Реферат испытание изоляции повышенным напряжением

Обновлено: 08.07.2024

Приложение повышенного напряжения к испытываемому оборудованию позволяет выявить дефекты изоляции, которые нельзя обнаружить ни одним другим видом испытаний. Если изоляция испытываемого оборудования выдерживает повышенное напряжение, значительно превышающее номинальное, можно быть уверенным, что изоляция будет выдерживать не только номинальное напряжение, но и возможные при эксплуатации перенапряжения.

Испытание повышенным напряжением является основным и обязательным видом испытания для всех видов изоляции. Однако из-за сложности проведения испытаний допустимо в процессе монтажа не испытывать высоковольтное оборудование повышенным напряжением, если для этого требуется напряжение 100 кВ и более. Испытание повышенным напряжением проводят преимущественно на переменном токе, но некоторые виды оборудования целесообразно испытывать на постоянном токе. Это связано с тем, что для испытания оборудования, обладающего большой емкостью, требуется очень мощная испытательная установка массой в десятки тонн и потребляющая мощность, равную сотням и даже тысячам киловольт-ампер. Кроме того, испытание постоянным током позволяет лучше выявить местные дефекты и использовать дополнительный критерий оценки качества изоляции в виде тока сквозной проводимости (тока утечки), а у электрических машин испытательное напряжение равномерно распределяется вдоль обмотки.
При испытании изоляции переменным током обычно используют источники промышленной частоты (50 Гц). Испытание повышенным напряжением проводят в последнюю очередь, после выполнения всех остальных видов измерений и испытаний, необходимых для данного вида оборудования.
Нельзя проводить испытание повышенным напряжением, если имеются видимые дефекты изоляции, изоляция не отвечает требованиям норм для других видов испытаний, состояние масла маслонаполненных аппаратов не соответствует нормам, а также при увлажнении (органической изоляции) и загрязнении наружной поверхности изоляции испытываемого оборудования.
Испытание повышенным напряжением следует проводить, строго соблюдая требования техники безопасности и, в частности, обеспечивая допустимые изоляционные расстояния от частей, находящихся под испытательным напряжением.

Рис. 142. Схема испытания изоляции повышенным напряжением:
1 — автомат, 2 — регулятор напряжения, 3 — испытательный трансформатор, 4 — кнопка, 5 — трансформатор напряжения, 6 — ограничивающее сопротивление, 7 — разрядник, 8 — вывод к испытываемому оборудованию

Испытание изоляции повышенным напряжением переменного тока.

Эти испытания выполняют по схеме, показанной на рис. 142. Вначале проверяют работу схемы до подключения испытываемого оборудования, плавно поднимая напряжение несколько больше испытательного. Убеждаются в правильной сборке испытательной схемы, нормальной работе регулятора напряжения, измерительных приборов и другого оборудования. Затем снижают напряжение до нуля, отключают испытательную установку и заземляют со стороны высшего напряжения, подключают к ней испытываемое оборудование, снимают заземление и, убедившись, что регулятор напряжения 2 находится в начальном положении, при котором выходное напряжение имеет минимальное значение, включают автомат 1 и плавно поднимают напряжение, подводимое от сети к испытательному трансформатору 3, а следовательно, м к испытываемому оборудованию.
При этом скорость подъема напряжения до 30—40% испытательного не нормируется, а в дальнейшем подъем напряжения должен проводиться со скоростью, не превышающей 2—3%испытательногонапряжения в каждую секунду. Когда будет заданное значение испытательного напряжения на испытываемом оборудовании, его поддерживают в течение времени, достаточного для осмотра всей находящейся под действием испытательного напряжения изоляции. Это время должно составлять 5 мин для гигроскопической изоляции, например бакелитовой, у которой не измерены диэлектрические потери и не определена
степень увлажнения, чтобы можно было оценить потери мощности по степени нагрева после испытания, и 1 мин — для всех остальных видов изоляции и для гигроскопической, у которой были измерены диэлектрические потери и определена степень увлажнения.
Напряжение в данной схеме измеряют вольтметром VI, включенным на стороне низшего напряжения испытательного трансформатора 3 и проградуированным по напряжению на стороне высшего напряжения. Градуировать вольтметр лучше по искровому вольтметру, подключенному к обмотке высшего напряжения испытательного трансформатора.
Следует иметь в виду, что при испытании оборудования с параметрами, отличными от тех, при которых градуировался вольтметр VI, возможны ошибки в оценке подводимого напряжения. Поэтому в испытательной схеме необходимо иметь постоянно включенный искровой вольтметр, расстояние между шарами которого должно быть таким, чтобы пробой между ними наступал при напряжении, немногим больше (порядка 5%) нормированного испытательного напряжения для данного вида оборудования. Таким образом, искровой вольтметр, являясь индикатором предельного напряжения, в данном случае косвенно служит для защиты испытываемого оборудования от пробоя, не позволяя подвести напряжение, превышающее допустимое по нормам.
При испытании оборудования повышенным напряжением переменного тока желательно измерять испытательное напряжение непосредственно со стороны испытываемого объекта, т. е. на стороне обмотки высшего напряжения испытательного трансформатора 3 и вольтметром V2 с трансформатором напряжения 5.
Сопротивление 6 служит для ограничения тока в испытательном трансформаторе и в искровом вольтметре при пробое.
Во время испытания необходимо тщательно наблюдать за испытываемым объектом с безопасного расстояния. В редких случаях, когда при свете трудно судить о поведении изоляции, рекомендуется вести наблюдение в темноте.
После выдержки в течение требуемого времени напряжение постепенно снижают до 30—40% испытательного, после чего скорость снижения напряжения не нормируют и оно может быть снято отключением автомата.
Изоляцию признают пригодной к эксплуатации, если не произошло ее пробоя или перекрытия, не было отмечено нарушения изоляции по показаниям приборов (резкие броски тока или снижение напряжения) или по наблюдениям (выделение дыма и газа, сильные скользящие разряды по поверхности, местные нагревы после снятия с испытываемого объекта испытательного напряжения). Допускаются явления короны на токоведущих частях и элементах изоляции или небольшие частичные разряды по поверхности изоляторов.
Испытательное напряжение зависит от типа испытываемого, оборудования и его номинального напряжения (табл. 12).
Таблица 12 Испытательные напряжения промышленной частоты

* Продолжительность испытаний I мин, а основной изоляции измерительных трансформаторов, выполненной из органических материалов, — 5 мин.
** В знаменателе приведены значения испытательных напряжений для трансформаторов сухих и с облегченной изоляцией.
Продолжение табл. 12

*** В числителе приведены значения испытательных напряжений, прикладываемых между обкладками конденсаторов, а в знаменателе — относительно корпуса.
Мощность S испытательного трансформатора (кВ-А) выбирают исходя из величины испытательного напряжения 11 (кВ) и емкости С испытываемого объекта (пФ)

где 1 — частота испытательного напряжения, Гц. Ожидаемый при испытании ток

Ориентировочные значения емкости одной фазы для некоторых объектов испытания приведены ниже.

Емкость одной фазы, пФ

Вводы трансформаторов и масляных выключателей, кВ:
до 220
выше 220 до 500
Измерительные трансформаторы
Силовые трансформаторы, отдельные трансформаторы напряжения, электродвигатели до
100 кВ-А
Электродвигатели более 100 кВ-А
Турбогенераторы, кВ-А:
15000—150 000
более 150 000

500—800 800—1300 100—1000
1 000—10000 10000—100 000
100 000—300 000 300 000—500 000

Для испытания оборудования повышенным напряжением применяют специальные испытательные трансформаторы НОМ на напряжение 100—500 кВ и номинальные мощности 25—500 кВ-А, предназначенные для испытания подстанционного оборудования, а также трансформаторы ОМ на напряжения 15—35 кВ и номинальные мощности 5—50 кВ-А, предназначенные для испытания вращающихся машин. Номинальный ток испытательного трансформатора

Кроме специальных испытательных трансформаторов для испытания изоляции повышенным напряжением переменного тока используют измерительные трансформаторы напряжения, трансформаторы от маслопробойников и кенотронных аппаратов, силовые трансформаторы.

При включении испытательных трансформаторов в сеть необходимо принять меры, предотвращающие появление высших гармоник, для чего следует подводить к ним не фазовое, а линейное напряжение.
Регулирующие устройства должны обеспечивать плавное регулирование напряжения испытательного трансформатора от 30% до полного испытательного напряжения и не допускать разрыва цепи в процессе регулирования. Наиболее широкое применение получили автотрансформаторные регулировочные устройства, обеспечивающие плавное регулирование напряжения в широких пределах, экономичные и достаточно компактные, позволяющие получать на выходе напряжение, большее напряжения сети. К ним относят лабораторные автотрансформаторы ЛATP-1 и ЛATP-2, вариаторы РНО (однофазные) и РНТ (трехфазные) и различные театральные регуляторы напряжения.

Рис. 143. Испытание изоляторов по частям:
а — одновременное, 6 и в — последовательное
Надежны в работе и также обеспечивают широкие пределы регулирования напряжения индукционные регуляторы, не содержащие скользящих контактов с передвижной короткозамкнутой катушкой (АОСК, АОМК, АТСК и АТМК), с магнитным шунтом (ТПР) и электромашинные регуляторы (потенциал-регуляторы).
При отсутствии трансформатора, обеспечивающего получение необходимого испытательного напряжения, изоляторы можно испытывать по частям. В качестве электродов, к которым подводится напряжение при испытании изоляторов по частям, необходимо использовать металлические элементы составного изолятора (фланцы отдельных элементов каскадных трансформаторов напряжения, арматуру колонок изоляторов, армировку подвесных изоляторов и т. д.). Сплошные изоляторы испытывают по частям при помощи накладных электродов. При массовых испытаниях изоляции по частям полезно пользоваться специальными легко устанавливаемыми (вручную или изолирующими штангами) и снимаемыми приспособлениями, позволяющими быстро подготовлять изолятор к испытанию. При испытании изолятора по частям испытательное напряжение следует увеличить на 10—20%. Прикладываемое к каждой части испытательное напряжение при этом будет равно
где С/исп — испытательное напряжение для всего изолятора, а и—количество частей, на которое был разделен изолятор при испытании.
На рис. 143, а приведена схема испытания изолятора по частям. Одновременно испытывают все части изолятора. Возможно и последовательное испытание отдельных частей изолятора, например, сначала нижней части (рис. 143,6), затем находящейся выше (рис. 143, в) и т. д.

Измерения при испытании оборудования повышенным напряжением.

Эти измерения связаны с рядом трудностей. Применяют два способа измерения напряжения: на стороне низкого и на стороне высокого напряжения испытательного трансформатора. Первый способ значительно проще, но он не обеспечивает достаточной точности измерения, поскольку вольтметр подключают к обмотке низкого напряжения испытательного трансформатора, а градуируют по обмотке высокого напряжения, исходя из коэффициента трансформации трансформатора на холостом ходу, или при номинальной нагрузке. Ошибка в измерении будет тем больше, чем больше нагрузка на трансформатор при испытании данного объекта отличается от нагрузки, которая была при градуировке вольтметра. Надо отметить, что погрешность измерения может быть как в сторону завышения, так и в сторону занижения показаний вольтметра по сравнению с действительным испытательным напряжением. Учитывая, что точность измерения напряжения при испытании повышенным напряжением допускается сравнительно невысокая (погрешность 5—10%), а также учитывая простоту и безопасность измерения напряжения первым способом, этот способ получил наибольшее распространение, особенно при испытаниях отдельных изоляторов, ячеек КРУ, электрических машин небольшой мощности, а также испытаниях выпрямленным напряжением.
При испытаниях особенно важных объектов, например мощных генераторов, двигателей, трансформаторов, имеющих значительную электрическую емкость, напряжение нужно измерить со стороны испытываемого объекта. При этом возможно непосредственное включение вольтметра на полное испытательное напряжение (рис. 146, а), через добавочное сопротивление или делитель напряжения на активных сопротивлениях (рис. 146, б), через емкостные делители (рис. 146, в), через трансформаторы напряжения (рис. 146, г) и на часть высоковольтной обмотки испытательного трансформатора (рис. 146, д).
Наиболее простым, надежным и достаточно точным прибором (погрешность 2—3%) является искровой вольтметр, представляющий собой шаровой разрядник. Имеются таблицы, по которым зная диаметры шаров, расстояние между ними, род тока испытательного напряжения и схему включения (симметричная или несимметричная при одном заземленном шаре), можно определить пробивное напряжение при нормальных условиях (давление воздуха 760 мм рт. ст. и температура 20°С). При пусконаладочных работах искровые вольтметры используют для градуировки вольтметров, включаемых со стороны низковольтной обмотки испытательного трансформатора, и для защиты от случайных перенапряжений в процессе испытания особо ответственного и дорого- поящего оборудования, например генераторов.
Для наладочных работ удобен искровой вольтметр с двумя полированными латунными шарами диаметром 6,5 см, установленными на двух бакелитовых стойках, одна из которых жестко прикреплена к основанию, а другая может перемещаться по направляющим. Расстояние между шарами, соответствующее заданному напряжению (для защиты оборудования это напряжение должно быть на 5—10% больше испытательного), устанавливается микрометрическим винтом по шкале, градуированной в киловольтах или миллиметрах.
Последовательно с шарами разрядника включают сопротивление (активное от нескольких килоом до нескольких десятков килоом), которое служит для ограничения тока при пробое шарового разрядника (вольтметра) и защиты испытательного трансформатора от перегрузки и поверхности шаров от действия дуги.
Для испытаний применяют также электростатические вольтметры С-95 на напряжение до 3 кВ и С-96 на напряжение до 30 кВ. Они обеспечивают высокую точность измерения испытательного напряжения и могут быть применены при испытании ответственного оборудования и для градуировки вольтметров, включаемых со стороны низковольтной обмотки испытательного трансформатора. Если испытательное напряжение не превышает пределов измерения, на которые рассчитаны электростатические вольтметры, к ним может быть подведено полное испытательное напряжение. При измерении более высоких напряжений электростатические вольтметры удобно применять вместе с емкостными делителями напряжения.
При отсутствии емкостных делителей напряжения промышленного изготовления их можно собрать на месте, например из подвесных изоляторов. Для этого собирают гирлянду с числом изоляторов, соответствующим испытательному напряжению (2—3 на 35 кВ, 6—7 на 110 кВ, 14—15 на 220 кВ и 28—30 последовательно, а вторичные — параллельно подвешивают на заземленную конструкцию (например, портал ОРУ) и градуируют вольтметр, подключенный параллельно последнему подвесному изолятору, примыкающему к заземленной конструкции, на которую подвешена гирлянда. на 500 кВ),

Рис. 147. Схемы включения трансформаторов напряжения при испытании оборудования повышенным напряжением переменного тока: а — первичные и вторичные обметки соединены последовательно, бив — только первичные обмотки соединены последовательно, г — первичные обмотки соединены Градуировать вольтметр лучше по искровому вольтметру, подключенному параллельно всей гирлянде, подводя к ней напряжение от испытательного трансформатора. Градуировку можно выполнять при пониженном напряжении.

Рис. 148. Установка для испытания повышенным напряжением переменного тока вторичной коммутации
При включении обычных вольтметров через трансформаторы напряжения (рис. 147), если испытательное напряжение значительно превышает номинальное измерительных трансформаторов, допускается применение одинаковых трансформаторов напряжения с последовательно соединенными первичными обмотками. Вольтметры можно подключать к последовательно соединенным вторичным обмоткам (рис. 147, а), к каждой вторичной обмотке (рис. 147, б), только к одной вторичной обмотке (рис. 147, в) или к двум вторичным обмоткам, включенным параллельно (рис. 147, г). Напряжения 11 х определяются: для схемы (см. рис. 147, а) — Ux= Uvti*, для схемы (см. рис. 147, б) — Ux=> = UvinB+Uv2nH, для схем (см. рис. 147, в и г) — Ux=2UvnB (пн — коэффициент трансформации трансформатора напряжения).
Надо отметить, что не все из этих схем равноценны. Лучшей следует считать схему, показанную на рис. 147, г, а худшей — показанную на рис. 147, в. Недостатком схем (см. рис. 147, а, б, в) является то, что при различном сопротивлении холостого хода трансформаторов напряжения на каждом из них будет различное напряжение, что можно обнаружить по показаниям вольтметров VI и V2 (см. рис. 147, б). Это может привести к тому, что один и I трансформаторов будет находиться под повышенным напряжением, а другой — под пониженным, а следовательно, возможна ошибка измерения и перегрузка одного трансформатора.

Контрольные вопросы
Какие элементы входят в схему замещения изоляции и какое свойство диэлектрика характеризует каждый из этих элементов?
Какие методы испытаний и приборы используют для определения степени увлажнения изоляции?
Почему испытание повышенным напряжением считается основным видом испытания диэлектриков?
Как испытывают изоляцию повышенным напряжением переменного тока?
В каких случаях целесообразно испытывать изоляцию повышенным напряжением постоянного тока?
Каково устройство установки АИИ-70 и как на ней работают при испытании изоляции повышенным напряжением переменного и постоянного тока?
Дайте краткую характеристику основным способам измерения испытательного напряжения.
Для чего применяют шаровые разрядники при испытании оборудования повышенным напряжением?

Характеристика видов воздействия на изоляцию, дефекты и механизмы их возникновения. Основные виды профилактических испытаний и методов контроля. Методика выявления повреждений в силовых трансформаторах по результатам анализа растворенных в масле газов.

Рубрика	Транспорт
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	18.01.2009
Размер файла	108,5 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Дисциплина: "Техника высоких напряжений"

Тема: "Испытания и измерение сопротивления и ёмкости изоляции в отрасли железных дорог"

студент группы ЭНС-04-2

д-р техн. наук, профессор

1. Дефекты изоляции и механизмы их возникновения

2. Основные виды профилактических испытаний изоляции

3. Контроль сопротивления изоляции

4. Контроль ёмкости изоляции

5. Хроматографический анализ масла

Введение

В процессе эксплуатации изоляции на нее воздействуют частичные разряды, тепловые и механические нагрузки, из окружающего воздуха проникает влага. Все это приводит к появлению сосредоточенных и распределенных дефектов изоляции.

Методы контроля состояния изоляции подразделяются на неразрушающие методы, производимые при пониженных напряжениях и при рабочих напряжениях, и на разрушающие методы контроля, предполагающие использование напряжений, повышенных по сравнению с рабочими.

1. Дефекты изоляции и механизмы их возникновения

Повторюсь, что в процессе эксплуатации на изоляцию воздействуют электрические, механические и тепловые нагрузки, вызывающие постепенное ухудшение ее свойств, связанное с уменьшением сопротивления изоляции, ростом диэлектрических потерь, снижением электрической прочности. Процесс ухудшения свойств называют старением изоляции. Эти изменения носят, как правило, необратимый характер и завершаются пробоем изоляции, что ограничивает сроки службы изоляционных конструкций.

Различают четыре основных вида воздействия на изоляцию и четыре процесса старения изоляции:

· электрические нагрузки, связанные с возможной ионизацией при большой напряженности электрического поля - электрическое старение изоляции;

· тепловые нагрузки, приводящие постепенному разложению или появлению трещин в изоляции - тепловое старение изоляции;

· механические нагрузки, связанные с возникновением и развитием трещин в твердой изоляции - механическое старение;

· проникновение влаги из окружающей среды - увлажнение изоляции.

Возникающие в изоляции дефекты подразделяются на сосредоточенные (трещины, газовые включения, эрозия, увлажнение небольшого объема изоляции) и распределенные, охватывающие значительный объем или поверхность изоляции.

Электрическое старение твердой изоляции происходит из-за возникновения разрядных процессов в толще изоляции. Электрическое старение может иметь место при средней напряженности электрического поля на промежутке, много меньшей (в 5..20 раз) кратковременной электрической прочности изоляции. С увеличением напряжения темпы электрического старения возрастают. Основной причиной электрического старения внутренней изоляции являются частичные разряды, то есть такие разрядные процессы в изоляции, которые распространяются лишь на часть изоляционного промежутка. Они возникают в ослабленных местах изоляции: в газовых включениях, в местах резкого усиления напряженности поля. Наибольшую опасность представляют частичные разряды в газовых включениях, так как они возникают при меньших напряжениях, чем разряды в жидких или твердых компонентах твердой изоляции. Последнее обстоятельство связано с меньшей диэлектрической проницаемостью газового промежутка и соответственно большей напряженностью электрического поля в нем, а также с малой электрической прочностью газа по сравнению с твердой или жидкой изоляцией.

Закономерности развития частичных разрядов можно проиллюстрировать схемой замещения, изображенной на рис. 1, где изображен газовый пузырь в твердой изоляции и схема замещения изоляции.

Рис. 1. Схема развития частичных разрядов в газовом включении

На рис. 1 C_в - емкость газового включения, С_т - емкость части изоляции, включенной последовательно с газовым включением, C_а - емкость оставшегося массива изоляции. При подаче на изоляцию переменного напряжения на воздушном включении также будет изменяющееся во времени напряжение, определяемое емкостным делителем:

и при достижении этим напряжением пробивного напряжения газового включения U_в-пр происходит пробой газового включения с резким снижением напряжения на нем до уровня напряжения гашения U_в-г, которое меньше пробивного напряжения. После этого, если напряжение на всей изоляции продолжает возрастать, то снова начинается рост напряжения и на газовом включении и может произойти новый пробой, то есть в газовом включении происходят многократные пробои промежутка. Графическое изображение зависимости напряжений от времени показаны на рис. 2 при условии подачи напряжения в нулевой момент времени.

Рис. 2. Зависимость напряжений от времени при частичных разрядах

Под действием частичных разрядов происходит постепенное разрушение микрообъемов изоляции, размеры газового включения растут в направлении электрического поля, и этот процесс завершается пробоем изоляции.

При постоянном напряжении интенсивность частичных разрядов существенно слабее, поскольку заряжение емкости газового включения C_в происходит за счет токов утечки через изоляцию, которые обычно много меньше емкостных токов.

Эффективным средством борьбы с частичными разрядами является пропитка изоляции. Замена воздуха жидким диэлектриком с диэлектрической проницаемостью ?_r>1 увеличивает емкость C_в, снижая напряжение на воздушном включении; кроме того, электрическая прочность жидкого диэлектрика существенно больше электрической прочности газа.

Тепловое старение внутренней изоляции возникает за счет ускорения различных химических реакций при рабочих температурах изоляции, обычно лежащих в пределах от 60 о С до 130 о С. Химические реакции приводят к постепенному изменению структуры и свойств материалов и к ухудшению изоляции в целом.

Для твердой изоляции наиболее характерным является постепенное снижение механической прочности в процессе теплового старения, что приводит к повреждению изоляции под действием механических нагрузок и затем к ее пробою. В жидких диэлектриках продукты разложения загрязняют изоляцию и снижают ее электрическую прочность. Для органической изоляции повышение температуры на 10 о С снижает срок службы изоляции вдвое; в сложной изоляции силовых трансформаторов процесс теплового старения протекает быстрее, чем по десятиградусному правилу.

Старение изоляции возникает и при механических нагрузках на твердую изоляцию. Сущность этого вида старения заключается в том, что в напряженном материале возникает упорядоченное движение локальных микродефектов, и за счет этого образуются и постепенно увеличиваются в размерах микротрещины. При действии сильных электрических полей в микротрещинах возникают частичные разряды, ускоряющие разрушение изоляции.

Увлажнение изоляции может рассматриваться как одна из форм старения изоляции. Влага проникает в изоляцию главным образом из окружающего воздуха. При этом происходит уменьшение сопротивления изоляции, рост диэлектрических потерь, связанный с дополнительным нагревом изоляции и ускоряющий тепловое старение изоляции. Неравномерное увлажнение, кроме того, приводит к искажению электрического поля и снижает пробивное напряжение изоляции.

Увлажнение - процесс в принципе обратимый, влага может быть удалена из изоляции сушкой. Однако сушка крупногабаритных конструкций требует вывода оборудования из строя на длительное время, а в ряде случаев извлечение влаги из изоляции затруднено или невозможно, например, практически не поддается сушке бумажно-масляная изоляция кабелей, вводов и другого оборудования.

Для снижения увлажнения применяют герметизацию конструкций, воздухоосушители, гибкие диафрагмы и другие методы.

2. Основные виды профилактических испытаний изоляции

Перечисленные выше механизмы старения изоляции не исчерпывают все воздействующие на изоляцию факторы. Дополнительно на изоляцию воздействуют загрязнения, внешний перегрев, перенапряжения, короткие замыкания. Влияние этих факторов на характеристики изоляции представлено в табл. 1.

Испытание изоляции электрооборудования повышенным напряжением

Испытания изоляции повышенным напряжением производятся для обнаружения сосредоточенных дефектов в изоляции электрооборудования, не выявленных в предварительных испытаниях из-за недостаточного уровня напряженности электрического поля. Испытание повышенным напряжением является основным испытанием, после которого выносится окончательное суждение о возможности нормальной работы оборудования в условиях эксплуатации.
Испытание повышенным напряжением обязательно для электрооборудования напряжением 35 кВ и ниже, а при наличии испытательных устройств - и для оборудования напряжением выше 35 кВ, за исключением случаев, оговоренных нормами.
Изоляторы и оборудование с номинальным напряжением, превышающим номинальное напряжение установки, в которой они эксплуатируются, могут испытываться повышенным напряжением по нормам, установленным для класса изоляции данной установки.
Установленный уровень испытательных напряжений соответствует пробивным напряжениям изоляции при наличии в них сосредоточенных дефектов.
Уровень испытательных напряжений электрооборудования при вводе его в эксплуатацию ниже заводских испытательных напряжений и составляет 0,9•Uисп.зав. Это объясняется тем, что в процессе испытаний нецелесообразно развивать незначительные, не влияющие на нормальную работу дефекты до опасных, которые, уменьшая электрическую прочность, могут проявиться в процессе эксплуатации.
В качестве испытательного обычно используется напряжение промышленной частоты 50 Гц. Время продолжительности приложения испытательного напряжения ограничивается во избежание появления дефектов в изоляции и преждевременного старения ее от 1 мин до 5 мин.
При испытании изоляции крупных электрических машин, тяг выключателей, разрядников, силовых кабелей напряжением свыше 1 кВ в качестве испытательного используется выпрямленное напряжение.
Основным недостатком испытания выпрямленным напряжением является неравномерное распределение напряжения по толщине изоляции (из-за неоднородности) в зависимости от проводимости отдельных частей ее.

Однако испытание выпрямленным напряжением имеет и преимущества:
1.Выпрямленное напряжение менее опасно для изоляции (пробивное выпрямленное напряжение выше, чем переменное, в среднем в 1.5 раза).
2. У машин распределение напряжения вдоль изоляции обмотки более равномерно при выпрямленном напряжении, благодаря чему одинаково испытываются низовые и лобовые части ее.
3. Требуемая мощность выпрямительных установок высокого напряжения значительно меньше, чем установок переменного напряжения, благодаря чему передвижные установки всегда менее громоздки и поэтому более портативны и представляется возможным проводить испытание объектов с большой емкостью (кабелей конденсаторов и др.).
Кроме того, при таких испытаниях имеется возможность измерения токов утечки, являющихся дополнительным критерием оценки состояния изоляции. Испытания изоляции выпрямленным напряжением более продолжительны, чем испытания переменным напряжением, и составляют от 10 до 20 мин.
В тех случаях, когда испытание изоляции производится как переменным, так и выпрямленным напряжением, испытание выпрямленным напряжением должно предшествовать испытанию переменным напряжением.
Испытание изоляции электрооборудования повышенным напряжением проводится после предварительного осмотра и проверки состояния изоляции с помощью мегаомметра и других косвенных дополнительных методов (измерения tgδ, ΔС/С, С2/С50) при положительных результатах этой проверки. Испытательное напряжение и продолжительность испытания для каждого вида оборудования определяется установленными нормами.

Испытания повышенным напряжением в общем случае проводятся по схеме представленной на рис. 1.1.
Скорость повышения напряжения до одной трети испытательного значения может быть произвольной, в дальнейшем испытательное напряжение следует повышать плавно, со скоростью, допускающей визуальный отсчет на измерительных приборах. После установленной продолжительности испытания напряжение плавно снижается до значения, не превышающего одной трети испытательного, и отключается. Резкое снятие напряжения допускается только в случаях обеспечения безопасности людей или сохранности электрооборудования.
Для предотвращения недопустимых перенапряжений при испытаниях (из-за высших гармонических составляющих в кривой испытательного напряжения) испытательная установка должна быть включена по возможности на линейное напряжение сети (наиболее опасная третья гармоника в линейном напряжении отсутствует).
Испытательное напряжение как правило измеряют на стороне низкого напряжения. Исключения составляют ответственные испытания изоляции генераторов, крупных электродвигателей и т. д.

Рис. 1.1. Схема испытания изоляции электрооборудования повышенным напряжением переменного тока.
1 - автоматический выключатель; 2 - регулировочная колонка; 3, 10 - вольтметр; 4 - амперметр для измерения тока на стороне низкого напряжения; 5 - трансформатор испытательный; 6 - миллиамперметр для измерения тока утечки испытуемой изоляции; 7 - кнопка, шунтирующая милиамперметр для его защиты от перегрузки; 8 - трансформатор напряжения; 9 - резистор для ограничения тока в испытательном трансформаторе при пробоях в испытуемой изоляции (1-2 Ом на 1 В испытательного напряжения); 11 - то же для ограничения коммутационных перенапряжений на испытуемой изоляции при пробое разрядника (1 Ом на 1 В испытательного напряжения); 12- разрядник; 13 - испытуемый объект.

Существенное влияние на испытания может оказывать емкость испытываемого объекта. Так для объектов с большой емкостью испытательное напряжение может превышать нормированное из-за емкостной вольтодобавки. Также емкость оказывает существенное влияние на выбор мощности испытательной установки, которая определяется

где С - емкость испытываемой изоляции, пФ; Uисп - испытательное напряжение, кВ; ω - угловая частота испытательного напряжения (ω = 2πf).
Ориентировочная емкость некоторых объектов испытания приведена в табл. 1.1.
Мощность испытательной установки корректируется с учетом номинального напряжения испытательного трансформатора

Таблица 1.1. Ориентировочная емкость электрооборудования

Емкость одной фазы, пФ

Турбогенераторы мощностью, Мвт
от 15 до 150
от 150 до 300

Силовые трансформаторы (обмотки низкого напряжения)

Электрические двигатели мощностью, кВ А
до 100
свыше 100

Вводы трансформаторов и масляных выключателей напряжением, кВ
до 220
от 330 до 500

Трансформаторы напряжения и тока

Рис. 1.2. Схемы удвоения испытательного напряжения.
ИПТ - изолирующий промежуточный трансформатор; НОМ - трансформатор напряжения однофазный; а)испытываемая изоляция изолированы от корпуса.

В случае, если необходимая мощность для испытания превышает мощность имеющихся в наличии трансформаторов прибегают к снижению ее за счет компенсации емкостного тока нагрузки испытываемой изоляции. Компенсация осуществляется индуктивностью (дугогасящий реактор, специально изготовленный дроссель), подключаемой параллельно испытываемой изоляции.
Если номинальное напряжение испытательной установки меньше необходимого нормированного испытательного напряжения, то используют схемы последовательного включения двух испытательных трансформаторов (или измерительных трансформаторов напряжения). Возможные схемы включения представлены на рис. 1.2. При использовании трансформаторов напряжения НОМ допускается повышение напряжения на первичной обмотке измерительного трансформатора до 150-170% от номинального напряжения.
Для защиты от случайных опасных повышений напряжения в испытательных установках предусматриваются защитные разрядники. Разрядник представляет собой два латунных шара диаметром до 10 см, смонтированных на бакелитовых стойках. Один шар закреплен неподвижно, а второй может перемещаться по направляющим основания. В зависимости от необходимого напряжения пробоя с помощью микрометрического винта устанавливается расстояние между шарами. Напряжение пробоя воздушного промежутка между шарами не должно превышать 10-15% от величины нормированного испытательного напряжения.
Для предохранения поверхности шаров от сгорания при пробоях, последовательно с ними включается безиндукционные резисторы (фарфоровые или стеклянные, заполненные водой) 2-20 кОм.
При проведении испытаний необходимо исключить возможность перекрытия по воздуху изоляции на заземленные части испытываемого объекта и частей, находящихся под рабочим напряжением (см. табл. 1.2).

Таблица 1.2. Минимально допустимые расстояния по воздуху при испытаниях

Испытательное
напряжение, кВ

до заземленных
частей

до частей установки, находящихся под напряжением, кВ

Для испытания изоляции выпрямленным напряжением, как правило, применяется схема однополупериодного выпрямления (рис. 1.3).

Рис. 1.3. Схема испытания изоляции электрооборудования выпрямленным напряжением.
1 - автоматический выключатель; 2 - регулировочная колонка; 3 - вольтметр; 4-испытательный трансформатор; 5 - выпрямитель; 6 - миллиамперметр для измерения тока утечки испытуемой изоляции; 7 - кнопка, шунтирующая милиамперметр для его защиты от перегрузки; 8 - ограничительный резистор; 9 - испытуемый объект.

Порядок проведения испытаний аналогичный испытаниям на переменном токе, кроме того дополнительно должен проводиться контроль за током утечки.
Нагрузка испытательного трансформатора незначительна, т. к. она определяется потерями в сопротивлении изоляции постоянному току, поэтому при испытаниях можно использовать измерительный трансформатор напряжения. Измерение испытательного напряжения осуществляется, как правило, на стороне низкого напряжения испытательного трансформатора. Поэтому, при замерах необходимо учитывать коэффициент трансформации трансформатора, а окончательный результат умножить на J2 (т. к. выпрямленное напряжение определяется амплитудным значением, а вольтметр фиксирует эффективное значение приложенного напряжения).
После испытания выпрямленным напряжением необходимо особенно тщательно разрядить объект испытания. Для снятия заряда с объекта испытания используются заземляющие штанги, в электрическую цепь которых включается сопротивление 5-50 кОм. В качестве последних для объектов, обладающих большой емкостью, применяют наполненные водой резиновые трубки. После разряда объекта испытания он должен быть наглухо заземлен.

Установка АИИ-70, предназначена для испытания элегической прочности изоляции элементов электроустановок, в т.ч. силовых кабелей и жидких диэлектриков (трансформаторного масла) постоянным (выпрямленным) или переменным током высокого напряжения. Выпрямленное высокое напряжение - 70 кВ, переменное высокое - 50 кВ. Напряжение питающей сети 127, 220 В. Наибольший выпрямленный ток - 5 мА; выходная одноминутная мощность высоковольтного трансформатора 2 кВА. Время работы под нагрузкой (с кенотронной приставкой) - 10 мин.; интервал между включениями - 3 мин.; масса - 175 кг. В анодную сеть кенотрона включен блок микроамперметра с пределами измерения 200, 1000 и 5000 мкА. Испытательное напряжение измеряется вольтметром, включенным с низкой стороны трансформатора и проградуированным для эффективных значений (до 50 кВ) и максимальных значений (до 70 кВ). В кенотронный аппарат встроена защита (чувствительная и более грубая) от к.з. на стороне высокого напряжения. В комплект аппарата входят заземляющая штанга, предназначенная для снятия емкостного заряда с испытуемого объекта и его глухого заземления.
Установки АИМ-80 обеспечивает получение испытательного напряжения до 80 кВ.
В настоящее время применяются установки, в которых вместо кенотрона используются полупроводниковые высоковольтные выпрямители типа ВВК-0,05/140, ВВК-05/200 и др. Установка ВВК-0,05/140 имеет следующие технические характеристИки: максимальное выпрямленное напряжение - 70 кВ; максимальный выпрямленный ток 50 мА; максимальное обратное напряжение - 140 кВ. Габаритные размеры - диаметр 130 мм, высота 440 мм, масса 6 кг. Установка представляет собой набор диодов Д-1008 (10 кВ, 50 мА), зашунтированных конденсатором ПОВ (15 кВ) и помещенных в трубку из изоляционного материала.
Универсальный аппарат ВЧФ-4-3 предназначен для испытания электрической прочности витковой изоляции обмоток электрических машин переменного и постоянного тока мощностью 0,1 - 100 кВт и больше; обмоток роторов турбогенераторов; полюсных катушек синхронных генераторов и машин постоянного тока; обмоток силовых трансформаторов 1, 11, Ш габаритов; обмоток трансформаторов тока. Напряжение питания 220 В, потребляемая мощность до 800 ВА; выходное (регулируемое) напряжение 3000 В.
Передвижные электротехнические лаборатории на базе автошасси ГАЗ-51 (старые модели) ЭТЛ-10М предназначены для измерений и испытаний при приеме в эксплуатацию и при профилактическом обслуживании электроустановок напряжением до 10 кВ включительно, а также для сушки трансформаторного масла и электросварочных работ.

ЭТЛ-35-02 на базе автошасси ГАЗ-66 предназначены для проведения полного комплекса измерительных и испытательных работ на оборудовании подстанций 35/10 кВ мощностью до б300 кВА и электростанций, воздушных и кабельных линий до 35 кВ, а также для определения мест повреждения в кабельных линиях напряжением до 10 кВ.
Более современная из вышеперечисленных установок является лаборатория ЛВИ2Г, возможности и технические характеристики которой аналогичны передвижной лаборатории ЭТЛ-35-02.
В состав передвижных лабораторий входят прожигательные установки ПКЛС-10, ПГУ.

Сопротивление изоляции является важной характеристикой состояния изоляции электрооборудования. Поэтому измерение сопротивления производится при всех проверках состояния изоляции.
Сопротивление изоляции измеряется мегаомметром. Широкое применение нашли электронные мегаомметры типа Ф4101, Ф4102 на напряжение 100, 500 и 1000 В. В наладочной и эксплуатационной практике до настоящего времени находят применение мегаомметры типов М4100/1 - М4100/5 и МС-05 на напряжение 100, 250, 500, 1000 и 2500 В. Погрешность прибора Ф4101 не превышает ±2,5%, а приборов типа М4100 - до 1% длины рабочей части шкалы. Питание прибора Ф4101 осуществляется от сети переменного тока 127-220 В или от источника постоянного тока 12 В. Питание приборов типа М4100 осуществляется от встроенных генераторов.
Измерение изоляции осуществляется по схемам рис. 1.4.
В случае, если результат измерения может быть искажен поверхностными токами утечки, на изоляцию объекта измерения накладывается электрод, присоединяемый к зажиму Э (экран) для исключения возможности прохождения токов утечки через рамку логометра, используемого в приборах в качестве измерительного органа. При измерении сопротивления изоляции кабеля таким экраном может служить металлическая оболочка кабеля.
Перед началом измерения прибор необходимо проверить замыканием зажимов З и Л накоротко. Прибор должен показывать сопротивление 0, а при удаленной закоротке – сопротивление равно бесконечности. Непосредственно перед измерением объект измерения должен быть заземлен на 2 - 3 мин для снятия остаточных зарядов.
При измерении абсолютного значения сопротивления изоляции электрооборудования ее токоведущая часть присоединяется проводами с усиленной изоляцией (типа ПВЛ) к выводу Л мегаомметра. Вывод 3 и корпус или конструкции, относительно которых производится измерение, надежно заземляют через общий контур заземления. Сопротивление изоляции определяется показанием стрелки мегаомметра, установившейся по истечении 60 с после подачи нормального напряжения.

Рис. 1.4. Схемы измерения мегаомметром сопротивления изоляции 1. а - относительно земли; б - между токоведущими (стержнями); в - между токоведущими жилами при исключении влияния токов утечки.

Значение сопротивления изоляции в большой степени зависит от температуры.
Измерение следует производить при температуре изоляции не ниже +5°С, кроме случаев, оговоренных специально.

Изоляция электрооборудования в общем случае может быть представлена эквивалентной схемой замещения (рис. 1.5,а). Ток, протекающий в изоляции (диэлектрике) под действием приложенного напряжения, представляется на векторной диаграмме (рис. 1.5,6) активной 1А и емкостной 1С составляющими. Потери мощности в изоляции (диэлектрические потери) существенно зависят от состояния изоляции и определяются: Р = U•IA = U•I•cosφ = U•IC•tgδ = C•U2•tgδ. Таким образом потери мощности Р пропорциональны tgδ (тангенсу угла диэлектрических потерь). Измерение tgδ используют для оценки состояния изоляции независимо от массогабаритных характеристик последней. Чем больше tgδ тем больше диэлектрические потери, тем хуже состояние изоляции.
На практике tgδ измеряют в процентах.
Значение tgδ нормируется для электрооборудования и зависит от температуры и величины прикладываемого напряжения. Измерение tgδ следует производить при температуре не ниже +10°С. Для приведения измеренных значений tgδ к необходимой температуре (например, температуре при измерениях на заводе) используют поправочные коэффициенты.
Измерение tgδ производится мостами P5026, МД-16 и P595 на высоком (3 - 10 кВ) и низком напряжении. Для тангенса угла диэлектрических потерь справедливо отношение: tgδ = RХ/ХСХ = ω•RХ•СХ (см. рис. 1.5). При равновесии моста имеет место равенство: ω•Rх•Cх = ω•R4•C4 (см. рис. 1.6). Таким образом измеряемый tgδ пропорционален изменяющейся для уравновешивания моста емкости С4. На этом основан принцип измерения tgδ указанными выше мостами. В табл. 1.3 представлены пределы измерения мостов.

Рис. 1.5. Эквивалентная схема замещения диэлектрика.
а - схема замещения диэлектрика; б - векторная диаграмма.

Таблица 1.3. Пределы измерения емкости измерительных мостов

Изоляция - это слой диэлектрика, которым покрывают поверхность токоведущих элементов, или конструкция из непроводящего материала, с помощью которой токоведущие части отделяются от остальных частей электрооборудования. Выделяют следующие виды изоляции: рабочая — электрическая изоляция токоведущих частей электроустановки, обеспечивающая ее нормальную работу и защиту от поражения электрическим током; дополнительная — электрическая изоляция, предусмотренная дополнительно к рабочей изоляции для защиты от поражения электрическим током в случае повреждения рабочей изоляции; двойная — изоляция, состоящая из рабочей и дополнительной изоляции;

Прикрепленные файлы: 1 файл

19 Объясните виды и сущность контроля изоляции в электрических сетях.doc

19. Объясните виды и сущность контроля изоляции в электрических сетях.

рабочая — электрическая изоляция токоведущих частей электроустановки, обеспечивающая ее нормальную работу и защиту от поражения электрическим током;
дополнительная — электрическая изоляция, предусмотренная дополнительно к рабочей изоляции для защиты от поражения электрическим током в случае повреждения рабочей изоляции;
двойная — изоляция, состоящая из рабочей и дополнительной изоляции;
усиленная — улучшенная рабочая изоляция, которая обеспечивает такую же защиту от поражения электрическим током, как и двойная изоляция;
сопротивление изоляции должно быть не менее 0.5 МОм.

Для контроля применяют:

1. Измерение в отключенной установке один раз в год, а также вне очереди при обнаружения дефектов и после ремонта.

2. Испытание повышенным напряжением в отключенной установке, т.е. испытывают эл. прочность изоляции (способность выдерживать рабочее напряжение) и выявляют дефекты.

в течении 1 минуты

3. Непрерывный контроль и измерение без отключения рабочего напряжения.

а) Метод 3-х вольтметров.

В сеть между каждой фазой и землей включают вольтметры с большим омическим сопротивлением. Способ наиболее простой, но имеет недостатки:

· схема не реагирует на симметричное снижение всех фаз;

· на показания вольтметров оказывают влияние емкостные составляющие сопротивлений изоляции.

б) Метод наложения оперативного тока на рабочий.

Ток утечки зависит от состояния изоляции

Преимущества: схема реагирует на симметричное и несимметричное снижение ; имеется сигнализация о предельно – допустимом снижении ; входное сопротивление схемы высокое, что обеспечивает надежность.

Испытания изоляции повышенным напряжением позволяют выявить локальные дефекты, не обнаруживаемые иными методами кроме того, такой метод испытаний является прямым способом контроля способности изоляции выдерживать воздействия перенапряжений и дает определенную уверенность в качестве изоляции. К изоляции прикладывается испытательное напряжение, превышающее рабочее напряжение, и нормальная изоляция выдерживает испытания, а дефектная пробивается.

При профилактических или послеремонтных испытаниях проверяется способность изоляции проработать без отказа до следующих очередных испытаний. Контроль изоляции повышенным напряжением дает только косвенную оценку длительной электрической прочности изоляции и основная его задача - проверка отсутствия грубых сосредоточенных дефектов.

Испытательные напряжения для нового оборудования на заводах-изготовителях определяется ГОСТ 1516.2-97, а при профилактических испытаниях величины испытательных напряжений принимаются на 10 – 15 % ниже заводских норм. Этим снижением учитывается старение изоляции и ослабляется опасность накопления дефектов, возникающих при испытаниях.

Контроль изоляции повышенным напряжением в условиях эксплуатации проводится для некоторых видов оборудования (вращающиеся машины, силовые кабели) с номинальным напряжением не выше 35 кВ, поскольку при более высоких напряжениях испытательные установки слишком громоздки.

При испытаниях повышенным напряжением используются три основных вида испытательных напряжений: повышенное напряжение промышленной частоты, выпрямленное постоянное напряжение и импульсное испытательное напряжение (стандартные грозовые импульсы).

Основным видом испытательного напряжения является напряжение промышленной частоты. Время приложения такого напряжения - 1 мин и изоляция считается выдержавшей испытания, если за это время не наблюдалось пробоя или частичных повреждений изоляции. В некоторых случаях проводят испытания напряжением повышенной частоты (обычно 100 или 250 Гц).

При большой емкости испытуемой изоляции (при испытании кабелей, конденсаторов) требуется применение испытательной аппаратуры большой мощности, поэтому такие объекты чаще всего испытываются повышенным постоянным напряжением. Как правило, при постоянном напряжении диэлектрические потери в изоляции, приводящие к ее нагреву, на несколько порядков ниже, чем при переменном напряжении такого же эффективного значения кроме того, и интенсивность частичных разрядов намного ниже. При таких испытаниях нагрузка на изоляцию существенно меньше, чем при испытаниях переменным напряжением, поэтому для пробоя дефектной изоляции требуется более высокое постоянное напряжение, чем испытательное переменное напряжение.

При испытаниях постоянным напряжением дополнительно контролируется ток утечки через изоляцию. Время приложения постоянного испытательного напряжения составляет от 5 до 15 мин. Изоляция считается выдержавшей испытания, если она не пробилась, а значение тока утечки к концу испытаний не изменилось или снизилось.

Недостаток постоянного испытательного напряжения состоит в том, что это напряжение распределяется по толще изоляции в соответствии с сопротивлениями слоев, а не в соответствии с емкостями слоев, как при рабочем напряжении или при перенапряжении. По этой причине отношения испытательных напряжений к рабочим напряжениям отдельных слоев изоляции получаются существенно разными.

Третьим видом испытательного напряжения являются стандартные грозовые импульсы напряжения с фронтом 1,2 мкс и длительностью до полуспада 50 мкс. Испытания импульсным напряжением производят потому, что изоляция в процессе эксплуатации подвергается воздействию грозовых перенапряжений со схожими характеристиками. Воздействие грозовых импульсов на изоляцию отличается от воздействия напряжения частотой 50 Гц из-за гораздо большей скорости изменения напряжения, приводящей к другому распределению напряжения по сложной изоляции типа изоляции трансформаторов кроме того, сам процесс пробоя при малых временах отличается от процесса пробоя на частоте 50 Гц, что описывается вольт-секундными характеристиками. По этим причинам испытаний напряжением промышленной частоты в ряде случаев оказывается недостаточно.

Воздействие грозовых перенапряжений на изоляцию часто сопровождается срабатыванием защитных разрядников, срезающих волну перенапряжения через несколько микросекунд после ее начала, и поэтому при испытаниях используют и импульсы, срезанные через 2 - 3 мкс после начала импульса (срезанные стандартные грозовые импульсы).

Амплитуда импульса выбирается исходя из возможностей оборудования, защищающего изоляцию от перенапряжений, с некоторыми запасами, и исходя из возможности накопления скрытых дефектов при многократном воздействии импульсных напряжений. Конкретные величины испытательных импульсов определяются по ГОСТ 1516.1-76.

Испытания внутренней изоляции проводят трехударным методом. На объект подается по три импульса положительной и отрицательной полярности, сначала полные, а затем срезанные. Интервал времени между импульсами - не менее 1 мин. Изоляция считается выдержавшей испытания, если во время испытания не произошло ее пробоев и не обнаружено повреждений. Методика обнаружения повреждений довольно сложна и обычно проводится осциллографическими методами.

Внешняя изоляция оборудования испытывается 15-ударным методом, когда к объекту с интервалом не менее 1 минуты прикладывается по 15 импульсов обеих полярностей, как полных, так и срезанных. Изоляция считается выдержавшей испытания, если в каждой серии из 15 импульсов было не более двух полных разрядов (перекрытий).

Читайте также: