|
|
А. Г. Овсянников доктор технических наук, профессор, зав каф. Твн нгту А. А. Ким доктор технических наук, профессор, завлаб. Исэ со ран в. И. Курец доктор технических наук, профессор тпу Томский политехническ
2.6.3. Измерение tg Диэлектрические потери в изоляции характеризуются углом диэлектрических потерь. Если обратиться к рис. 2.11, то tg
δ
определяется отношением активной составляющей тока в диэлектрике к емкостной составляющей
c
a
I
I
=
δ
tg
, где а – активная составляющая тока через диэлектрик
I
c
– реактивная составляющая тока через диэлектрик.
I
а
I
с
I
U
δ
ϕ
Рис. 2.11. Векторная диаграмма токов через диэлектрик с потерями Измерение величины tg
δ
, а не величины самих диэлектрических потерь имеет следующие преимущества
1) величина tg
δ
как характеристика материала не зависит от размеров объекта, но позволяет обнаружить возникающие в изоляции дефекты, особенно если они распространены по всему объему
72
2) величина tg
δ
может быть непосредственно измерена мостом переменного тока. Метод контроля изоляции путем измерения угла диэлектрических потерь является самым эффективными распространенным. Он позволяет выявить следующие дефекты увлажнение, воздушные (газовые) включения с процессами ионизации, неоднородности, загрязнения и др. Измерения tg
δ
ведутся при напряжении
U
≤
10 кВ и частоте 50 Гц при помощи высоковольтных мостовых схем (мост Шеринга). Оценка состояния изоляции по значению tg
δ
предусматривается нормативами почти для всех видов изоляции. В зависимости от конструктивных особенностей объекта (заземлен один электрод или нет) используется нормальная или перевернутая схема моста Шеринга.
По нормальной схеме обычно выполняются измерения в лабораториях, а также измерения межфазной изоляции (кабель, трансформатор и т. п. Выпускаются мосты типа МДП, которые позволяют измерять tg при емкостях объектов от 40 до 20000 пФ. При работе с перевернутой схемой нужно иметь ввиду, что от измерительных ветвей и конденсатора
C
3
(измеряемый объект) идут проводники, находящиеся под высоким напряжением. Для измерений по перевернутой схеме применяется малогабаритный переносной мост МД-16, который позволяет измерять tg
δ
прием- костях объекта от 30 до 40000 пФ.
2.6.4. Методы обнаружения частичных разрядов
1. Метод измерения электромагнитных волн, излучаемых частичными разрядами (индикаторы радиоизлучений – ИРИ). ИРИ называют дефектоскопами. Этот метод основан на радиоприеме электромагнитных излучений при ЧР в изоляции. Он чаще всего применяется для выявления дефектных изоляторов на линиях электропередачи. Недостатками этого метода являются плохая помехоустойчивость помехи создаются короной проводов и др, отсутствие количественной оценки.
2. Метод диэлектрических потерь основан на определении точки перегиба на кривой зависимости тангенса диэлектрических потерь от напряжения на диэлектрике (см. рис. 2.12), которая называется кривой ионизации. Излом на этой кривой совпадает с возникновением частичных разрядов в объеме изоляции.
73
U, кВ δ Uион Рис. 2.12. Кривая ионизации К недостаткам этого метода можно отнести неспособность зарегистрировать сосредоточенные дефекты и место их нахождения. В настоящее время метод регистрации точки перегиба на кривой ионизации вытесняется методами регистрации высокочастотных составляющих тока или напряжения частичных разрядов. 2.6.5. Методы регистрации высокочастотных составляющих частичных разрядов (индикаторы частичных разрядов – ИЧР) Желательным является создание такой техники для определения частичных разрядов, которая позволяла бы регистрировать самые слабые частичные разряды и обеспечивала количественные измерения энергии, рассеиваемой одиночными разрядами. Это требование сейчас воплощают в индикаторах частичных разрядов, которые непосредственно включаются в цепь разряда. Они состоят из приемного контура, усилителя и измерительного прибора. В основу положено измерение кажущегося заряда
0 0
UC
Q
∆
=
∆
, (2.1) где С – емкость изоляции. Измеряются пульсации напряжения
∆U
, которые через усилитель подаются на пластины ЭО. По моменту возникновения пульсаций на экране осциллографа определяют напряжение возникновения ионизации, а по амплитуде импульсов и их частоте – интенсивность частичных разрядов. Существует несколько вариантов схемы. а) Схема с активным сопротивлением (см. рис. 2.13). Сопротивление
R
1
включается последовательно с измеряемым объектом, и падение напряжения на нем регистрируется индикатором частичных разрядов. По осциллографу судят о наличии частичных разрядов. Недостатком этого метода является малая помехоустойчивость.
74
U кос цил лог ра фу
C
x
R
1
R
защ Рис. 2.13. Схема для обнаружения частичных разрядов с помощью активного сопротивления
R
защ
– защитное сопротивление;
С
x
– испытуемый объект
R
1
– активное сопротивление
На осциллографе можно наблюдать картину, приведенную на рис. 2.14.
ЧР нет
U
1
<
U
2
ЧР есть
ЧР есть
Рис. 2.14. Вид осциллограмм при разной интенсивности частичных разрядов б) Схема с индуктивностью и емкостью (см. рис. 2.15). Как было показано выше, при возникновении ЧР появляются высокочастотные колебания с амплитудой
∆U. Индикатор частичных разрядов (ИЧР) подключен к объекту через разделительную емкость С
разд
, которая служит заграждающим фильтром для токов рабочей частоты. При возникновении ЧР в объекте (С
х
) хаотические колебания напряжения на объекте возбуждают в ИЧР незатухающие периодические колебания с частотой, соответствующей периоду колебаний контура
LC
T
π
= 2
. (2.2)
75
C
Г
ИЧР
L
C
x
C
разд
R
защ
U Рис. 2.15. Схема измерения частичных разрядов с применением колебательного контура и гальванометра
R
защ
– защитное сопротивление С испытуемый объект С
разд
– разделительная емкость
L–C – колебательный контур Г – гальванометр Частота настройки ИЧР обычно принимается порядка нескольких десятков килогерц. Амплитуда высокочастотных колебаний
∆U измеряется гальванометром Г. По значению
∆U из формулы (2.1) определяется кажущаяся интенсивность ионизации. В заключение следует отметить, что использование метода ЧР для профилактических испытаний является весьма перспективными сейчас широко внедряется в промышленности, т. кон позволяет вести непрерывный контроль под рабочим напряжением. Но следует отметить и недостатки
1) наличие большого количества помех, затрудняющих расшифровку полученных результатов (источник помех – корона на проводах, искрение коллекторов электрических машин и т. д
2) метод фиксирует не наличие дефекта, а наличие ЧР, в то время как может существовать дефект и без ЧР (трещина, заполненная водой или другой проводящей жидкостью, обуглероженная пора, где прекратились ЧР, хотя это серьезные дефекты. Нов комбинации с другими методами профилактики индикация частичных разрядов дает эффективные результаты.
2.6.6. Контроль влажности изоляции Емкость изоляции при постоянной температуре и частоте приложенного напряжения является величиной постоянной. Поэтому скачкообразное изменение величины емкости указывает на наличие в изоляции дефектов. Особенно сильное влияние на изменение емкости оказывает увлажнение изоляции, поэтому для контроля увлажнения изоляции
76
нашелся метод измерения емкости изоляции при разных частотах, который получил название метод "емкость–частота". При увеличении частоты емкость изоляции какого-либо устройства трансформатора, кабеля, изолятора и т. п) уменьшается. Это явление положено в основу метода "емкость–частота". Метод "емкость–частота" заключается в сравнении величин емкости, измеренных при двух различных частотах f = 2 Гц и f = 50 Гц (Си С) при t = 10–20 СО качестве изоляции судят по отношению С
2
/С
50
. Чем это отношение меньше, тем изоляция лучше (суше. На рис. 2.16 представлены зависимости изменения емкости от частоты для сухой (1) и увлажненной изоляции (2). Опытным путем было найдено, что для сухой изоляции отношение
3
,
1 2
,
1 50 2
−
≤
=
C
C
k
f
2.6.7. Испытание повышенным напряжением Как мы уже знаем, в процессе эксплуатации изоляция электротехнических устройств стареет, ее электрическая прочность снижается и время жизни уменьшается. Особенно способствуют старению температурные, механические и электрические воздействия. Старение изоляции происходит неравномерно. Неоднородность изоляции и внешних воздействий приводят к тому, что скорость процессов старения на разных участках неодинакова. Образуются места, которые имеют значительно меньшую электрическую прочность, чем здоровая изоляция. В большинстве случаев (например, у электрических машин) причиной аварии являются пробои изоляции в местах образования сосредоточенных дефектов. Чтобы предотвратить аварийные повреждения, изоляцию периодически испытывают повышенным напряжением для выявления опасных дефектов и для проверки наличия необходимого запаса электрической прочности изоляции. Испытание повышенным напряжением гарантирует также, что изоляция оборудования имеет нужный уровень прочности по отношению к перенапряжениям, возникающим в эксплуатации. Испытательное напряжение должно прикладываться к изоляции в течение времени, достаточном для развития частичных разрядов и даже развития разряда до пробоя. В тоже время при длительном приложении повышенного напряжения электрическая прочность изоляции резко снижается. На практике применяют одноминутные испытания напряжением промышленной частоты 50 Гц.
77
2 С f, Гц 210 Рис. 2.16. Зависимость емкости изоляции от частоты 1 – сухая изоляция 2 – увлажненная изоляция Эффективность испытания определяется величиной испытательного напряжения. При малом напряжении дефекты не выявляются, а при чрезмерно высоком могут пробиться те участки изоляции, которые не пробились бы в эксплуатации. Испытательное напряжение нормируется. При выпуске с завода готовых изделий испытание повышенным напряжением является основным видом испытания изоляции. Испытательные напряжения для разных типов оборудования определены действующими стандартами. При профилактических испытаниях в процессе эксплуатации величина испытательного напряжения должна составлять 0,75 от величины заводского испытательного напряжения. Испытание повышенным напряжением проводится на переменном, постоянном и импульсном напряжениях. В приложении 2 даны значения испытательных напряжений для некоторых основных видов высоковольтного электрооборудования см. табл. П, П, требования к качеству трансформаторного масла см. табл. П, испытательные выпрямленные напряжения и токи утечки для силовых кабелей (см. табл. П, П, контроль изоляторов и изолирующих подвесок (гирлянд) воздушных ЛЭП в процессе эксплуатации. Высоковольтное испытательное оборудование и измерения 3.1. Установки для получения высоких переменных напряжений Для получения высоких переменных напряжений применяются однофазные высоковольтные испытательные трансформаторы на напряжение дон кВ. На большие напряжения используют каскадное соединение трансформаторов (н = 2200 кВ и более. Особенностью испытательных трансформаторов являются
1) кратковременность работы
2) отсутствие атмосферных перенапряжений;
3) наличие бросков тока и резких спадов напряжения при пробоях и перекрытиях испытуемых объектов. Как правило, между обмотками низкого (2) и высокого (3) напряжений (рис. 3.1) расположен медный разрезанный экран 4, соединенный с баком трансформатора. Экран предназначен для защиты обмотки низкого напряжения от наведения высоких потенциалов при резких изменениях напряжения со стороны высоковольтной обмотки. На напряжение более 1000 кВ применяется каскадное включение трансформаторов. Каскады трансформаторов обычно состоят из 2–3 высоковольтных испытательных трансформаторов, соединенных последовательно (см. рис. 3.2). Поскольку один вывод обмотки трансформатора соединен с корпусом, то корпус каждого последующего трансформатора находится под высоким напряжением предыдущего трансформатора. Следовательно, все последующие трансформаторы, кроме первого, должны быть изолированы от земли и друг от друга. Рис. 3.1. Конструкция однофазного трансформатора
1 – магнитопровод 2 – обмотка низкого напряжения
3 – обмотка высокого напряжения 4 – экран медный
5 – барьер электроизоляционный 6 – шайбы электроизоляционные
79
ВН
Сеть
1
2
3
4
Рис. 3.2. Упрощенная схема соединения каскада трансформаторов
1–3 – высоковольтные трансформаторы 4 – опорные изоляторы
Напряжение на выходе каскада, состоящего из n последовательно включенных трансформаторов
2
ВН
U
n
U
⋅
=
, где U
2
– напряжение на выходе первого трансформатора.
3.2. Установки для получения высоких постоянных напряжений Постоянное напряжение часто используют для испытаний конденсаторов, кабелей, вращающихся машин. Для получения высоких напряжений постоянного тока используются различные выпрямительные установки. Все схемы выпрямления классифицируются последующим признакам
1) по форме выпрямленного напряжения – одно- и двухполупериодные схемы
2) по схеме соединения выпрямителей – мостовая схема, последо- вательно-параллельные схемы
3) по числу фаз – одно, двух- и трехфазные схемы
4) схемы умножения напряжения. Однополупериодная схема выпрямления приведена на рис. 3.3. Выпрямление напряжения без фильтра по схеме риса дает большую глубину пульсаций выпрямленного напряжения см. рис. 3.3, в. Наличие фильтра (см. рис. 3.3, б) уменьшает глубину
80
пульсаций (см. рис. 3.3, г) за счет подпитки от конденсатора СФ в течение времени отрицательного полупериода, когда выпрямитель V закрыт. T V На RН СФ б вгU UUН UН Uма кс t t Рис. 3.3. Схема выпрямления однополупериодная а, в – без фильтра б, гс фильтром Т – высоковольтный трансформатор V – выпрямитель Н – сопротивление нагрузки СФ – емкость фильтра Двухполупериодная мостовая схема выпрямления приведена на рис. 3.4. ttaбгвUН UUН U T T RН RН CФ V1 V2 V3 V4 V1 V2 V3 V4 Рис. 3.4. Мостовая схема выпрямления а, в – без фильтра б, гс фильтром Четыре выпрямителя образуют мост, в одну диагональ которого включается нагрузка На к другой диагонали подключается трансформатор. При “+” полупериоде открыты выпрямители V
1
и V
3
, а при “–” полупериоде – V
2
и V
4
. Следовательно, через нагрузку протекает ток водном направлении в течение всего периода переменного тока см. риса, в. Это основное достоинство двухполупериодной схемы выпрямления. Фильтр С
Ф
уменьшает глубину пульсаций выпрямленного напряжения (см. рис. 3.4, б, г. Включение однофазных схем выпрямления приводит к перекосу фаз в трехфазной сети. Для исключения этого явления используют трехфазные схемы выпрямления (риса. Кроме этого, уменьшаются пульсации выпрямленного напряжения (рис. 3.5, б, особенно с применением фильтра С
Ф
Высокие выпрямленные напряжения удобно получать с помощью схем умножения выпрямленного напряжения. Различают
1) схемы удвоения
2) схемы утроения
3) каскадные схемы умножения напряжения. Сеть. 3.5. Трехфазная однополупериодная схема выпрямления Простейшая однополупериодная схема удвоения напряжения приведена на риса Наб макс Сеть2iUiмак с Рис. 3.6. Однополупериодная схема удвоения (аи осциллограмма напряжения на нагрузке (б 1 – фазное переменное напряжение
2 – удвоенное выпрямленное напряжение В один полупериод (положительный) выпрямитель пропускает ток. Емкость С заряжается до U
m
: обкладки имеют полярность "+" и "–". Во втором полупериоде, когда сменилась полярность концов обмотки трансформатора, напряжение трансформатора "+" суммируется сна- пряжением на конденсаторе "–". На нагрузке получается пульсирующее выпрямленное напряжение, изменяющееся от нуля до 2U
m
(рис. 3.6, б. Выпрямитель оказывается также под двойным напряжением
U
обр
=
2U
m
Каскадный генератор постоянного тока Получение высоких напряжений постоянного тока в сотни и тысячи киловольт возможно с помощью схем выпрямления и умножения выпрямленных высоких напряжений (каскадный генератор. Схема каскадного генератора постоянного тока состоит из схем удвоения напряжения, соединенных в многократной последовательности. Напряжение на выходе каскадного генератора равно
m
U
n
U
⋅
⋅
= 2
вых
, где n – число ступеней (схем удвоения) в каскаде U
m
– амплитудное значение питающего трансформатора.
3.3. Импульсные испытательные установки Для испытания изоляции высоковольтного электрооборудования грозовыми и коммутационными импульсами используются генераторы импульсных напряжений (ГИН).
83
Грозовые воздействия воспроизводятся стандартными импульсами напряжения полной и срезанной волнами. Стандартные импульсы
(1,2/50 или 2,0) можно получить на установке, схема которой приведена на рис. 3.7. ФР
R
Н
С
Ф
F
11 Т
V R
ЗАЩ
R
1
R
3
R
19
+U
0
C
C
C
C
F
1
F
2
F
3
R
2
R
4
R
20
R
6
С
П
'
С
П
'
С
П
'
С
П
'
F
10
+U
0 Рис. 3.7. Принципиальная электрическая схема ГИН с односторонней зарядкой Т – высоковольтный трансформатор V – выпрямитель
R
ЗАЩ
– сопротивление для ограничения зарядного тока
R
1
–
R
20
– зарядные сопротивления
F
1
–
F
11
– искровые промежутки С – емкости ступени ГИН; П – "паразитные" емкости Ф,
С
Ф
– фронтовые сопротивление и емкость Р – разрядное сопротивление Н – сопротивление нагрузки
Зарядка емкостей С производится параллельно, а разряжаются они последовательно, что приводит к сложению зарядных напряжений ступеней. Для обеспечения практически одинаковой зарядки всех конденсаторов до U
0 необходимо соблюдать условие R
1
…R
20
<< R
защ
. При напряжении пробивается только F
1
. Емкость разряжается в контуре С
– R
2
– F
1
, но R
2
большое (десятки килоом). В первый момент разрядка идет по С – С
П
'
– F
1
(Х
С
= С, ω – круговая частота порядка мегагерц, следовательно, Х
С
– малое. С
п '
быстро заряжается до U
0
. Тогда к приложено удвоенное зарядное напряжение U
0
, поэтому F
2
может иметь расстояние в 2 раза больше, чем F
1
и т. д. Для регулирования параметров импульса напряжения и получения стандартной волны используются элементы Ф – фронтовое сопротивление, Ф – фронтовая емкость, Р – разрядное сопротивление. Длину фронта формируют Фи Ф, длину импульса – R
Σ
, те. R
Р
совместно с н
84
t
ф
=3,24
⋅R
Ф
С
Ф
;
Σ
⋅
⋅
=
R
С
t
в
гин
7
,
0
Изменение амплитуды импульса регулируется изменением расстояния между шаровыми электродами F
1
, F
2
, …, F
10
. Промежуток служит для отделения зарядной емкости ГИН от нагрузки при зарядке конденсаторов постоянным напряжением, чтобы исключить воздействие постоянного зарядного напряжения на нагрузку.
ГИН используется для испытания изоляции высоковольтного оборудования. Внутренняя изоляция испытывается приложением трех полных импульсов и трех срезанных импульсов положительной и отрицательной полярности. Генератор импульсных токов Генераторы импульсов тока (ГИТ) используются для имитации воздействия импульсов тока большой амплитуды. Электрическая схема ГИТ приведена на рис. 3.8. Т
V
R
ЗАЩ Р управление Н
C
1
C
2
C
n
U Рис. 3.8. Электрическая схема ГИТ V – высоковольтный выпрямитель
R
ЗАЩ
– сопротивление для ограничения зарядного тока
С
1
–С
n
– батарея конденсаторов Р – разрядник управляемый Н – нагрузка L – индуктивность разрядного контура После срабатывания разрядника Р батарея конденсаторов разряжается на сопротивление нагрузки, например в канал разряда после пробоя. Величина тока определяется в первую очередь индуктивностью и емкостью разрядного контура
C
L
U
I
m
0
=
,
85
где U
0
– зарядное напряжение L – индуктивность контура С = n·С
1
(если С
= С
= … = С) – емкость разрядного контура.
|
|
|
Скачать 2.62 Mb.