Испытание напряжением переменного тока

1.2.1. Испытательные установки

Установка для испытаний изоляции приложенным напряжением переменного тока состоит из регулировочного устройства, испыта­тельного трансформатора, контрольно-измерительных приборов и средств защиты.

U_исп.

Рис.1 . Схема испытательной установки промышленной частоты

Схема установки (рис. 1) должна включать автоматический вы­ключатель 1, регулировочное устройство 2, измерительные прибо­ры 3 и 4 для контроля режима установки, выключатель (рубиль­ник) 5 для создания видимого разрыва в цепи питания, испытатель­ный трансформатор 6, а также устройство для измерения испыта­тельного напряжения 7 и защитный разрядник 8. Специализирован­ные испытательные установки (в передвижных лабораториях, кон­тейнерах и т.п.) имеют также системы сигнализации и блокировки от случайного включения напряжения. Основное назначение автоматического выключателя 1 — бы­строе отключение питания испытательного трансформатора при пробое или перекрытии объекта. Уставка его срабатывания должна превышать ток потребления из сети при

полном испытательном на­пряжении на объекте не более чем в два раза.

Возможна установка защитного выключателя непосредственно перед испытательным трансформатором (вместо рубильника 5), однако при этом должны быть обеспечены блокировка и однако при этом должны быть обеспечены блокировка и сигнализация, исключающие воз­можность случайного включения напряжения. Разрядник 8, установка которого обязательна при испытании изоляции генераторов, обеспечивает защиту от недопустимого по­вышения испытательного напряжения. Пробивное напряжение раз­рядника устанавливается равным 1,1 испытательного. Рекомендует­ся применение шарового разрядника с диаметром шаров 2-10 см. Этот же разрядник можно использовать при градуировке устройст­ва для измерения испытательного напряжения. Мощность испытательного трансформатора устанавливается ис­ходя из нагрузки его током емкости объекта и определяется допус­тимым нагревом обмоток. Номинальная мощность испытательного трансформатора:

=

Где – номинальная мощность испытательного трансформатора, кВА,

испытательное напряжение кВ,

обмотки ВН трансформатора, кВ;

испытательного напряжения, рад./с;

С – ёмкость изоляции объект, пФ.

В установках для эксплуатационных испытаний электрообору­дования могут быть применены специализированные испытатель­ные трансформаторы, трансформаторы напряжения и силовые трансформаторы. Основные характеристики этих трансформаторов приведены в приложении 1. При использовании трансформаторов от маслопробойных уста­новок следует иметь в виду, что средние точки их повышающих об­моток заземлены, а поэтому при испытании объектов с одним за­ зеленным электродом может быть использована лишь половина обмотки. При применении в качестве испытательных трансформа­торы напряжения типа НОМ могут быть перевозбуждены на 30-50% (при токе, не превышающем допустимый по условиям нагре­ва). Силовые трансформаторы допускают по условиям нагрева кратковременную нагрузку по току до трёхкратной от номиналь­ной.

При отсутствии трансформатора с необходимым напряжением вторичной обмотки можно использовать последовательное включе­ние трансформаторов. Последовательное включение двух трансформаторов (рис. 2, а) применимо в случае, когда оба электрода объекта могут быть изо­лированы от земли. Трансформаторы работают в нормальных ус­ловиях. Испытательное напряжение равно сумме напряжений этих трансформаторов.

При каскадном соединении трансформаторов один из трансфор­маторов находится под высоким напряжением и должен быть изо­лирован от земли. Возбуждение этого трансформатора может про­изводиться с помощью специальной обмотки первого трансформа­тора каскада '(рис. 2, б) или через вспомогательный изолирующий трансформатор (рис. 2, в). При последовательном включении обмо­ток высокого напряжения двух трансформаторов типа НОМ допус­кается последовательное или параллельное включение их первич­ных обмоток без изолирующего трансформатора. У трехфазных силовых трансформаторов может быть использо­вано как фазное напряжение, так и междуфазное. Использование междуфазного напряжения возможно лишь при полной изоляции нейтрали (на фазное напряжение). Расчётная мощность силового трансформатора, применённого в качестве испытательного, равна 1/3 номинальной (при использовании напряжения одной фазы) или 2/3 номинальной (при использовании напряжения двух фаз). Допус­кается перегрузка, ограничиваемая нагревом обмоток.

Мощность регулировочного устройства должна быть согласова­на с мощностью испытательного трансформатора. При отсутствии такой возможности регулятор выбирается исходя из тока, протека­ющего по цепи питания при испытании объекта, имеющего наи­большую ёмкость. Регулировочное устройство должно обеспечивать регулирование испытательного напряжения от 25-30% до его полного значения. Регулирование должно быть практически плавным (со ступенями, не превышающими 1,5% от испытательного напряжения). Разрывы цепи при регулировании недопустимы. Рекомендуется применение трансформаторных (автотрансфор­маторных) регуляторов. Использование реостатов или регулируе­мых дросселей, включенных последовательно в цепь питания испы­тательного трансформатора, нецелесообразно из-за возможных скачков испытательного напряжения вследствие резонансных явле­ний в испытательной схеме. Основные данные некоторых регулиро­вочных устройств приведены в приложении 1. Испытательное напряжение должно быть практически синусои­дальным; содержание высших гармонических составляющих не должно превышать 5%. При использовании регуляторов с малым сопротивлением (например, автотрансформаторов) это требование выполняется и проверка формы кривой напряжения не нужна. Не­допустимые искажения формы кривой испытательного напряжения возможны при использовании реостатного регулятора напряжения и питании устройства от фазного напряжения сети, особенно при токе нагрузки, сопоставимом с током намагничивания испытатель­ного трансформатора. Применение такой испытательной установки допустимо лишь при контроле фарфоровой изоляции. При испытаниях возможно возникновение скачков напряжения на объекте, вызванных резонансными явлениями в испытательной схеме (резонансом напряжений или резонансом токов). В современных испытательных установках при соблюдении при­ведённых рекомендаций по выбору их элементов резонансные явле­ния маловероятны. Резонанс напряжений возникает в контуре, образованном ёмкос­тью объекта и включёнными последовательно с ней индуктивнос­тью рассеяния трансформатора и индуктивностью регулирующего устройства. Это возможно лишь при применении регулирующих устройств, имеющих большое реактивное сопротивление (регулиру­емых дросселей и т.п.). В таком случае перед испытаниями необхо­димо убедиться, что суммарное значение указанного индуктивного сопротивления испытательной установки, приведённое к стороне испытательного напряжения, будет меньше ёмкостного сопротивле­ния объекта. Резонанс токов возникает при равенстве ёмкостного сопротив­ления нагрузки и включённого параллельно ему индуктивного со­противления испытательной установки. Резкое повышение испыта­тельного напряжения при резонансе токов может возникнуть лишь при маломощном регуляторе и связано с тем, что при резонансе токов снижается ток через регулятор и, следовательно, падение на­пряжения на нем. Для исключения этого следует избегать случаев, когда нагрузка испытательного трансформатора будет менее 40%. При испытании объектов, имеющих большую ёмкость, с целью уменьшения необходимой мощности испытательной установки и разгрузки питающей сети можно произвести компенсацию ёмкост­ного тока объекта. Компенсация производится подключением па­раллельно одной из обмоток испытательного трансформатора ка­тушки индуктивности.

При подключении катушки индуктивности параллельно обмот­ке высокого напряжения уменьшается необходимая мощность всех элементов испытательной установки. При подключении ее парал­лельно обмотке низкого напряжения разгружается от тока объекта лишь регулировочное устройство.

Индуктивное сопротивление компенсирующей катушки в случае включения ее на стороне высокого напряжения следует выбрать близкой к значению ёмкостного сопротивления объекта. При ком­пенсации на стороне низкого напряжения индуктивность должна быть в К² меньше (К — коэффициент трансформации испытатель­ного трансформатора). Предпочтителен режим недокомпенсации, когда индуктивный ток компенсации меньше ёмкостного тока объ­екта.

Нагрузка испытательной установки при компенсации ёмкостно­го тока на стороне высокого напряжения без учёта активной со­ставляющей тока равна:

= ( - )

Где – нагрузка испытательной установки, кВ А,

испытательного напряжения, рад./с;

С – ёмкость изоляции объект, мкФ

L – индуктивность компенсирующей катушки, Гн;

испытательное напряжение кВ,

Как правило, мощность испытательного трансформатора не должна быть меньше 10% от требуемой для проведения испытаний без компенсации ёмкостного тока. При компенсации ёмкостного тока, осуществляемой на стороне низкого напряжения, ориентировочная нагрузка регулировочного устройства определяется по приведенной формуле, только значение компенсирующей индуктивности приводится к стороне высокого напряжения:

= L

где L' — расчётное значение индуктивности, а К - коэффици­ент трансформации испытательного трансформатора.

Целесообразно применение компенсирующих катушек с линей­ной зависимостью тока от напряжения, для чего они должны вы­полняться с воздушным зазором в магнитопроводе. Минимальный зазор, обеспечивающий линейную характеристику, равен:

= 0,025l (при U_исп n S)

Где - воздушный зазор, см;

l - средняя длина магнитопровода, см;

U_исп - наибольшее напряжение на катушке, кВ;

S - поперечное сечение магнитопровода, см²

Для компенсации ёмкостного тока на стороне высокого напря­жения могут быть применены дугогасящие катушки, а на стороне "низкого напряжения — силовые реакторы. Рекомендуется примене­ние резонансных испытательных трансформаторов с большим током намагничивания. Большой ток намагничивания, компенси­рующий ток объекта, обеспечивается наличием воздушного зазора в магнитопроводе. Изменением этого зазора и (или) изменением числа витков обмотки производится регулировка тока компенса­ции.

1.2.2. Измерение испытательного напряжения

Нормируется и подлежит измерению действующее значение ис­пытательного напряжения. При практически синусоидальном на­пряжении и соответствующей градуировке могут быть использова­ны также устройства для измерения среднего и амплитудного зна­чений. В случае, когда не исключено искажение формы кривой ис­пытательного напряжения, рекомендуется измерение амплитудного значения; испытательное напряжение при этом принимается рав­ным 1,41 нормированного действующего значения. Суммарное значение относительной погрешности измерения ис­пытательного напряжения не должно превышать 5%.

Рекомендуется применение измерительных устройств с основной погрешностью, не превышающей 3%.

Измерительные устройства с нормируемым приведенным значе­нием погрешности (например, стрелочные приборы) должны иметь основную погрешность не более 1,5% (класс точности 1,5); при этом предел измерения выбирается таким, чтобы отсчёт значения испытательного напряжения производился при показаниях устрой­ства, превышающих 1/3 шкалы. Основные схемы измерения испытательного напряжения приве­дены на рис. 3. При измерениях прибором 1, включённым на стороне низкого напряжения, как правило, необходима предварительная градуиров­ка или расчётное исключение погрешности от падения напряжения на сопротивлении рассеяния испытательного трансформатора. Это сопротивление имеет индуктивный характер и протекание по нему ёмкостного тока объекта вызывает повышение испытательного на­пряжения, не учитываемое при расчёте напряжения по коэффициен­ту трансформации.

При испытании изоляции генераторов эту схему измерений при­менять не следует. В остальных случаях поправку можно вводить расчётным путем. Напряжение на первичной обмотке трансформа­тора, измеряемое прибором 1, определяется по формуле