитаты, так как оригинал стандарта на английском и просто укажем отличия от методики ГОСТ 3484.

МЭК 60076

Величина тока при измерениях не должна превышать 0,1 от номинального тока обмотки. Минимальная рекомендуемая сила тока не менее 1,5 I0. 

Такие требования уже не допускают нагрева обмоток при измерении, что в итоге приводит к более точным результатам, хоть и может потребовать дополнительное время для измерения. Но по опыту измерений в странах СНГ, можно смело сказать, что минимальной рекомендуемой силы тока по требованиям МЭК 60076 часто бывает недостаточно для нормального намагничивания магнитопровода трансформатора, сами DV Power рекомендуют устанавливать минимум 2 I0.

Особенности омметров обмоток DV-Power

Омметры обмоток DV Power также разделены по сериям с различным функционалом, модели в которых отличаются предельной силой измерительного тока. Отличия серий между собой перечислены в сводных таблицах ниже:

Таблица 2 – отличия серий омметров обмоток DV Power

Функция	TWA Advanced	TWA Standard	RMO-TT	RMO-TD	RMO-TW	RMO-M
Количество каналов измерения сопротивления	8 полноценных измерительных каналов	8 полноценных измерительных каналов	1 токовый канал и 3 канала измерения напряжения	1 токовый канал и 3 канала измерения напряжения	1 токовый канал и 3 канала измерения напряжения	1 токовый канал и 3 канала измерения напряжения
Динамическое измерение сопротивления устройств РПН	Одновременное подключение к трём фазам	Одновременное подключение к трём фазам	Есть	Есть	Есть, с пониженной частотой семплирования	Нет
Устройство управления приводом РПН	Есть	Есть	Есть	Есть	Нет	Нет
Автоматизированный алгоритм полного размагничивания	Есть	Есть	Есть, но требует переключения кабелей	Есть, но требует переключения кабелей	Есть, но требует переключения кабелей	Нет
Полностью автоматизированные испытание	Есть	Есть	Нет	Нет	Нет	Нет
Крупный цветной сенсорный дисплей	Есть	Нет	Нет	Нет	Нет	Нет
Каналы измерения температуры	1 канал	1 канал	4 канала	1 канал	1 канал	1 канал
Канал измерения вибрации	Есть	Нет	Есть	Нет	Нет	Нет
Канал для подключения токовых клещей	Есть	Есть	Есть	Есть	Нет	Нет
Предельная сила измерительного тока	40 А	40 А	100 А	60 А	50 А	100 А
Диапазон измеряемых сопротивлений	До 10 кОм	До 10 кОм	До 100 кОм	До 100 кОм	До 100 кОм	До 1 кОм
Расширенные возможности измерения и анализа с ПО	Есть	Есть	Есть	Есть	Есть	Нет

Таблица 3 – отличия портативных омметров обмоток DV Power

Функция	RMO-TH	TWR-H
Количество каналов измерения сопротивления	2 полноценных канала	2 полноценных канала
Динамическое измерение сопротивления устройств РПН	Нет	Нет
Устройство управления приводом РПН	Нет	Нет
Автоматизированный алгоритм полного размагничивания	Есть, но требует переключения кабелей	Есть, но требует переключения кабелей
Полностью автоматизированные испытание	Нет	Нет
Крупный цветной сенсорный дисплей	Нет	Нет
Каналы измерения температуры	Нет	Нет
Канал измерения вибрации	Нет	Нет
Канал для подключения токовых клещей	Нет	Нет
Предельная сила измерительного тока	10 А	10 А
Диапазон измеряемых сопротивлений	До 3 кОм	До 3 кОм
Расширенные возможности измерения и анализа с ПО	Нет	Нет
Питание от встроенного аккумулятора	Есть	Есть
Измерение коэффициента трансформации и тока возбуждения обмотки	Нет	Есть

Серии TWA Standard и TWA Advanced являются полноценными трехфазными анализаторами обмоток трансформаторов. Используя 8 измерительных каналов возможно полностью подключить все обмотки трехфазного трансформатора и проводить измерения в полностью автоматизированном режиме. Однако, нужно понимать, что при измерениях в такой схеме есть исключения. Из-за высокого коэффициента трансформации распределительных трансформаторов при измерении обмоток стороны низкого напряжения стоит отключать кабели со стороны высокого напряжения, так как из-за обратной трансформации на противоположной стороне возникнет опасное для прибора напряжение, несмотря на то, что прибор самостоятельно размыкает соответствующие входы, напряжения может быть достаточно, чтобы образовать пробой воздушного зазора внутри корпуса. Также одновременное подключение к трем обмоткам фазы позволяет проводить одновременное измерение сопротивление всех обмоток в группе соединения обмоток YN (звезда с нейтралью), так как при такой группе соединения возможно одновременно провести ток через все обмотки и измерить падение напряжения на каждой из них. Все остальные серии, кроме портативных моделей, имеют один токовый канал и три канала напряжения. Таким образом возможно снять падение напряжения на трёх обмотках, если возможно их закоротить между собой и провести ток через все сразу. Например, такая схема возможна при подключении к трансформатору с третичной обмоткой (Рисунок 4) или при измерении обмоток электродвигателя (Рисунок 5), которые также возможно соединить последовательно через клеммную коробку (Рисунок 6). Приборы могут использовать любое количество каналов напряжения для измерений, поэтому также возможно последовательно закоротить и две противоположные обмотки сторон высокого и низкого напряжения трансформатора и измерить их, главное взять во внимание большую разницу между обмотками распределительных трансформаторов и не использовать слишком высокую силу тока. Измерительные каналы портативных омметров RMO-TH и TWR-H, наоборот специально разработаны для распределительных трансформаторов с высоким коэффициентом трансформации, поэтому один канал имеет предельную силу тока в 10 А (для стороны низкого напряжения), а другой до 2 А (для стороны высокого напряжения). Приборы подскажут пользователю о всех необходимых подключениях, для этого достаточно будет только верно настроить параметры теста.

Рисунок 4 – схема подключения для одновременного измерения сопротивления трех обмоток трансформатора

Рисунок 5 - схема подключения для одновременного измерения сопротивления трех обмоток электродвигателя

Рисунок 6 - схема подключения для одновременного измерения сопротивления трех обмоток электродвигателя через клеммную коробку

Во многих сериях омметров обмоток реализована технология динамического измерения сопротивления устройств РПН, что является удобным аналитическим инструментом для диагностики устройств РПН. Переключение отводов в устройствах РПН происходит в считанные миллисекунды, отчего сложно оценить состояние контактов механизма переключающего устройства, не разбирая его полностью. Высокая частота выборки измерений в омметрах обмоток DV Power позволяет наглядно наблюдать все стадии переключения отводов и обнаруживать дефекты определенных узлов механизма. График в момент переключения (Рисунок 7) детально отображает последовательное переключение между токоограничивающими резисторами или реакторами, а полный график по всем отводам позволяет быстро оценить общее состояние обмоток во всех положениях отводов. Тест устройств РПН может быть полностью автоматизирован за счет алгоритма управления приводом устройства РПН с прибора. Многие серии омметров обмоток DV Power способны самостоятельно подавать сигналы управления на привод устройства РПН и обнаруживать моменты переключения по характерным пульсациям измерительного тока или по силе тока мотора привода. Серия TWA Advanced способна выводить полученные графики данных на собственный дисплей, прочие модели, за отсутствием крупного графического дисплея, просто сохраняют данные в память для дальнейшего анализа с помощью программного обеспечения на персональном компьютере. Также возможно провести данный тест с прибора под управлением ноутбука, что позволит наблюдать построение графика теста в реальном времени.

Рисунок 7 – График момента переключения отвода устройства РПН

IBEKO Power AB стараются как можно более сократить вероятность ошибки оператора при работе с приборами, поэтому большинство серий оснащены программой формирования алгоритмов измерения в зависимости от объекта теста и самого испытания. Одно из применений данного алгоритма – размагничивание трансформатора, которое стоит проводить в целях безопасности персонала по завершению всех работ и, желательно, перед ними. Так как трехфазные трансформаторы имеют сложную магнитную систему, а иногда и сложную группу соединений обмоток, специалистам приходится размышлять как лучше и быстрее выполнить полное размагничивание трансформатора. В приборах DV Power достаточно просто указать тип трансформатора и группу соединений обмоток, а встроенное ПО самостоятельно выберет оптимальный алгоритм и проинструктирует оператора о всех необходимых подключениях. В сериях TWA пошли еще дальше, там возможно заранее создавать целые шаблоны испытаний, что позволяет оператору просто выбрать заранее созданный шаблон для соответствующего объекта испытания и просто следовать инструкциям на экране. Также в некоторых сериях омметров обмоток DV Power реализован алгоритм автоматического обнаружения стабильности измерительного тока, который возможно настраивать по предпочтениям пользователя. Алгоритм определяет, когда изменение силы тока во времени достаточно низкое, чтобы считать переходной процесс намагничивания трансформатора завершенным. Некоторые серии омметров обмоток оснащены дополнительными каналами измерения температуры, вибрации и силы тока с помощью токовых клещей. Канал температуры используется для измерения температуры окружающей среды или температуры верхних слоев трансформаторного масла для автоматического приведения измеренного сопротивления обмоток при текущей температуре к сопротивлению при паспортной температуре или при испытаниях на нагрев. Канал вибрации можно использовать совместно с тестом устройств РПН для дополнительного анализа уровней вибрации механизма, что может облегчить поиск дефектов. Токовые клещи можно использовать для регистрации переключения устройств РПН по силе тока мотора привода устройства РПН, что полезно при работе с устройствами РПН реакторного типа. Многие серии омметров обмоток DV Power имеют диапазон измерения сопротивления до 100 кОм, что позволяет использовать их для измерения сопротивления обмоток любых измерительных трансформаторов напряжения. Все серии, кроме портативных моделей, имеют модели с высокой силой тока и достаточной мощностью, чтобы справится с большинством крупных силовых трансформаторов или иметь возможность измерять несколько последовательно закороченных обмоток сразу. Микроомметры и омметры обмоток DV Power имеют широкий ассортимент моделей и комплектации. Ознакомится подробнее с каждой моделью и техническими характеристиками можно на нашем сайте, наши менеджеры и технический специалист по продукту помогут вам подобрать оптимальный вариант для ваших нужд.