Методические указания к выполнению лабораторных работ Иркутск 1997
 Скачать 1.52 Mb.
|
|
2. Описание экспериментальной установки Измерения значения tg δ изоляции при профилактических испытани- ях обычно выполняют при напряжении 10 кВ независимо от номинального напряжения оборудования, если оно превышает 10 кВ. О состоянии изоля- ции судят по абсолютному значению tg δ . Для изоляции оборудования вы- сокого напряжения предельно допустимые значения tg δ нормированы для определенных температур. В частности, максимально допустимые значе- ния для измерительных трансформаторов составляют от 0.025 до 0.045 в зависимости от класса напряжения, для силовых трансформаторов – от 0.008 до 0.025 при температуре 20°, для высоковольтных вводов (кроме сплошных фарфоровых, у которых значения не нормируются и не контро- лируются) – 0.006..0.008. В лабораторной работе измерения tg δ производится переносным мостом Р5026, который позволяет измерять емкость изоляции от 100 пФ до 1 мкФ, значения tg δ – от 0.0001 до 1.0 при напряжении до 10 кВ по прямой и перевернутой схемам. Погрешности измерения емкости и tg δ составля- ют величину порядка нескольких процентов. При прямой (нормальной) схеме оба электрода испытываемого объ- екта изолированы от земли (рис. 1), при перевернутой схеме один из элек- тродов заземлен (рис. 2). Напряжение питания моста создается с помощью высоковольтного трансформатора Т2 и регулировочного трансформатора Т1, которые в ла- бораторной установке представлены аппаратом АИИ-70. Упрощенная схе- ма аппарата, в котором произведены некоторые переделки, представлена на рис. 3. В схеме моста (рис. 1, 2) содержится эталонный воздушный конден- сатор Co, магазин сопротивлений R3, образцовый резистор R4 и магазин емкостей C4. Испытуемый объект обозначен Cx. Равновесие моста уста- 39 навливается с помощью нуль-индикатора НИ, разрядники F1 и F2 защи- щают элементы моста от токов короткого замыкания в случае пробоя ис- пытуемой изоляции. Измерительные цепи экранированы с целью защиты от паразитных емкостных токов, для чего внутренний экран всегда при- соединен к нижней точке моста Д. Корпус прибора (внешняя пунктирная линия) заземлен. Рис. 1 На работу моста сильное влияние оказывают внешние электрические и магнитные поля от соседних высоковольтных сильноточных установок. Чтобы уменьшить ошибки, вызванные помехами, проводят два измерения с поворотом фазы питающего напряжения на 180 градусов, просто перево- рачивая во втором измерении вилку питающего напряжения высоковольт- ной установки. В некоторых условиях внешние электромагнитные влияния могут привести к тому, что измеренный tg δ окажется отрицательным. Фор- мально это соответствует генерированию энергии в изоляции и без учета внешних влияний абсурдно. Чтобы сбалансировать мост в таких условиях, конденсатор C4 в мосте переключают в плечо с резистором R3 переключа- телем Б (внешний вид показан на рис. 4), который устанавливается в по- ложение - tg δ . Величина tg δ при этом вычисляется по формуле , действительной только для положения 1 переключа- 6 4 3 10 − ⋅ = − C R tg ω δ 40 телей А и N. Измерения, сделанные при противоположных фазах испыта- тельного напряжения, содержат ошибки с разными знаками и при усредне- нии частично компенсируются. T1 АИИ-70 высокопотенциальные цепи низкопотенциальные и заземленные цепи НИ T2 ВП Со НП Со Э Сх Э Сх Д R4 R3 C4 F1 F2 к ВН Т2 к Со ВН Рис. 2 Рис. 3 41 ≈220 Р5026 N Б К А С4 µF R3 Ω Разрядники 50 В Нуль- индикатор Рис. 4 Кроме влияния внешних полей на испытуемую изоляцию, возможно влияние и на весьма чувствительные цепи нуль-индикатора, представляю- щего собой резонансный усилитель, настроенный на частоту 50 Гц. Для частичной компенсации влияния предусмотрено переключение выводов нуль-индикатора на 180 О в измерительной диагонали моста, для чего пере- ключатель Б имеет два положения + tg δ , 1 и 2. При проведении измерений возможно измерение при двух полярностях питающего напряжения и при двух положениях переключателя Б, всего четыре измерения. Значения ем- кости изоляции и tg δ при этом определяют через средние значения по всем измерениям: 4 4 3 2 1 C C C C C x + + + = ; 4 4 3 2 1 δ δ δ δ δ tg tg tg tg tg + + + = Расположение ручек управления на панели моста понятно из рис. 4. В левой части расположены окно наблюдения за защитными разрядниками и микроамперметр нуль-индикатора вместе с переключателем его чувстви- тельности и кнопкой контроля напряжения его питания (два элемента 373). Оставшаяся нижняя часть панели занята ручками регулировки элементов R3 и C4. В верхней части находится переключатель плеча R4 «N» (в схеме два образцовых резистора R4), переключатель Б знака tg δ , переключатель пределов измерения на высоком и низком напряжении «А» с блокировоч- ной кнопкой «К», которая предотвращает возможность случайного пере- вода переключателя «А» с положений высокого напряжения (красный цвет) на положения низкого напряжения (черный цвет). Кроме того, име- ется гнездо для подключения шнура питания 220 В и зажимы 50 В для из- мерений на низком напряжении. Выводы для подключения образцового воздушного конденсатора Р5023 (Со), испытуемой изоляции (Сх), а также вывод точки Д моста рас- положены на стороне, обращенной к испытательному полю. 42 Работа с мостом Р5026 производится в следующем порядке. 1. Перед входом на испытательное поле открыть дверцу аппарата АИИ-70 с предохранителями и убедиться в выключенном состоянии высо- ковольтной установки. Открыть дверь ячейки и заземляющей штангой про- верить отсутствие остаточных зарядов на оборудовании. Оставить штангу на проводе высокого напряжения, подключенного к аппарату АИИ-70, и только после этого приступать к соединению необходимых элементов схе- мы. 2. Проверить заземление корпуса аппарата АИИ-70, корпуса моста и стационарного оборудования в ячейке. 3. Для сборки перевернутой схемы необходимо: - провод с обозначением Сх, присоединенный к мосту, соединить с незаземленным электродом объекта; - провод с обозначением Со соединить с низкопотенциальным элек- тродом конденсатора Р5023 (зажим НП); - провода с обозначением Э, а также вывод Д моста присоединить к зажиму заземления конденсатора Р5023; - заземлить высоковольтный вывод ВП конденсатора Р5023; - к зажиму заземления образцового конденсатора Р5023 присоеди- нить высоковольтный вывод аппарата АИИ-70. Собирая схему, необходимо следить за тем, чтобы проводники, ко- торые будут находиться под высоким потенциалом, не касались заземлен- ных предметов и не приближались к ним на расстояние менее 100 мм. В перевернутой схеме под высоким потенциалом будет и корпус образцового конденсатора. 4. Прямую схему следует собирать согласно рис. 1. При этом зажим заземления образцового конденсатора вместе с проводами с обозначением Э и точкой Д моста заземляются, высоковольтный вывод исследуемого объекта и вывод ВП образцового конденсатора присоединяются к аппарату АИИ-70, провод с обозначением Со соединяется с выводом НП образцово- го конденсатора, провод Сх присоединяется к низкопотенциальному выво- ду исследуемого объекта. 5. После сборки схемы снять заземляющую штангу с высоковольтно- го провода и выйти из ячейки, закрыв за собою дверь. 6. Получив разрешение на включение, проверить установку регуля- тора напряжения АИИ-70 в нулевое положение (крайнее положение при вращении против часовой стрелки). 7. Выключатель ЗАЩИТА аппарата АИИ-70 поставить в положение ЧУВСТВИТЕЛЬНАЯ. Подключить к сети шнуры питания АИИ-70 и мос- та. Питание АИИ-70 производится от сети 220 В без устройства защитного отключения. При обращении с сетевым шнуром необходимо иметь в виду, что на входных клеммах аппарата имеются конденсаторы емкостью 0.1 мкФ, которые могут сохранять заряд; не следует прикасаться к электродам 43 сетевой вилки. 8. Закрыть дверцу с предохранителями аппарата АИИ-70. Переклю- чатель 10 кВ – 50 кВ установить в положение 10 кВ. 9. На мосте установить: • ручку ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ - в положение ВЫКЛ; • ручки R3 – в положение 50 Ом; • ручки С4 – в положение 0.001 мкФ; • ручку переключателя Б – в положение + tg δ , 1 или 2; • ручку переключателя А – в положение 3, соответствующее макси- мальной емкости испытуемого объекта. Если известно, что емкость не превышает 10000 пФ, необходимо установить переключатель А в положение 1. 10. Включить автоматический выключатель АИИ-70. Громко преду- предив: «Включаю высокое напряжение!» – нажать кнопку ПУСК над ки- ловольтметром АИИ-70. Плавно вращая рукоятку регулятора напряжения, повысить напряжение до нужного значения. 11. Убедившись в отсутствии тресков, разрядов или шипения коро- ны, включить тумблер СЕТЬ моста. Поскольку при высоковольтном пита- нии моста от сети питается только лампочка подсветки нуль-индикатора, сетевое питание моста включать не обязательно. 12. Установить ручку ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ в такое положение, чтобы можно было замечать изменение показаний нуль-индикатора при регулировке (примерно от 5 мА до 30..40 мА). 13. Если есть необходимость, переключателем А выбрать положение, при котором отклонение стрелки нуль-индикатора будет минимальным. КНОПКУ «К» НЕ НАЖИМАТЬ! 14. Поочередно регулируя R3 и C4 и увеличивая чувствительность нуль-индикатора, установить минимальные показания нуль-индикатора. Обычный вариант уравновешивания моста – нулевые показания при мак- симальной чувствительности. 15. Запишите значения отсчетов R3 и C4, а также положения пере- ключателей моста. По указанию преподавателя проведите измерения при другом положении + tg δ переключателя Б и при другой фазе питающего напряжения. При переключениях необходимо переключатель ЧУВСТВИ- ТЕЛЬНОСТЬ выключать. 16. По окончании измерений выключить питание нуль-индикатора (положение ВЫКЛ переключателя ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ), снизить до нуля напряжение аппарата АИИ-70, отключить его автоматический вы- ключатель и открыть дверцу аппарата с предохранителями, отключив тем самым аппарат от сети. Значения емкости изоляции и tg δ при положении 1 переключателя А вычисляются по формулам: 44 3 4 0 1 0 R R C C x = ; 4 1 0 C tg = δ при положении переключателя N 0.1, 3 4 0 R R C C x = ; 4 C tg = δ при положении переключателя N 1. Значение емкости образцового конденсатора написано на его таб- личке, сопротивление резистора R4 равно 3183 Ом. 3. Задание на измерения 3.1. Измерить значения tg δ предложенных электротехнических изде- лий при напряжениях 3000 В, 5000 В, 7500 В и 10000 В, результаты зане- сти в табл. 1. Измерения произвести при нормальной и перевернутой схе- мах моста. Записать значения Со и R4. На основании полученных результатов построить график зависимо- сти ) ( U f tg = δ . Сделать выводы о состоянии изоляции. Таблица 1 Наименование изде- лия, используемые выводы U, кВ Положение переклю- чателей А Б N R 3 , Ом С 4 , мкФ С х , пФ tg δ 4. Контрольные вопросы Назовите цели и задачи работы. Поясните понятие «диэлектрические потери», дайте определение уг- ла диэлектрических потерь. Объясните схему, принцип действия, устройство используемых ап- паратов и измерительных приборов. Объясните порядок проведения измерений и основные правила безо- пасности. Лабораторная работа № 8 ПРОФИЛАКТИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ ИЗОЛЯЦИОН- НЫХ КОНСТРУКЦИЙ – ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕ- НИЯ И ЕМКОСТИ ИЗОЛЯЦИИ Цель работы – изучение методов контроля изоляции, связанных с измерением ее сопротивлений и емкостей. 1. Основные понятия и количественные характеристики Основное требование к изоляции сводится к отсутствию ее нагрева 45 вместе со свойством не проводить тока при постоянном напряжении. Из- мерение сопротивления изоляции является одним из простейших, но весь- ма эффективных методов контроля состояния изоляции, позволяющих фиксировать один из самых распространенных дефектов изоляции – ее ув- лажнение, приводящее к существенному нагреву при переменном напря- жении из-за увеличения сквозной электропроводности диэлектрика и уве- личения поляризационных потерь. Измерение сопротивления изоляции по- зволяет контролировать как сплошное увлажнение изоляции, так и увлаж- нение только одного из слоев в слоистой изоляции. Контроль величины емкости изоляции позволяет выявлять слоистое увлажнение изоляции. Сопротивлением изоляции называют отношение напряжения, прило- женного к изоляции, к току через сечение изоляции, при приложении по- стоянного напряжения и через 1 мин. после подачи напряжения. Сплошное увлажнение изоляции приводит к снижению ее сопротивления ввиду вы- сокой проводимости влаги, что позволяет по величине сопротивления сра- зу судить о возможном ее увлажнении. Из-за наличия абсорбционных яв- лений ток через изоляцию при приложении постоянного напряжения меня- ется по величине в течение некоторого времени порядка десятков секунд, поэтому сопротивлением изоляции и считают ее сопротивление через 60 с после приложения напряжения. Суть абсорбционных явлений – и одно- временно возможность контроля слоистого увлажнения изоляции – пояс- няет рис. 1, на котором изображена двухслойная изоляция и две равно- правные эквивалентные схемы замещения двухслойной изоляции. При подаче постоянного напряжения сначала происходит резкий ска- чок напряжения от нуля до установившегося значения, при котором ток протекает только по емкостным элементам (рис. 1,б). Распределение на- пряжения определяется емкостями этих элементов. По прошествии неко- торого времени емкостные элементы перестают играть какую-либо роль и распределение напряжения по слоям определяется их омическими сопро- тивлениями. Если величины сопротивлений велики, то перезарядка емко- стных элементов длится достаточно долго, показания мегаомметра в тече- ние некоторого времени (десятки секунд) будут изменяться; хорошая изо- ляция без увлажнения означает достаточно длительный процесс перехода в установившийся режим. При увлажнении одного из слоев перезарядка че- рез один из низкоомных элементов R1 или R2 пройдет достаточно быстро, за время менее 15 с. Если даже второй слой высокоомен (а при переменном напряжении низкоомный слой будет нагреваться емкостными токами вы- сокоомного слоя), то по соотношению сопротивлений, измеренных в раз- ные моменты времени (конкретно – через 60 с, R 60 , и через 15 с, R 15 ), мож- но судить об увлажнении одного из слоев. Таким образом, контролируя величину R 60 , можно судить о наличии 46 сплошного увлажнения изоляции, а по отношению 15 60 R R K абс = , называемо- му коэффициентом абсорбции, можно судить о наличии увлажнения одно- го из слоев изоляции. Более конкретно, если K абс <1.3, то, как это следует из опытных данных, изоляция недопустимо увлажнена. ∆ а) 1 2 2 2 , ε γ 1 1 , ε γ R1 R2 C1 C2 б) R C г C в) r R п C п г) ω ) ( ω ) ( Рис. 1 При измерении сопротивления изоляции принимают во внимание прежде всего абсолютную величину сопротивления R 60 , которая должна быть не меньше нормированного значения, а затем и коэффициент абсорб- ции. Если обе величины не выходят за пределы нормы, то говорят о том, что увлажнения изоляции не обнаружено; если хотя бы одна из величин неудовлетворительна, то делают вывод о недопустимом увлажнении изо- ляции. Для трансформаторов значения сопротивления изоляции, устанав- ливаемые нормами, таковы: трансформаторы с номинальным напряжением обмотки высшего напряжения до 35 кВ при 20 О С – не менее 300 МОм, трансформаторы 110 кВ – не менее 600 МОм. Схемы измерения характе- ристик изоляции, включающие измерение сопротивления изоляции, при- ведены в табл. 1. Таблица 1 Схемы измерения характеристик изоляции трансформаторов Последователь- ность измерений Двухобмоточные Измеряемые Заземляемые обмотки части Трехобмоточные Измеряемые Заземляемые обмотки части 1 НН Бак, ВН НН Бак, СН, ВН 2 ВН Бак, НН СН Бак, НН, ВН 3 (ВН+НН)* Бак ВН Бак, НН, СН 4 - - (ВН+СН)* Бак, НН 5 - - (ВН+СН+НН)* Бак * Измерения обязательны только для трансформаторов мощностью 16000 кВА и более. Поскольку состояние изоляции является очень важным фактором нормального состояния оборудования, для некоторых видов оборудования (например, силовые трансформаторы) контролируют увлажнение изоляции 47 еще и измерением емкости изоляции на двух частотах. Принцип измерения основан на том факте, что емкостное сопротивление двухполюсника по рис. 1,б (или 1,в) зависит и от величин сопротивления резистивных эле- ментов. При неувлажненных слоях высокоомные резистивные элементы практически не сказываются и емкостное сопротивление двухполюсника от частоты не зависит. Лучше всего это видно из рис. 1,в, где при высоко- омном резисторе r дополнительный емкостный элемент практически от- ключен, а при увлажнении на достаточно низких частотах емкостное со- противление дополнительного емкостного элемента становится сравни- мым по величине с сопротивлением r и емкость ∆ С начинает ощущаться. Оказалось, что измерением соотношения емкостей изоляции на частотах 2 Гц и 50 Гц можно также судить о слоистом увлажнении изоляции, причем изоляция считается недопустимо увлажненной, если 3 1 50 2 ≥ C C Более подробное описание приведено в книгах [1], с. 43-48, [3], с. 75- 93, [4], с.165-168, [5], с. 61-180, [7], [8], с. 180-190. |