Методи вимірювання.
При випробуваннях застосовуються два різних види термопреобразователей - з лінійною і різко нелінійної характеристикою «вхід-вихід» в зоні допустимих температур. Перші використовуються для безперервного вимірювання температури або перевищення температури над температурою навколишнього середовища, а другі - для реєстрації факту перевищення температури окремих частин машини понад допустимого значення.
Слід мати на увазі, що для отримання достовірних результатів, що відбивають теплове стан електричної машини або трансформатора, необхідно заздалегідь знати приблизну картину їх теплового поля, щоб правильно встановити датчики температури. До вимірам температури пред'являються такі технічні вимоги:
можливість вимірювань в необхідних точках при різних теплових режимах роботи;
внесення мінімальних порушень в теплове поле при вимірах;
можливість здійснення дистанційних вимірювань, переважно методами безпосередньої оцінки.
незалежність результатів вимірювань від вібрації, електромагнітних полів і умов навколишнього середовища; висока точність вимірювань;
можливість застосування для вимірювань температури простий і стандартної вимірювальної апаратури.
Відповідно до зазначених вимог розглянемо різні методи і способи вимірювання температури.
Температуру окремих частин машини і охолоджувальних середовищ відповідно до ГОСТ 25000-81 «Машини електричні вращаюшіеся. Методи випробувань на нагрівання »слід вимірювати методами термометра, опору, закладених датчиків температури і вбудованих датчиків температури.
Метод термометра. При цьому методі термоперетворювач датчика температури (див. Підрозд. 1.3) прикладається до доступним поверхням зібраної електричної машини. Як термопреобразователя датчика можна застосовувати термометр розширення, термопару, термометр опору або терморезистор. Результат вимірювання являє температуру поверхні в точці прикладання датчика температури. Термометри розширення знаходять обмежене застосування і використовуються в основному для вимірювання температури охолоджуючих рідин і газів. При цьому не слід застосовувати ртутний термометр для вимірювання температури тих частин машини, де є змінні магнітні поля. Це пов'язано з тим, що змінні магнітні поля наводять в ртуті вихрові струми, які нагрівають її і призводять до неправильних показаннями.
Метод опору дає середнє значення температури обмотки.
Відзначимо, що для підвищення точності результатів вимірювання опору обмоток в холодному і гарячому стані слід вимірювати за допомогою одних і тих же приладів.
Метод закладених датчиків температури застосовують для визначення температури обмотки або активної сталі. Зазвичай встановлюють не менше шести датчиків, рівномірно розташованих по колу машини в таких точках обмотки в осьовому напрямку пазів, в яких очікують максимальні значення температури. Кожен датчик повинен стикатися безпосередньо з поверхнею, температура якої підлягає вимірюванню, і бути захищений від впливу охолоджуючого середовища. Як термопреобразователей датчиків використовують термопари, термометри опору або терморезистори.
Температуру в місці закладення термопари слід визначати по її градуировочной характеристиці. Холодний спай термопари повинен бути захищений від швидких змін температури навколишнього середовища. При наявності однієї-двох термопар ЕРС вимірюється милливольтметром з межею вимірювання 3. 10 мВ і внутрішнім опором не менше 25 Ом / мВ.
При більшій кількості термопар, як правило, використовують компенсаційний метод вимірів. Температуру в місці закладення термометрів опору визначають шляхом вимірювання опору термометра мостом або спеціально призначеними для цього логометри. Перевищення температури слід приймати рівним найбільшому виміряному значенню.
Метод вбудованих датчиків температури. При використанні цього методу датчики (термопреобразователямі можуть бути термопари, термометри опору або терморезистори) встановлюють в електричну машину тільки на час випробувань. Місце установки - лобові частини обмотки або між окремими листами активної сталі на глибину не менше 5 мм від її поверхні. Крім того, датчики можуть встановлюватися в інші доступні точки машини, в яких очікується найбільше перевищення температури. Вимірювання проводяться так само, як і в попередньому випадку.
Характеристика термопреобразователей. Термопари використовують явище термоелектрики, що складається в тому, що в ланцюзі, що складається з двох різних провідників або напівпровідників, з'єднаних кінцями (електродами) і мають різну температуру точок з'єднання, з'являється термоелектрорушійна сила. При невеликому перепаді температур між спаями термо- ЕРС можна вважати пропорційною різниці температур.
Для промислових термопар використовуються наступні матеріали термоелектродів: термопара типу ТИП - платинородій (10% родію) - платина, термопара типу ТПР - платинородій (30% родію) - платина, термопара типу ТХА - хромель-алкомель, термопара типу ТХК - хромель-копель. Межі вимірювання температури при тривалому застосуванні для зазначених типів термопар складають: для ТПП - від - 20 до +1300 С, для ТПР - від +300 до +1600 С, для ТХА - від 50 до +1000 ° С, для ТХК - від- 50 до +600 ° С. Значення термоЕРС, що розвивається термопарами при температурі гарячого спаю 100 С і холодного спаю 0 "З складають: для термопари типу ТПП - 0,64 мВ, 1ХА - 4,1 мВ, ТХК - 6.9 мВ. Для вимірювання температур нижче 50 С використовуються термопари мідь -константан (до -270 ° С) і мідь-Коппель (до -200 ° С).
Відзначимо, що термопара вимірюється не температуру місця установки спаяний, а перевищення цієї температури над температурою протилежної пари електродів, до яких підключається вимірювальний прилад, тому при проведенні вимірювань необхідно знати температуру в місці установки холодного (вимірювального) спаю або включати до складу датчика компенсатор температури « холодного »спаю.
Термометри опору відносяться до одних з найбільш точних перетворювачів температури. Зокрема, платинові термометри опору дозволяють вимірювати температуру з похибкою 0,001 С. Для вимірювання температури застосовуються метали, що володіють високостабільним температурним коефіцієнтом опору (ТКС) і лінійної залежністю опору від температури. До таких матеріалів відносяться платина і мідь.
Промислові платинові термометри опору використовуються в діапазоні температур від -200 до +650 ° С, мідні - від -50 до +200 ° С. Величина ТКС в діапазоні температур від 0 до 100 С для платини становить 0,0039, для міді - 0,00427 K-i.
Промислові платинові термометри мають опору 10, 46 і 100 Ом при О С; мідні - 53 і 100 Ом. Збільшення температури чутливого елемента термометра, розміщеного в тане лід, за рахунок нагрівання вимірювальним струмом не повинно перевищувати 0,24 С для платинових термометрів і 0,4 ° С для мідних при потужності, що розсіюється в термометрі, що дорівнює 10 мВт.
Терморезистор підрозділяються на металеві та напівпровідникові.
Вибір металу для терморезистора визначається хімічною інертністю металу до вимірюваної середовищі в сюжеті інтервалі температур і високостабільним ТКС. Крім платини і міді для виготовлення терморезисторов застосовуються нікель і вольфрам. ТКС нікелю в діапазоні температур від 0 до 100 ° С дорівнює 0,0069, вольфраму - 0.0048 К4.
Основною перевагою нікелю є його відносно високий питомий опір, яке має лінійну залежність від температури тільки до +100 ° С. Мідні і нікелеві терморезистори випускають з литого мікродроту в скляній ізоляції. Мікропроволочние терморезистори герметизовані, високостабільного, малойнерііонни і при малих габаритах можуть мати опір до десятків кіло. Для низькотемпературних вимірювань знаходять застосування індієвий, германієві і вугільні терморезистори.
Напівпровідникові терморезистори відрізняються від металевих меншими габаритами. Зазвичай ТКС напівпровідникових терморезисторів має від'ємне значення і зменшується обернено пропорційно квадрату абсолютної температури. При температурі 20еС величина ТКС становить 0,02. 0,08 До ** 1, що на порядок вище, ніж у металевих терморезисторов (рис. 3.1, а).
Напівпровідникові терморезистори випускаються у великому асортименті і мають номінальні опору при 20 С від 0,3 до 3300 кОм. Діапазон робочих температур різних терморезисторов становить від -100 до +300 ° С. Точність вимірювання температури за допомогою напівпровідникових терморезисторів близька до точності металевих терморезисторов при дотриманні термінів їх повірки.
Розроблено терморезистори з позитивним значенням ГКС на базі сегнетоелектриків, зокрема ВаТЮ3, різко змінюють свій опір при малій зміні температури (рис. 3.1, о). За межами цього інтервалу опір з ростом температури зменшується. У зазначеному інтервалі температур значення I КС досягає 0,3. 0,5 К "1. Такі напівпровідникові терморезистори знайшли застосування в пристроях захисту електричних машин від програвав. З їх допомогою перевіряють, перевищує температура допустиму чи ні. Критична температура, при якій починається різке зростання опору, становить для різних напівпровідникових терморезисторів з позитивним значенням ТКС від +70 до +150 С.
Інерційність термопар і термометрів характеризується їх постійної часу. Розрізняють термопари і термометри опору малоінерційні (постійна часу менше або дорівнює 40 с для термопари і 9 с для термометра), середньої інерційності (постійні часу відповідно рівні 60 і 80 с); великий інерційності (з постійними часу до 3,5 і 4,0 хв) і ненормований інерційності.
0 20 40 60 80 100 Г / С 0 30 60 90 120 Т. "З
а 6
Характеристики напівпровідникових терморезисторів: а - з негативним ТКС; 6 - з позитивним ТКС
Окрему групу становлять вимірники разової дії, до яких відносяться теплочутливі фарби і легкоплавкі метали. Ці вимірники дозволяють лише відповісти на питання, чи перевищила яка вимірюється температура допустиму чи ні. Якщо температура перевищила допустиму, то теплочутливі фарба змінює свій первісний колір, а металевий запобіжник плавиться, порушує контакт в вимірювальної ланцюга і сигналізує про неприпустиме перевищення температури.
Особливості вимірювання температури обертових частин електричних машин.
Вимірювання температури в трансформаторах.
Температуру окремих частин трансформатора і охолоджувальних середовищ вимірюють відповідно до вимог ГОСТ 3484-88 *. Вимірювання температури охолоджуючої середовища (трансформаторне масло, рідкий негорючий діелектрик, повітря, елегаз) здійснюють методом термометра, а температури обмоток - методом опору. У разі неможливості застосування методу опору для визначення температури обмоток застосовують метод термометра. Використовувані при цьому датчики температури не відрізняються від описаних раніше.
Відповідно до ГОСТ 3484 - 88 * за середню температуру обмоток масляного трансформатора або трансформатора, заповненого рідким негорючим діелектриком, приймається температура масла (рідкого негорючого діелектрика) в верхніх шарах, якщо трансформатор піддавався нагріванню протягом 20 год і після заливки пройшло не менше 6 ч. Температура середніх шарів масла не повинна перевищувати 40 ° С
За середню температуру обмоток сухих трансформаторів, що не піддавалися нагріванню і знаходяться не менше 16 год в приміщенні, в якому коливання температури охолоджуючого повітря не перевищують 1 С в годину, приймають середнє арифметичне показань двох термометрів, встановлених у верхнього і нижнього країв збоку однієї зовнішніх обмоток.
Температуру повітря вимірюють за допомогою трьох або більше термометрів, розташованих з трьох сторін трансформатора приблизно на середині його висоти на відстані 1. 2 м від охолоджуючої поверхні. Кожен термометр завадять в наповнений трансформаторним маслом посудину об'ємом не менше 1 л, добре відображає зовнішні теплові випромінювання.