Испытания силовых конденсаторных установок - Испытание конденсаторов повышенным напряжением выпрямленного тока

Причина замены испытания конденсаторов переменным током на испытание выпрямленным током. При отсутствии источника тока достаточной мощности испытания переменным током могут быть заменены испытанием 44
выпрямленным напряжением удвоенной величины по сравнению с указанными величинами в табл. 3. При этом мощность испытательной установки резко снижается, что видно из следующего сравнения. Мощность источника переменного тока для испытания изоляции между выводами конденсаторов типов КС2 и КС2А, III серия, 75 квар, 10,5 кВ составляет 214 кВА (см. стр. 39).
При испытании этих же конденсаторов выпрямленным напряжением требуется мощность испытательной установки

где Р — мощность испытательной установки; 4,5—потери активной мощности, квт/квар (в конденсаторе); 10,5 — номинальное напряжение конденсатора, кВ; 60—испытательное напряжение конденсатора, кВ.
Повышенное выпрямленное (постоянное) напряжение для испытания изоляции конденсаторов обычно получают от установки переменного тока с помощью выпрямляющего устройства.
В комплект такой испытательной установки входят: трансформатор переменного тока, рассчитанный на нужное напряжение; выпрямитель; регулировочное устройство, изменяющее величину напряжения на трансформаторе, а следовательно, и величину выпрямленного напряжения; комплект контрольно-измерительных приборов. Напряжение испытательной установки должно быть выбрано в соответствии с наивысшим напряжением, принятым для испытуемой изоляции конденсатора. В качестве выпрямляющего устройства могут применяться: выпрямительные электронные лампы (кенотроны); комплекты выпрямителей, собранных из полупроводниковых элементов.
Стабилизаторы напряжения. Поскольку на правильность отсчета тока утечки имеет большое влияние стабильность напряжения, подводимого от источника питания, рекомендуется снабжать установку стабилизатором напряжения. Желательно применение электронных стабилизаторов напряжения; из-за своей малой инерционности они значительно уменьшают колебания напряжения. Стабилизаторы напряжения особенно необходимы в тех случаях, когда испытания проводятся в условиях, при которых возможны значительные и частые толчки напряжения питания (строительство; сеть с двигателями, имеющими большие пусковые токи и т. д.). Мощность стабилизаторов напряжения должна быть не менее мощности, потребляемой регулировочным устройством.
Форма кривой напряжения, получаемой после стабилизатора напряжения (если он установлен), значения не имеет, если принять меры, исключающие пульсацию напряжения на стороне выпрямленного напряжения.
Прибор для измерения токов сквозной проводимости

Рис. 29. Схема однополуперподного выпрямления. а — Выпрямитель на стороне высокого напряжения; о — выпрямитель со стороны заземляющего вывода испытательного трансформатора; В — выпрямитель; Тр — испытательный трансформатор: Rx и Сх — испытуемый объект.
(утечки) должен быть снабжен устройством, полностью его шунтирующим; это исключит его повреждение бросками емкостного тока и тока абсорбции при заряде и разряде конденсатора.
Рекомендуется снабжать измерительный прибор приспособлением, автоматически шунтирующим его при резком возрастании величины тока выше допустимых пределов (исходя из механической прочности подвижной системы).
Схемы однополупериодного выпрямления. При испытании кабелей выпрямленным напряжением в практике эксплуатации нашли применение схемы однополупериодного выпрямления, приведенные на рис. 29, а, б. Схемы двухполупериодного выпрямления, не давая серьезных преимуществ, усложняют установку, увеличивают ее вес и потому не получили распространения при испытаниях изоляции повышенным напряжением. При испытании повышенным выпрямленным напряжением изоляции конденсатора по отношению к заземленному корпусу следует отрицательный полюс испытательной 46 установки присоединить к обкладке конденсатора, а положительный— к земле. Это объясняется тем, что подавляющее количество дефектов в пропитанной маслом изоляции выявляется при пробивном напряжении отрицательной полярности, более низком чем при положительной полярности.
В момент, когда приложенное синусоидальное напряжение имеет положительное значение, ток пройдет через выпрямительную лампу (или твердый выпрямитель) и емкость конденсатора получит заряд. В следующий полупериод отрицательного значения напряжения ток не пройдет через лампу. Полученный емкостный заряд удержится в конденсаторе, так как лампа не пропустит ток заряда в обратном направлении. В следующий полупериод положительного значения напряжения переменного тока конденсатор получит дополнительный заряд.
Таким образом, при синусоидальном напряжении, приложенном к трансформатору, испытуемый конденсатор будет получать дополнительные заряды в периоды, соответствующие положительному значению частоты переменного тока. Если, однако, изоляция имеет дефект, то конденсатор будет разряжаться и полученный емкостью заряд будет постепенно уменьшаться. Отсюда следует, что чем хуже изоляция конденсатора, тем быстрее он будет терять заряд и тем больший зарядный ток будет протекать через дефектное место в изоляции конденсатора и миллиамперметр будет отмечать все большие показания.
При испытании конденсатора подъем напряжения с нуля до нормы испытательного напряжения ведется ступенями в 1—2 кВ в секунду. На каждой ступени подъема напряжения миллиамперметр фиксирует толчок зарядного тока, а затем последующий быстрый спад его. Если в изоляции конденсатора имеются дефекты, то спад тока после его броска в момент подъема напряжения будет замедленным.
При выборе типа выпрямительных ламп и параметров устройств с твердыми выпрямителями для схемы однополупериодного выпрямления необходимо учитывать, что в тот полупериод, когда выпрямитель заперт, между анодом и катодом появляется напряжение (обусловленное зарядом емкости конденсатора), достигающее в пределе удвоенной величины испытательного напряжения.
Поэтому выпрямительные устройства должны иметь допустимое обратное напряжение, превышающее испытательное в 2 раза.
Присоединение лампы на стороне высоковольтного вывода трансформатора. Наиболее широкое распространение получила схема однополупериодного выпрямления (рис. 29, а).
По этой схеме выпрямительная лампа присоединяется на стороне высоковольтного вывода трансформатора.
Междуобмоточная изоляция трансформатора накала лампы, а также изоляция выпрямителя от корпуса должны быть рассчитаны поэтому на напряжение, равное напряжению установки.
Присоединен и е выпрямитель н о г о устройства со стороны вывода, связанного с потенциалом земли. При включении выпрямительного устройства со стороны вывода, связанного с потенциалом земли (рис. 29, б), изоляция выводов испытательного трансформатора по отношению к корпусу должна быть рассчитана на величину, равную удвоенному значению напряжения испытательной установки, а изоляция между первичной и вторичной обмотками трансформатора накала и катод лампы, находясь под потенциалом, близким к потенциалу земли, не нуждается в повышенной изоляции. В случае применения аккумуляторов для питания цепи накала лампы не нужно изолировать их от земли.
Измерение испытательного выпрямленного напряжения. Для измерения выпрямленного напряжения могут быть применены схемы, приведенные на рис. 30. Испытательное напряжение может быть измерено:
на низкой стороне испытательного трансформатора с помощью вольтметра с последующим пересчетом по коэффициенту трансформации;

Рис. 30. Схемы измерения испытательного напряжения.
на стороне выпрямленного напряжения с помощью электростатического киловольтметра, вольтметра с делителем напряжения, магнитоэлектрического
прибора с последовательно включенным сопротивлением или шарового разрядника.
Выбор схемы измерения напряжения определяется допустимой погрешностью измерения, простотой и удобством применения измерительных устройств. При измерении величины испытательного напряжения в установках с однополупериодной схемой выпрямления необходимо учитывать наличие пульсации напряжения.
При полном отсутствии емкости в цепи и однополупериодной схеме выпрямления к испытуемому объекту приложена только одна полуволна напряжения тока. Как известно, магнитоэлектрические приборы указывают среднее значение измеряемой величины, т. е. при однополупериодной схеме выпрямления для тока, проходящего через прибор:

и соответственно для напряжения

где Iд, ия — соответственно действующие значения тока и напряжения; I, U—максимальные значения тока и напряжения.
Практически в цепи измерительной установки всегда имеется емкость (емкость самого испытуемого объекта, подводящих проводов и т. д.), которая в один из полупериодов заряжается, а в следующий поддерживает напряжение на испытуемом объекте.
Наличие емкости ведет в той или иной мере к сглаживанию пульсации, тем самым приближая отсчитываемое прибором напряжение к максимальному значению (рис. 31).
Ряд приборов (например, электростатические) показывает действующее значение измеряемой величины.
В зависимости от выбранной схемы измерения и величины емкости объекта может быть получена значительная погрешность измерения, связанная с неполнотой выпрямления переменного тока (наличие пульсации напряжения).
Другим источником погрешности измерения испытательного напряжения может быть падение напряжения в выпрямительной схеме, например в лампах.
Устранение погрешности измерения, связанной с неполнотой выпрямления. Абсолютная величина пульсации напряжения б/У при однополупериодном выпрямлении

Рис. 31. Форма кривой выпрямленного напряжения при однополупериодной схеме выпрямления.

определяется следующими величинами:
а — без емкости в цепи выпрямления; б —при наличии емкости в цепи выпрямления.

где Iнагр — ток нагрузки выпрямленного устройства, о; I и Т-—соответственно частота, гц, и период переменного тока, се/с; С — величина емкости на стороне выпрямленного напряжения, ф.
Неполнота выпрямления напряжения характеризуется также коэффициентом пульсации

где R— сопротивление объекта измерения, ом;
С—суммарная величина емкости схемы, ф; f — частота переменного тока, гц.
Коэффициент пульсации, как следует из приведенного выражения, зависит от величины емкости и сопротивления конденсатора.
Обычно при испытании выпрямленным напряжением допускается пульсация, не превышающая 3—5%. Чтобы избежать недопустимой погрешности измерения напряжения из-за пульсации, в испытательную схему обычно вводится специальная емкость, называемая балластной.
Роль балластной емкости сводится к тому, чтобы поддерживать на объекте напряжение, практически близкое к максимальному значению. На рис. 32 приведена серия кривых, построенных на основании вышеприведенной формулы и позволяющих определить величину балластной емкости в зависимости от сопротивления объекта и допустимой величины коэффициента пульсации.
Устранение погрешностей, обусловленных внутренним сопротивлением выпрямительных ламп. Внутреннее сопротивление лампового выпрямителя при нормальном накале кенотрона невелико. При недокале лампы внутреннее сопротивление ее резко возрастает, увеличивая тем самым внутреннее падение напряжения и снижая напряжение, приложенное к конденсатору (рис. 33). Поэтому при эксплуатационных испытаниях нужно следить за режимом накала лампы и устанавливать контрольные приборы в цепи накала (амперметр или вольтметр).
Выбор схемы измерения напряжения. Наиболее широкое распространение в эксплуатационной практике получил способ контроля испытательного напряжения с помощью вольтметра, включенного на низкой стороне испытательного трансформатора (рис. 30), с последующим пересчетом по коэффициенту трансформации.

Рис. 32. Зависимость пульсации напряжения в схемах олнополупериодного выпрямления от емкости С и сопротивления изоляции Ц схемы с объектом.

Рис. 33. Зависимость падения напряжения в кенотроне КРМ-150 от напряжения накала при различных значениях тока нагрузки.
I — среднее значение тока нагрузки 5 мо-. 2 —то же при 10 же; 3 — то же лри 15 ма; 4 — то же при 30 ма; 5 — то же при 50 же: С —то же при 90 «о.
Класс точности применяемых вольтметров должен быть не ниже 2,5. Вольтметры выбираются с таким расчетом, чтобы измеряемые ими величины напряжения находились в пределах от 20 до 95% шкалы прибора.
Контроль испытательного напряжения с помощью вольтметра на стороне низкого напряжения трансформатора может осуществляться лишь в тех случаях, когда пульсацией выпрямленного напряжения можно пренебречь.
Подсчет величины испытательного напряжения с допустимой для практических измерений точностью производится путем умножения показаний вольтметра, отсчитанного в эффективных значениях напряжения, на коэффициент трансформации. Поскольку выпрямленное напряжение определяется амплитудным значением, полученный результат необходимо увеличить б\/г2 раз.
Измерение испытательного напряжения вольтметром, включенным на первичной стороне трансформатора и предварительно отградуированным с помощью шаровых разрядников (рис. 30), обеспечивает малую погрешность измерения. Однако этот метод не получил распространения в эксплуатационной практике, как неудобный для проведения в полевых условиях.
Измерения испытательного напряжения с помощью электростатического киловольт метр а или магнитоэлектрического прибора с делителем или добавочным сопротивлением (рис. 30) может производиться при малой пульсации выпрямленного напряжения.
Сопротивления, применяемые в омических делителях или в качестве добавочных сопротивлений (рис. 30), должны мало зависеть от величины напряжения, температуры и времени. В противном случае должны быть учтены дополнительные погрешности, возникающие при измерениях.
Для получения достаточной точности измерения ток, потребляемый прибором, включенным низковольтное плечо делителя напряжения, должен быть в несколько десятков раз меньше тока, проходящего через делитель.
В случае применения с делителем напряжения электростатического вольтметра коэффициент деления должен быть выбран таким, чтобы показания прибора находились в пределах от 20 до 95% шкалы. Если коэффициент деления неизвестен, производится предварительная градуировка измерительного прибора.

Измерение тока сквозной проводимости (утечки).

Измерение тока утечки (установившегося значения зарядного тока при неизменной величине испытательного напряжения) является одним из видов контроля состояния и качества изоляции конденсатора.
Измерение тока проводимости обычно совмещается с испытанием повышенным напряжением и является дополнительным критерием состояния изоляции.
Несмотря на то что измерение тока проводимости на выпрямленном напряжении является одним из самых распространенных при профилактических испытаниях изоляции, методика этого измерения зачастую страдает рядом дефектов, вследствие чего величина токов проводимости определяется со значительными погрешностями, которые могут быть вызваны неполнотой выпрямления постоянного тока (пульсацией напряжения), а также паразитными токами.
Устранение погрешностей, связанных с неполнотой выпрямления. Устранение погрешности в измерении тока проводимости, вызываемой несовершенством выпрямления, может быть выполнено:
увеличением емкости, включенной в испытательную схему, до такой величины, при которой погрешность измерения не будет превышать допустимую (включение балластной емкости);
введением поправочного коэффициента, учитывающего ошибку измерения.
Применение поправочных коэффициентов является наиболее простым, так как не требует применения балластных емкостей, исключающих пульсацию. Однако сами поправочные коэффициенты (особенно при применении однополупериодной схемы выпрямления) могут быть вычислены с большой погрешностью. Поправочный коэффициент определяется как отношение максимального значения испытательного напряжения к среднему значению этого напряжения. На поправочный коэффициент следует умножать измеренные токи утечки конденсатора для приведения их к истинному значению. Допускаемая относительная погрешность измерения тока утечки при испытании выпрямленным напряжением составляет 5%. Если устранить пульсацию напряжения, то тем самым будет исключена и пульсация измеряемого тока утечки. Поэтому для устранения погрешности измерения тока утечки достаточно снизить до допустимой величины пульсацию напряжения на конденсаторе, включив необходимую балластную емкость (см. стр. 51). Необходимо иметь в виду, что величина сопротивления Rm (рис. 32) определяется не только утечками самого конденсатора, но и всеми другими утечками измерительной схемы, в том числе утечками балластной емкости.
Для более точного определения величины балластной емкости рекомендуется проводить специальное измерение утечки схемы и конденсаторов, предназначенных к использованию в качестве балластных емкостей, либо выбирать последние с большим запасом.
Устранение погрешностей, вызываемых паразитными токами. Включение измерительного прибора в схему испытательной установки возможно в точках /—1 («обратная» схема), 2—2 («перевернутая» схема) и 3—3 («нормальная» схема) (рис. 34).
При измерениях тока утечки возможны искажения отсчета, обусловленные паразитными токами, возникающими под действием напряжения испытательной установки и протекающими через ее измерительный элемент, минуя объект измерения (в данном случае испытуемый конденсатор). Эти токи, накладываясь на измеряемый ток испытуемого объекта, могут внести значительные искажения в результаты измерения. Основные паразитные токи следующие:
ток, проходящий между обмоткой испытательного трансформатора и его корпусом (ток Л);
ток утечки изоляции провода, подводящего испытательное напряжение к испытуемому конденсатору /2, и ток короны, возникающий на этом проводе, I"г.
Методы исключения паразитных токов в зависимости от места включения измерительного прибора приводятся в табл. 6.

Рис. 34. Схемы включения приборов при измерении тока утечки.
Схема включения прибора в точке 1—1 является наиболее несовершенной (как видно из таблицы).
Таблица 6

Наиболее правильные измерения могут быть получены при включении прибора в точках 2—2 и 3—3, но в этих случаях необходимо применить экранирование провода от прибора до объекта испытания (конденсатора), что создает токам короны путь помимо прибора (рис. 35).
Методы исключения паразитных токов при измерении токов проводимости

Рис. 35. Исключение паразитного тока экранированием измерительной схемы.
В практике профилактических испытаний зачастую применяются выпрямительные установки с лампой, у которой катод находится под потенциалом земли. При этом считается, что при включении измерительного прибора на стороне высокого напряжения (точки 2—2, рис. 34). Эта схема по точности измерения не уступает схеме с выпрямительной лампой, у которой катод находится под высоким потенциалом. Однако в выпрямительных установках с лампой, имеющей заземленный катод, возможны дополнительные погрешности в отсчете тока проводимости объекта из-за наличия емкостной и активной проводимости между обмоткой испытательного трансформатора и его корпусом. В полупериод, когда выпрямитель заперт и не пропускает ток, создается цепь проводимости: обмотка трансформатора — земля (Ri р, Стр) (рис. 36) и происходит подзаряд емкости Стр от емкости Сх. При наличии в схеме сопротивлений Rx и ток, проходящий через измерительный прибор, определяется как величиной емкости обмотки трансформатора на корпус и емкостью испытуемого объекта, так и величиной Riv-

Рис. 36. Паразитные токи в схеме с выпрямителем на стороне низкого напряжения. Iпар — паразитный ток при запертом выпрямителе.
Методами исключения этой ошибки также могут быть:
переход на схему с выпрямительной лампой, установленной на стороне высокого напряжения (рис. 29, а);
испытание с балластной емкостью. В этом случае паразитный ток в основном будет разряжать балластную емкость. Достаточно, если балластная емкость будет иметь реактивное сопротивление в 10—15 раз меньше, чем активное сопротивление испытуемого объекта. Обычно указанное требование совпадает с требованием к величине балластной емкости для уменьшения пульсации.
При испытании конденсаторов с большой собственной емкостью требуется столь значительная шунтирующая емкость, что необходимо переходить на схему с выпрямителем на стороне высокого напряжения.

Существуют стационарные, передвижные и переносные испытательные устройства, предназначенные как для непосредственного проведения испытаний оборудования высокого напряжения, так и для выполнения различных технологических операций (очистка газов, электростатическая окраска изделий и т. п.)- Эти установки выпускаются заводами (мастерскими) союзного и ведомственного значения, и многие из них могут быть использованы для испытания силовых конденсаторов повышенным напряжением переменного и выпрямительного токов.
Технические данные, принципиальные схемы и краткое описание работы некоторых установок, получивших широкое распространение при профилактических и приемо-сдаточных испытаниях конденсаторов, приведены в работе «Испытание и проверка силовых кабелей», Библиотека электромонтера, изд-во «Энергия», 1970 г. Ниже дается краткое описание, приводятся общий вид и схема работы выпрямительной установки ВДИК-4.

Выпрямитель диодный ВДИК-4.

Для испытания конденсаторов типа К.М-2-0,6 кВ мощностью 27 квар, емкостью 245 мкФ переменным током с учетом 200%-ной перегрузки применяется источник тока мощностью 20— 30 кВА, имеющий большой вес. Ток со стороны низкого напряжения достигает 200—300 а, в связи с чем необходим мощный регулятор напряжения. Использование таких источников и регуляторов позволяет производить испытание только одной секции конденсатора. Из предыдущего (см. стр. 44) следует, что испытание конденсаторов может быть осуществлено постоянным током удвоенной величины.
Казанским пуско-наладочным управлением треста Татэлектромонтаж Главэлектромонтаж Минмонтажспецстроя  разработан и изготовлен диодный выпрямитель ВДИК-4 (рис. 37) для испытания конденсаторов на 4 кВ. Выпрямитель внедрен в производство в 1968 г. С помощью выпрямителя ВДИК-4, трансформатора напряжения НОМ-6 и лабораторного автотрансформатора РНО-250-2 можно одновременно испытывать 50—60 секций (зарядный ток 20—30 ма).
Выпрямитель выполнен разборным, со съемной крышкой, на кремниевых диодах Д215 и Д243 на напряжение 4 кВ. В качестве изоляции использовано органическое стекло. Выпрямитель крепится на крышке трансформатора напряжения НОМ-6 двумя болтами. Применение диодного выпрямителя ВДИК-4 дает возможность

Рис. 37. Выпрямитель диодный ВДИК-4.
а — общий - вид; б — схема
использовать вместо мощного регулятора напряжения обычный автотрансформатор типа РНО-250-2, производить испытание одновременно 50—60 конденсаторов типа КМ-2-0,6 кВ с минимальной затратой времени без отсоединения ошиновки от каждой банки, а также уменьшает вероятность поломки изоляторов конденсатора при демонтаже и монтаже ошиновки. Выпрямитель позволяет испытывать конденсаторы от 0,22 до 0,6 кВ включительно. Он удобен при транспортировке и перемещении по РУ в процессе эксплуатации. Габаритные размеры выпрямителя 170x360x150 мм, вес 3 кг.
Передвижная электролаборатория типа УВЛ-02. В системе Главэлектромонтажа Минмонтажспецстроя   для проведения высоковольтных испытаний оборудования используются передвижные лаборатории типа УВЛ- 02 изготовления Пушкинского электромеханического завода [JI. 7].
В этой лаборатории высоковольтный кенотрон типа В-1-0,3-70 заменен высоковольтным полупроводниковым 58

Рис. 38. Высоковольтный полупроводниковый выпрямитель. а — общий вид; б — электрическая схема.
выпрямителем (рис. 38). Благодаря небольшим габаритам и открытому исполнению выпрямитель используется в различных типах высоковольтных лабораторий.
Техническая характеристика выпрямителя:
Обратное напряжение по допустимому обратному напряжению применяемых выпрямительных диодов    70 кВ
Обратное напряжение по допустимому падению напряжения на применяемых шунтирующих сопротивлениях    70 кВ
Длительно допустимый выпрямительный ток .. 1 А
Выпрямительные вентили.   Кремниевые диоды типа КД-202-Н, 140 шт.
Шунтирующие сопротивления    Резисторы типа ВС-0.5 300 ком, 140 шт.
Исполнение    Открытое на двух платах из оргстекла, плата имеет длину 900 мм, сечение 100X50 мм
Охлаждение    Естественное, воздушное
Применение «высоковольтного полупроводникового выпрямителя дает возможность производить испытание объектов током до 1 а вместо 300 ма, получаемых с кенотрона; отпадает необходимость в накальном трансформаторе и ликвидируется источник рентгеновского излучения. Выпрямитель успешно эксплуатируется.
Испытание батареи силовых конденсаторов для повышения коэффициента мощности троекратным включением производится на номинальное напряжение при контроле величин токов по всем фазам. Токи в различных фазах не должны отличаться друг от друга более чем на 5%.