Основні теоретичні відомості. У лабораторних умовах висока напруга промислової частоти створюється за допомогою високовольтних випробувальних трансформаторів

У лабораторних умовах висока напруга промислової частоти створюється за допомогою високовольтних випробувальних трансформаторів, для яких характерна підвищена величина індуктивності розсіювання (3-12 %), оскільки із зростанням номінальної напруги трансформаторів збільшується відстань між обмотками вищої і нижчої напруги. Схема лабораторної установки з випробувальним трансформатором наведена на рис. 3.1. У порівнянні з силовими трансформаторами випробувальні трансформатори мають значно більші коефіцієнти трансформації і значно меншу потужність, їх ізоляція розрахована на значно меншу електричну міцність. Відносно низький рівень ізоляції цих трансформаторів обумовлений такими факторами:

- короткочасною роботою;

- роботою, в основному, при напругах, значно нижчих номінальної напруги вторинної обмотки трансформатора;

- відсутністю атмосферних перенапружень.

При проведенні високовольтних випробувань контроль напруги може здійснюватись на первинній або вторинній обмотках випробувального трансформатора - залежно від величини ємності (потужності) об'єкта, що досліджується. .

При випробуваннях енергетичного обладнання великої ємності

(С_о> 500 пф) випробувальний трансформатор виявляється навантаженим на ємнісне навантаження. Його схема заміщення і векторна діаграма роботи мають вигляд, наведений на рис. 3.2. З векторної діаграми випливає, що величина напруги на об'єкті U"₂ залежить від ємності обладнання тим більше, чим більша ємність випробувального об'єкта. Це означає, що вимірювання напруги на первинній обмотці трансформатора може привести до значного перебільшення нормативної випробувальної напруги. Тому необхідно проводити вимірювання на високовольтній стороні випробувального трансформатора.

Рис.3.1 - Схема лабораторної установки №2

Рис.3.2 - Схема заміщення та векторна діаграма роботи випробувального трансформатора

При випробуванні ізоляції електрообладнання малої ємності (трансформатори струму, опорні ізолятори, комутаційні апарати та ін., коли С₀ ≤ 500 пф) вимірювання напруги може проводитись на низьковольтній стороні трансформатора, а напруга на високовольтній стороні визначається за допомогою заводського коефіцієнта трансформації випробувального трансформатора.

Більш точно величина напруги на високовольтній стороні може бути визначена за градуювальною кривою випробувального трансформатора

U₂=f(U₁). Оскільки для випробувальних трансформаторів ця залежність може бути нелінійною (рис. 3.3, б), то існує необхідність знаходження експериментальної залежності напруги на вторинній обмотці U₂ від величини напруги на первинній U₁.

При побудові градуювальної кривої U₂=f(U₁) для вимірювання напруги на високовольтній обмотці трансформатора можна використовувати кульові розрядники, що мають назву амплітудних кіловольтметрів. Вимірювання високої напруги кульовим розрядником засновано на тому, що розрядна напруга між двома кулеподібними електродами залежить від відстані між кулями, діаметра цих куль і способу їх підключення (за симетричною або несиметричною схемі) до джерела високої напруги (рис.3.3, а). Діаметр кулеподібних електродів визначається величиною вимірювальної напруги (табл. 3.1)

а б

Рис.3.3,а – схема вимірювання високої напруги кульовим розрядником; б –приклад градуювальної характеристики випробувального трансформатора.

Таблиця 3.І - Максимальна напруга, що вимірюється кульовим розрядником

Діаметр куль, см			6,25		12,5
U2max, кВ

Для забезпечення необхідної точності вимірювань в межах ± 3%максимальне допустиме значення відношення L/D не повинно перевищувати 0,75. Для захисту джерела високої напруги при пробої кульового розрядника від короткого замикання та перенапружень послідовно з розрядним проміжком включено захисний резистор, що обмежує струм у мережі і водночас запобігає обгорянню електродів. Резистор повинен бути безіндуктивним і мати лінійну характеристику. Величина опору резистора визначається з умови не менше 2 Ом на 1 В напруги. На практиці використовують фарфорові, скляні або бакелітові трубки, залиті дисцильованою водою.

При симетричному включенні куль одну половину захисного резистора приєднують до одного полюса, а іншу -до другого. Якщо використовується несиметрична схема вимірювань із заземленим електродом, то захисний резистор приєднується до незаземленого електрода.

Розраховані значення розрядних напруг для кульового розрядника з кулями діаметром 62,5 мм при нормальній щільності повітря (δ=1) наведені в табл.3.2.

Таблиця 3.2 - Величина розрядних напруг кульового розрядника O 62,5 мм

Розрядна відстань, см	0,6	0,8	1,0	1,5	2,0	2,4
Розрядна напруга, кВ	20,2	26,2	31,9	45,5	58,5	67,5

Найбільш розповсюдженими приладами для вимірювання високої напруги є кульові розрядники, лабораторні випробувальні трансформатори, електростатичні кіловольтметри. Найбільш ефективним методом вимірювання високої напруги є використання електростатичного кіловольтметра. У тому випадку, коли кіловольтметр має обмежений діапазон вимірювання напруги, який не дає змоги проводити вимірювання на високовольтній стороні трансформатора, використовують ємнісні або резистивні дільники напруги. Найбільш часто використовують ємнісні дільники, оскільки багатоелементний ізолятор є по суті ємнісним дільником напруги.

Основні вимоги до ємнісного дільника:

- робоча напруга дільника повинна відповідати випробувальній напрузі об'єкта;

- особиста ємність дільника повинна бути значно менша за ємність випробувального об'єкта.

На практиці використовують дві схеми включення ємнісних дільников напруги:

-схема з додатковою ємністю (рис.3.4);

-схема з ємнісним дільником напруги (рис. 3.5).

Якщо особиста ємність електростатичного кіловольтметра змінюється в

широких межах при переміщенні його рухомої частини, - перевагу має схема з ємнісним дільником.

Рис.3.4 - Схема з додатковою ємністю

Рис.3.5 - Схема з ємнісним дільником

У даній роботі необхідно проградуювати однофазний високовольтний підвишуючий трансформатор типу ИОМ-100/25 потужністю 25 кВА, максимальною напругою 100 кВ.

Градуювання його за допомогою кульового розрядника може здійснюватись двома методами.

1. На первинній обмотці встановлюють напругу U₁, що відповідає деякому цілому показникові шкали вольтметра, а потім кулі, які попередньо були розведені на максимально можливу відстань, починають поступово зближувати до виникнення розряду. Після цього фіксується довжина іскрового проміжку L і за таблицями або градуювальною кривою кульового розрядника визначається напруга U_2max, що відповідає напрузі U₁первинної обмотки трансформатора. Кульовий розрядник має пристрій для дистанційного вимірювання довжини іскрового проміжку L безпосередньо під напругою.

2. При другому методі кульові електроди встановлюють на відстані L , що відповідає деякому значенню напруги U_2max. Після цього вмикають випробувальний трансформатор і напругу повільно збільшують до моменту виникнення розряду в іскровому проміжку, фіксуючи за вольтметром величину напруги U₁.

Перевага цього методу полягає в тому, що для градуювання не потрібний розрядник з дистанційним управлінням. У лабораторній роботі можуть використовуватись обидва методи. При роботі з кульовим розрядником необхідно стежити за тим, щоб кульові електроди знаходились на відстані не менше п'яти їх діаметрів від інших частин обладнання. Поверхню куль треба тримати в чистоті.

Лабораторія ЕФіТBH обладнана електростатичними кіловольтметрами типів С96 та C100. Кіловольтметр С96 являє собою переносний тридіапазоний прилад електростатичної системи із світловим відліком, який використовується для вимірювання напруги в мережах постійного й змінного струмів у діапазоні частот від 2 Гц до 20 МГц. Діапазони вимірювання напруги приладу складають 15 – 30 – 75 кВ. Живлення освітлювального пристрою здійснюється від мережі змінного струму напругою 220 В. При вимірюванні в симетричних схемах з незаземленим провідником живлення здійснюється змінним або постійним струмом напругою 6 В.

Кіловольтметр С100 є переносним тридіапазонним лабораторним приладом електростатичної системи із світловим відліком величини напруги. Діапазони вимірювання: 25 - 50 - 75 кВ.

Основні застереження щодо експлуатації:

-заземлені металеві деталі установки не повинні знаходитись ближче 1 м від електродів ввімкнутого приладу;

-ізоляційні елементи установки не повинні знаходитись ближче 0,5 м від електродів;

-прилад повинен бути встановлений на ізоляційну підставку висотою не нижче 0,5 м.