Запись результатов измерений

В протокол измерений записываются основные данные трансформатора, дата измерений, температура измеряемых обмоток, величины и (или С для трансформаторов без масла), определяемые по шкале прибора с помощью следующей таблицы:

Предел измерения	Перевод отсчета по прибору в величину измеренной емкости
тыс.пФ
«К»

"К" - коэффициент, на который нужно умножить показания прибора, чтобы получить величину измеряемой емкости в пикофарадах.

МЕГАОММЕТР ТИПА Ф 4101

1. Назначение

1.1. Электронный мегаомметр Ф 4101 предназначен для измерения величины сопротивления изоляции различных электроустройств, не находящихся под напряжением и предназначен для работы в интервале температур от –30⁰С до +40⁰С и относительной влажности до 90% при температуре +30⁰С.

При питании прибора от батареи сухих элементов климатические условия эксплуатации определяются возможностями сухих элементов, но не должны превышать требований, указанных в настоящем паспорте.

2. Технические характеристики

2.1. Пределы измерения величины сопротивления и рабочая часть шкалы в зависимости от положения переключателя пределов измерения и переключателя рабочих напряжений приведены в табл. 1.

2.2. Номинальное напряжение на разомкнутых зажимах прибора 100 В; 500 В; 1000 В.

2.3. Основная погрешность не более ±2,5% от длины рабочей части шкалы.

2.4. Шкала прибора многорядная, неравномерная.

3. Устройство и принцип работы

3.1. Конструктивное исполнение

Мегаомметр выполнен в металлическом корпусе. На передней панели рас-

положены: отсчетное устройство, индикатор включения питания, зажимы для подключения измеряемого объекта, органы управления. На задней панели расположены: предохранитель, колодка для подключения шнура питания сети, зажимы для подключения внешнего источника постоянного тока напряжением 12 В, отсек для размещения комплекта сухих элементов.

3.2. Принцип действия

Принцип действия мегаомметра основан на методе непосредственного измерения тока, находящегося в обратной зависимости от величины измеряемого сопротивления при определенном значении напряжения.

Измерительные постоянные напряжения 100, 500, 1000 В получаются путем преобразования низковольтного напряжения постоянного тока на выходе импульсного стабилизатора в знакопеременное и последующего его выпрямления с удвоенной схемой высоковольтного выпрямителя.

Шкала мегаоометра проградуирована непосредственно в единицах сопротивления.

Схема прибора Ф 4101 состоит из следующих основных функциональных узлов:

импульсный стабилизатор напряжения;

преобразователь напряжения;

измерительный усилитель постоянного тока.

Таблица 1

Положение переключ. пределов измерения	Положение переключателя рабочих напряжений
100/ХI	500/Х5	1000/Х10
Пределы измерен., МОм	Раб.часть шкалы, МОм	Пределы измерен., МОм	Раб.часть шкалы, МОм	Пределы измерен., МОм	Раб.часть шкалы, МОм
1х1	0-4	0-2	0-20	0-10	0-40	0-20
11х1	0,1-4	0,1-2	0,5-20	0,5-10	1-40	1-20
111х10	1-40	1-20	5-200	5-100	10-400	10-200
111х102	10-400	10-200	50-2000	50-1000	100-4000	100-2000
111х103	100-4000	100-2000	500-20000	500-10000	1000-40000	1000-20000

4. Меры безопасности

4.1. Внимание! Не приступайте к измерениям, не убедившись в отсутствии напряжения на проверяемом объекте.

4.2. После отпускания кнопки "Измер" напряжение на конденсаторах высоковольтного выпрямителя на зажимах "Д" и "О" относительно " " снижается до безопасной величины за 5-10 секунд.

4.3. При измерении сопротивления изоляции электроустановок необходимо строго выполнять требования "Правил техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей" и соблюдать следующие меры предосторожности:

а) перед включением необходимо заземлить корпус прибора.

Клемма заземления на задней панели прибора имеет маркировку " ".

Надо помнить, что зажим с обозначением " " входит в измерительную часть схемы прибора и не имеет электрического соединения с клеммой для заземления;

б) перед началом, а также в конце измерения, на время подключения или отключения прибора от испытуемого объекта, последний должен быть временно заземлен;

в) смену предохранителя производить только при отключенном приборе от источника питания.

4.4. При работе с прибором нельзя прикасаться к соединительным проводам, токопроводящим элементам прибора, необходимо соблюдать следующие меры предосторожности:

а) подсоединение отдельных узлов прибора, замену вышедших из строя элементов схемы производить при отключенном напряжении источника питания;

б) при включенном приборе остерегайтесь соприкосновений с токоведущими цепями. При проведении соответствующих проверок при включенном приборе необходимо пользоваться соответствующими средствами защиты.

5. Подготовка прибора к работе

5.1. Заземлите прибор. Вилку шнура питания установите в положение, соответствующее напряжению питающей сети. Подключите источник питания. При питании от внешнего источника постоянного тока выньте комплект сухих элементов из отсека питания. Подключение источника постоянного тока производите, соблюдая полярность. С помощью корректора установите стрелку прибора на отметку " ". Включите прибор нажатием кнопки "Вкл". При этом должен загореться световой индикатор. Через 1,5 минуты прибор готов к работе.

6. Порядок работы

6.1. Установите переключатель рабочих напряжений на нужное напряжение.

6.2. Установите переключатель пределов измерения в положение "Ш" 10³. При разомкнутых зажимах "Л" и " ", нажав кнопку "Измер", установите с помощью ручки "Уст" указатель прибора на отметку" ".

6.3. Замкните зажимы " " и "Д", нажмите кнопку "Измер" и, пользуясь ручкой "Уст.О", установите указатель прибора на отметку "О" шкалы "1" (калибровка).

6.4. Убедившись в отсутствии напряжения на объекте, подключите последний к зажимам мегаомметра, предварительно наложив на объект временное заземление. Измеряемый объект подключите к зажимам мегаомметра « » и «Л», причем, помните, что плюсовой потенциал находится на зажиме «Л». При необходимости экранировки для устранения токов утечки экран присоедините к зажиму «Э».

Примечание. В случае экранировки, для уменьшения дополнительной погрешности, рекомендуется калибровку производить при подключенных к объекту зажимах « » и «Э». В этом случае на провод, соединяющий зажим «Э» с экраном объекта, временное заземление не накладывается.

Для проведения измерений необходимо:

а) снять временное заземление объекта;

б) во избежание перегрузок прибора измерения начинайте с первого предела измерения, установив переключатель пределов измерения в положение «1»;

в) нажмите кнопку «Измер.», подав тем самым на объект высокое напряжение.

На время измерения держите кнопку «Измер.» нажатой:

а) когда стрелка (указатель) приблизится к отметке « » шкалы, переключатель пределов последовательно установите в положение, при котором указатель установится в рабочей части шкалы. После этого сделайте отсчет величины измеренного сопротивления по соответствующей шкале, умножая полученный результат на множитель, соответствующий данному пределу измерения и рабочему напряжению.

Цифры шкалы «Ш» относятся и к шкале «П».

6.5. По окончании измерений отпустите кнопку «Измер.», переключатель пределов измерения установите в положение «1» и, спустя 10-15 сек, разрядите объект, наложив на него заземление.

Лабораторная работа 5

НЕСИММЕТРИЧНЫЕ РЕЖИМЫ В СИСТЕМАХ С ИЗОЛИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ

Цель работы: изучение несимметричных режимов в системах с изолированной нейтралью при использовании дугогасящих катушек

Теоретические сведения

Электрические системы могут работать с изолированными нейтралями трансформаторов и генераторов (3-35 кВ), с резонансно-заземленными нейтралями (3-35 кВ) или эффективно-заземленными нейтралями (110 кВ и выше). Выбор способа заземления нейтралей зависит, главным образом, от поведения системы при наиболее часто встречающихся повреждениях – однофазных замыканиях на землю.

В сетях с изолированными нейтралями замыкание одной фазы на землю не приводит к возникновению к.з. Через место замыкания на землю протекает емкостной ток, величина которого определяется рабочим напряжением сети и емкостью всей электрически связанной цепи на землю. Напряжения неповрежденных фаз относительно земли возрастают в раза (при металлическом замыкании), достигая величины линейного напряжения.

Основным достоинством сетей с изолированными нейтралями является продолжение нормальной работы потребителей при однофазных замыканиях. Это происходит потому, что треугольник междуфазных напряжений в таких режимах не искажается, а однофазные электроприемники на напряжениях 3-35 кВ отсутствуют.

Правилами технической эксплуатации (ПТЭ) допускается в большинстве случаев работа сети с заземленной фазой в течение 2 часов. Ограничение по допустимому времени связано с возможностью повреждения изоляции другой фазы и возникновения междуфазного к.з. через землю. Такое замыкание может вызвать отключение сразу нескольких линий сети.

В месте замыкания фазы на землю обычно возникает дуга. Наиболее опасна так называемая перемежающаяся дуга, т.е. дуга, которая периодически гаснет и зажигается вновь. Так как сеть является колебательным контуром, то перемежающаяся дуга сопровождается возникновением перенапряжений относительно земли величиной до .

Установлено, что вероятность возникновения перемежающихся дуг и связанных с ними опасных перенапряжений возрастает с увеличением номинального напряжения сети, а также с ростом емкостных токов замыкания на землю. Поэтому установлены предельные допустимые значения емкостных токов замыкания на землю.

Напряжение сети, кВ …………6 10 15-20 35

Емкостной ток, А ..………..30 20 15 10

В тех случаях, когда емкостные токи замыкания на землю превышают допустимые значения, применяется заземление нейтралей через дугогасящие катушки (ДК) (рис. 5.1).

Рис. 5.1. Схема включения дугогасящей катушки

Для симметричной сети, когда , в нормальном режиме . В результате металлического замыкания на землю фазы А напряжение на нейтрали возрастает от 0 до . Под действием этого напряжения через ДК потечет ток , имеющий активную и индуктивную составляющие.

Из векторной диаграммы токов и напряжений (рис.7.2) видно, что ток замыкания определяется сумой токов и , вектора которых сдвинуты на 60⁰, и равен:

(5.1)

Рис. 5.2. Векторные диаграммы напряжений и токов при

замыкании одной фазы на землю

Ток , протекающий через ДК, сдвинут на 180⁰ относительно тока замыкания (без учета активной составляющей последнего). Следовательно, через место замыкания на землю протекает ток:

(5.2)

Степень настройки ДК характеризуется отношением . При условии степень настройки равна единице, и индуктивный ток катушки полностью компенсирует емкостной ток замыкания на землю. В действительности ток замыкания не является чисто емкостным из-за наличия активных потерь в цепи. Поэтому даже при точной настройке через место замыкания на землю будет протекать остаточный активный ток. При (недокомпенсация) остаточный ток емкостной, а при (перекомпенсация) – индуктивный.

Дугогасящая катушка уменьшает ток в месте замыкания, благодаря чему увеличивается скорость восстановления электрической прочности промежутка после прохождения тока через нулевое значение. Кроме того, ДК уменьшает скорость восстановления напряжения на дуговом промежутке. При заземлении нейтрали через ДК возможны повышения напряжения не только при замыкании на землю, но и при нормальном режиме, если сеть обладает хотя бы небольшой несимметрией. Как известно, напряжение на изолированной нейтрали равно:

(5.3)

где - проводимости фаз относительно земли. В нормальном режиме возможно незначительное смещение нейтрали, так как при любом встречающемся на практике расположении проводов линий их емкости относительно земли неодинаковы. Но при включении ДК смещение нейтрали резко возрастает. Это явление можно объяснить исходя из однофазной схемы замещения (рис. 5.3), где ЭДС источника равна напряжению U₀ на разомкнутой нейтрали. Индуктивность катушки включается последовательно с внешним сопротивлением относительно ее зажимов, т.е. с суммарной емкостью и проводимостью трех фаз относительно земли. Схема на рис. 5.3 представляет собой резонансный контур, в котором возможны значительные повышения напряжения на отдельных элементах, в частности на ДК (резонанс напряжений).

Рис. 5.3. Однофазная схема замещения для определения

напряжения на ДК в нейтрали

Это напряжение можно найти, учитывая, что напряжения распределяются обратно пропорционально проводимостям.

, (5.4)

где С – средняя емкость относительно земли.

Пренебрегая 3q в числителе и разделив знаменатель на 3jwC,получим:

; (5.5)

где - коэффициент, зависящий от степени настройки ДК q; - учитывает влияние активных параметров сети и катушки.

Из (5.5) видно, что при идеальной настройке ( ) смещение нейтрали достигает наибольшего значения . Например, при и смещение нейтрали при точной настройке достигает 0.7 . Одновременно искажается и векторная диаграмма напряжений относительно земли: На одной фазе напряжение падает до , а на других фазах поднимается почти до . Хотя такое повышение напряжения не опасно для изоляции, однако оно недопустимо из-за увеличения потерь на корону, влияния на линии связи. Отклонение от условий настройки в пределах 0.1 уменьшает смещение нейтрали до , но этого недостаточно. Поэтому в сети с ДК необходимо особенно тщательно выполнять транспозицию.

Значительно большие, но кратковременные смещения нейтрали могут возникать при обрыве или отключении одной фазы на участке линий. Если сеть до отключения фазы работала с перекомпенсацией, то при частичном отключении фазы происходит дальнейшее отклонение от условий резонанса, и наоборот, при работе сети с недокомпенсацией после частичного отключения фазы происходит приближение к резонансу и смещение нейтрали резко возрастает. Поэтому работа сети с недокомпенсацией недопустима.

Описание установки

Работа выполняется на модели трехфазной сети (рис.5.4).

К каждой из фаз можно подключать конденсаторы 10, 20 и 30 мкФ. Конденсаторы фазы С можно подключить также и на фазу А, создавая таким образом желаемую степень несимметрии. Дугогасящая катушка (ДК) имеет отпайки, позволяющие изменять ее индуктивность. Ток в ДК измеряется амперметром А_к. Через амперметр А₃ осуществляется замыкание фазы А на землю.

Рис. 5.4. Схема сети трехфазного тока с ДК

Проведение эксперимента

1. Проверить симметрию трехфазной сети. Для этого при отключенной ДК и отсутствии замыкания на землю измерить напряжения всех фаз по отношению к земле и напряжение на нейтрали U_н при емкостях фаз 20 мкФ. Данные занести в табл. 5.1.

Таблица 5.1

Напряжение,В	UА	UC	UВ	UАВ	UВС	UСА	Uн
Емкость на фазу, мкФ 20

2. Замкнуть фазу А на землю. Измерить напряжения на фазах нейтрали U_н (табл.5.2).

Таблица 5.2

Напряжение,В	UА	UC	UВ	UАВ	UВС	UСА	Uн
Емкость на фазу, мкФ 20

3. При замкнутой на землю фазе А измерить ток замыкания I_з (А_з) и ток I_к (А_к) для разных отпаек ДК (табл. 5.3).

Таблица 5.3

	Токи, А	Отпайки ДК
							Изол. нейтр.
Емкость на фазу, мкФ 20	I3
Iк

5. При наличии несимметрии фаз сети (табл. 5.4) измерить напряжения на нейтрали при отключенной ДК (U_н) и при ДК, включенной через отпайки 2 (U_н2), 3 (U_н3), 4 (U_н4).

Таблица 5.4

	Емкость на фазу, мкФ
СА=СВ=20 СС=20	СА=СВ=20 СС=15	СА=СВ=20 СС=10	СА=СВ=20 СС=5
Напряжение, В	Uн
Uн2
Uн3
Uн4

Обработка результатов

По данным табл. 5.3 построить зависимости токов I_з и I_к от номера отпайки n - I_з =f₁(n); I_к =f₂(n).

По данным табл. 5.4 построить зависимости напряжений на нейтрали от емкости отключенного участка .

Оформление отчета

В отчете должна быть указана цель работы, приведены схема включения ДК (рис. 5.1), векторная диаграмма напряжений и токов (рис. 5.2), таблицы результатов эксперимента (табл. 7.1-7.4), графики I_з =f₁(n); I_к =f₂(n); . Отчет должен завершаться выводами по работе.

Контрольные вопросы

1. Как изменяются фазные напряжения на неповрежденных фазах при замыкании одной фазы на землю в сети с изолированной нейтралью?

2. Чем ограничиваются предельно допустимые значения емкостных токов замыкания на землю?

3. Как влияет включение ДК на напряжение смещения нейтрали?

4. Сколько времени разрешается работа сети с изолированными нейтралями при замыкании одной фазы на землю?

5. В каком месте электрической сети с изолированными нейтралями происходит компенсация емкостного тока замыкания на землю при наличии ДК?

Литература

Техника высоких напряжений /Под общ.ред. Д.В. Разевига. –М.: Энергия, 1976, гл.24.

Лабораторная работа 6