Испытания силовых конденсаторных установок - Измерение емкости

Цель проверки емкости.

 Измерение емкости конденсаторов производится с целью проверки отсутствия обрыва его токоведущих частей (при параллельном соединении секций) или частичного пробоя (при последовательном соединении секций). Уменьшение емкости конденсатора свидетельствует об обрыве токоведущих частей конденсатора, а увеличение — о частичном пробое секций. Для исключения возможности присоединения измерительных приборов к конденсатору со случайным коротким замыканием перед измерением его емкости производится проверка его изоляции на отсутствие короткого замыкания мегомметром I 000 или 2 500 в (см. стр. 7).
Допустимые отклонения измеренных величин емкости конденсаторов, предназначенных для повышения коэффициента мощности, от паспортных данных не более, чем приведенные ниже:
Номинальное напряжение конденсаторов, кВ         3,15 6,3 10,5
Предельное изменение емкости, % +33 +16 +9

Методы измерения емкости.

Емкость конденсаторов определяется приборами, допускающими измерение с погрешностью не более 3%. При этом используются следующие методы: непосредственной оценки емкости (микрофарадометры); сравнения (мосты переменного тока); косвенного измерения переменным током (метод амперметра и вольтметра, метод ваттметра); измерение на постоянном токе с помощью баллистического гальванометра.

Рис. 18. Схема электродинамического микрофарадометра.
Микрофарадометр представляет собой электродинамический логометр (рис. 18). Неподвижная катушка его А включена последовательно с конденсатором С. Ток в катушке I = UiaC. Две подвижные катушки 1 и 2 укреплены на оси прибора. Последовательно с первой катушкой включен образцовый конденсатор С0.   Вторая катушка замкнута на вторичную обмотку трансформатора тока, по первичной цепи которого проходит ток измеряемого конденсатораТок во вторичной обмотке трансформатора и во второй подвижной катушке логометра равен или пропорционален току первичной цепи: Угол поворота подвижной части логометра определяется отношением слагающих токов в подвижных катушках, совпадающих по фазе с током в неподвижной катушке:

где F — коэффициент пропорциональности.
Таким образом, угол поворота подвижной части зависит только от измеряемой емкости и, следовательно, на шкале прибора можно нанести значения емкости.
В эксплуатации находятся микрофарадометры электродинамической системы типа Д524 класса точности 1, с четырьмя пределами измерений 0—1—2—5—10 мкФ, а также той же системы типа ЭФ с двумя пределами измерений 0—1—2 и 0—5—10 мкФ.
Эти приборы выпускало Министерство электротехнической промышленности, и они пригодны для измерения емкости конденсаторов типа КМ номинальным напряжением от 3000 до 11000 в. Недостатком их является необходимость в предварительной проверке конденсаторов на отсутствие короткого замыкания во избежание повреждения микрофарадометра при присоединении его к короткозамкнутому конденсатору. Изменение пределов измерения микрофарадометра типа Д524 достигается применением трансформатора тока с переменным числом витков в первичной обмотке, последовательно с которой включается измеряемый конденсатор.

Мост переменного тока.

Рис. 19. Схема моста переменного тока.
Четыре плеча моста переменного тока образуются четырьмя сопротивлениями Z\, Z2l Zz и Z4 (рис. 19). В одну диагональ моста включается источник питания переменного тока, в другую — нулевой индикатор И. При нулевом показании индикатора потенциалы в точках Б и Д одинаковы и, следовательно, можно написать: I1^1=I2Z3 и IiZz=hZi.

Pиc. 20. Схема моста для измерения емкости.

приравняв отдельно вещественные и мнимые слагающие, получим:

Следовательно, измеряемая емкость

Поделив почленно одно уравнение на другое, получим условия равновесия моста:

Одна из схем моста переменного тока для измерения емкости дана на рис. 20. Первое плечо моста образуется испытуемым конденсатором Сх, который можно заменить эквивалентной последовательной схемой. Третье плечо состоит из образцового конденсатора С0 без потерь (воздушный конденсатор) и магазина сопротивлений го. Второе и четвертое плечи моста выполнены из магазинов сопротивлений гг и г4. В одну диагональ включается источник питания переменного тока, в другую—нулевой индикатор. Для уравновешенного моста можно написать:
Для уравновешивания моста устанавливают го=0 и, изменяя г4 и Г2, получают наименьший ток в гальванометре. Затем, не изменяя rz и г4, регулируют сопротивление г0, уменьшая ток в гальванометре. Далее, не изменяя г0, регулируют г2 и г4 и так далее до получения равновесия. Уравновесив мост, искомую емкость определяют по вышеприведенной формуле.
Если потерями в конденсаторе можно пренебречь (гж=0), получим:

откуда           т. е. емкость определяется одной и
той же формулой вне зависимости от того, пренебрегаем или не пренебрегаем потерями в конденсаторе.

Рис. 21. Схема высоковольтного моста для измерения емкости и угла потерь.

Рис. 22. Схема для измерения емкости амперметром и вольтметром.
Часто пользуются высоким напряжением для питания моста (рис. 21). Безопасность работы обеспечивается низким напряжением (относительно земли) на регулируемых плечах. Для устранения опасности появления высокого напряжения на этих плечах при пробое изоляции конденсатора к точкам БД присоединяются искровые разрядники, которые при повышении напряжения пробиваются, заземляя регулируемые плечи моста. В этой схеме (рис. 21) первое плечо моста Zf представляет собой испытуемый конденсатор, который можно заместить последовательной эквивалентной схемой. Второе плечо Z2 состоит из магазина сопротивлений го- Третье плечо Z3 образуется конденсатором без потерь, а четвертое Z4 — магазином сопротивлений и магазином емкостей. Мост питается от вторичной обмотки высоковольтного трансформатора. Уравновешивание моста производится регулировкой С4 и отношения rjr-i. Действуя аналогично предыдущему, можно показать, что для данного уравновешенного моста искомая емкость также определяется по формуле СХ=С0 77-
Заводом «Точэлектроприбор», г. Киев, выпускаются взамен мостов Р551 мосты переменного тока Р571 типа МИЕДП, предназначенные также для измерения емкости наряду с другими испытаниями (индуктивность, добротность катушек, а также тангенс угла диэлектрических потерь конденсаторов).

Метод амперметра и вольтметра.

Пренебрегая потерями в диэлектрике конденсатора, емкость его можно определить методом амперметра и вольтметра. Измерив ток и напряжение (рис. 22) и зная частоту переменного тока, емкость можно определить по формуле

где I—ток, а\ U — напряжение, е; m— угловая частота сети, равная 314 для установок 50 гц.
При измерении емкости этим методом напряжение должно быть синусоидальным, так как в противном случае за счет высших гармоник может произойти значительное искажение кривой тока, что может привести к большим погрешностям измерения. Наличие в кривой подводимого напряжения составляющих высших гармоник дает завышенные значения емкости. Во избежание этой ошибки при измерении емкости методом амперметра и вольтметра конденсатор должен быть присоединен к линейному, а не к фазному напряжению сети, так как в последнем (напряжение фаза — нуль) могут быть высшие гармоники.
Для уменьшения влияния высших гармоник на точность измерения по методу амперметра и вольтметра следует, кроме того, включать в цепь последовательно с конденсатором активное сопротивление, равное около 10% реактивного сопротивления конденсатора, т. е.

где и — угловая частота сети, равная 314 для установок 50 гц; С — емкость конденсатора, мф.
Это же сопротивление служит для защиты амперметра от повреждения в случае наличия короткого замыкания в испытываемом конденсаторе.
Метод ваттметра. Определив по показанию приборов (рис. 23) ток, напряжение и мощность, можно вычислить сначала активное сопротивление г~Р/1г, полное сопротивление цепи i

; или, объединив
комую емкость по формуле написанные формулы, получим:

Точность измерений при этом методе такая же или несколько выше, чем у предыдущего.
Измерение ваттметром мощности потерь в конденсаторе не всегда возможно вследствие ее малости. Поэтому чаще пользуются мостовыми методами измерения емкости.

Метод баллистического гальванометра.

а затем и ис

Рис. 23. Схема для измерения емкости амперметром, вольтметром и ваттметром.

Рис. 24. Схема для измерения емкости баллистическим гальванометром.
Если переключатель П\ и Яг (рис. 24) установить в положение I, то образцовый конденсатор С0 получит заряд Qv=UiC0, где Ui — показания вольтметра. Если перевести переключатель П-л в положение 2, то конденсатор
Со разрядится и через баллистический гальванометр пройдет заряд Q0=U1C0=C0ai=C^uu где ai — угол отклонения подвижной части гальванометра.
Баллистическая постоянная гальванометра

Если при положении 1 переключателя П2 и положении 2 переключателя П1 поднять напряжение до величины Uz, то испытуемый конденсатор получит заряд

Если перебросить нож переключателя П2 из положения 1 в положение 2, конденсатор разрядится через гальванометр, т. е. через него пройдет заряд

и подвижная часть его будет отброшена на угол az-

Рис. 25. Схемы измерения емкости трехфазных конденсаторов. а — при соединении фаз треугольником; б — при соединении фаз звездой (на обеих схемах стрелки направлены к измерительным приборам).
Измеряемая емкость находится по формуле

При измерении этим методом возможны значительные погрешности вследствие остаточного заряда (неполный заряд конденсатора).
Схемы измерения емкости конденсаторов. Измерение емкости однофазных конденсаторов любым из вышеприведенных методов дает непосредственную величину емкости конденсатора без каких-либо пересчетов. Полученные замеры емкости трехфазных конденсаторов требуют соответствующего пересчета для перехода к емкости фазы.
На рис. 25 приведены схемы измерения емкости трехфазных конденсаторов. По схеме на рис. 25, а измеряется (при соединении фаз треугольником) емкость Ci-zs между зажимами I и соединенными вместе зажимами 2 и 3, а по схеме па рис. 25,6 (при соединении фаз звездой) — емкость Ci_2 между зажимами I и 2.
Для каждого трехфазного конденсатора необходимо произвести три измерения между различными сочетаниями выводов, после чего можно найти емкость каждой фазы конденсатора по формулам:

б) для трехфазного конденсатора, соединенного звездой,

а) для трехфазного конденсатора, соединенного треугольником,
В табл. 3 приведен порядок измерения емкости трехфазных конденсаторов, соединенных в треугольник.
Таблица 3
Порядок измерения емкости трехфазных конденсаторов, соединенных в треугольник

Из таблицы следует, что при измерении следует поочередно соединять попарно выводы и измерять емкость между ними и третьим выводом.
При повторном автоматическом отключении конденсаторной установки от действия реле или перегорания предохранителя включение конденсаторов разрешается только после выявления и устранения причин, вызвавших повторное отключение, с обязательной проверкой емкости каждого конденсатора.
При подключении конденсаторов непосредственно к выводам асинхронных двигателей возможно самовозбуждение последних при отключении от сети и повышение напряжения сверх нормального. Во избежание этого рекомендуется подбирать емкость конденсатора такой величины, чтобы емкостный ток был меньше тока намагничивания двигателя.
После испытания напряжением рекомендуется замерить емкость конденсаторов, имеющих последовательное соединение секций, для проверки отсутствия частичного пробоя.
Перед установкой в каркас рекомендуется подобрать однофазные конденсаторы так, чтобы емкость по фазам была равномерной (с точностью до 5%).
Конденсаторы в каркас следует располагать так, чтобы маркировочные таблички были видны обслуживающему персоналу.