а) Общие требования
Согласно ГОСТ 1516.2-76 испытательные напряжения промышленной частоты (табл. 9-1 и 9-2) нормированы в действующих значениях при синусоидальной форме кривой напряжения. Действующее значение испытательного напряжения принято равным амплитудному значению, деленному на √2.
При нс вполне синусоидальном напряжении в зависимости от формы кривой (более острой или более пологой) коэффициент амплитуды может быть несколько больше или меньше, чем √2. Следовательно, при одном и том же действующем значении испытательного напряжения можно получить в зависимости от формы кривой разные амплитудные значения испытательного напряжения.
Поэтому согласно стандарту требуется, чтобы амплитудное значение фактического испытательного напряжения было равно нормированному стандартом действующему значению испытательного напряжения, умноженному на
т. е. должно быть соблюдено равенство:
(9-5)
где Uи.а — амплитудное значение фактического испытательного напряжения на стороне ВН; Uисп — нормированное испытательное напряжение.
б) Основной метод
Согласно ГОСТ 17512-72 [Л. 9-2] основным методом измерения амплитудного значения высокого напряжения является метод шарового разрядника. Измерение высокого напряжения промышленной частоты при испытании трансформаторов выполняется вольтметром низкого напряжения класса 0,5, проградуированным по шаровому разряднику. Разрядник присоединяют к стороне ВН, а вольтметр включают на стороне НН испытательного трансформатора непосредственно или через ТН.
Согласно стандарту градуировку вольтметра производят, как правило, при включенном объекте испытания при напряжении нс менее 80% испытательного. Это требование вызвано изменением коэффициента трансформации испытательного трансформатора при его
нагрузке емкостным током испытываемого объекта, а также, возможным искажением формы кривой напряжения генератора, которые обычно вызывают повышение напряжения на вторичной стороне испытательного трансформатора. Повышение напряжения при емкостной нагрузке:
(9-6)
где Uн.н — номинальное вторичное напряжение испытательного трансформатора; ик — напряжение КЗ, %; Iс —ток емкостной нагрузки на вторичной стороне; Iн— номинальный ток вторичной обмотки испытательного трансформатора.
Коэффициент трансформации испытательного трансформатора, нагруженного емкостным током, равен:
или коэффициент повышения испытательного напряжения от емкостной нагрузки,
где k0 — коэффициент трансформации при XX; Uвн- номинальное напряжение ВН испытательного трансформатора; Uисп — испытательное напряжение.
Например, при емкости обмоток НН+КО трансформатора типа АОДЦТН-417000/750 относительно корпуса и других обмоток С= 101 000 пФ (табл. 8-7) зарядный ток при испытании этих обмоток приложенным напряжением 35 кВ согласно (9-1)
Iс = 314 · 101 000·35·10-9=1,1 А.
При испытании указанных обмоток от испытательного трансформатора типа ИОМ-300 при соединении вторичной обмотки на 150 кВ и напряжении КЗ испытательного трансформатора u = 10,2% (табл. 9-7) коэффициент повышения испытательного напряжения согласно (9-8):
кт/к0= 1/(1—150-1,1 · 10,2/35-1 · 100) =1,89.
Таким образом, если испытательное напряжение будет измерено на стороне НН испытательного трансформатора без градуировки по шаровому разряднику или по данным градуировки при испытании трансформатора другого типа, например с меньшей емкостью обмотки или с большим испытательным напряжением (например, 85 кВ), то обмотки НН + КО трансформатора, указанного в примере, будут испытаны напряжением выше нормированного более чем в 1,5 раза.
При измерении напряжения промышленной частоты шаровым разрядником производят не менее трех последовательных разрядов с интервалом не менее I мин. Среднее арифметическое значение из полученных (по вольтметру) считается соответствующим разрядному напряжению, на которое установлен шаровой разрядник. Значения разрядного напряжения не должны отличаться от среднего более чем на +3%.
Метод шарового разрядника основан на том. что пробивное напряжение воздушного промежутка между двумя сферическими электродами разрядника, сконструированного согласно требованиям ГОСТ 17512-72, при соблюдении определенных условий зависит от амплитудного значения напряжения, диаметра шаров и относительной плотности воздуха. В ГОСТ 17512-72 указаны разрядные напряжения шаровых разрядников с диаметром шаров 2—200 см для переменных синусоидальных напряжений при нормальных атмосферных условиях 20°С и 101 300 Па (1013 мбар соответствует 760 мм рт. ст. при 0°С). При этих условиях относительная плотность воздуха δ принята равной 1. Для других атмосферных условий значения разрядных напряжений, взятые из табл. 1 приложения 1 ГОСТ 17512-72, определяются путем деления (амплитудного значения) на V2 и умножения на поправочный коэффициент k. Коэффициент кп является функцией относительной плотности воздуха, определяемой по формуле:
где Р — атмосферное давление, Па; t — температура окружающего воздуха, °С.
Если давление выражено в мм рт. ст. при 0°С, то формула имеет вид:
(9-10)
Значения поправочного коэффициента в зависимости от относительной плотности воздуха δ даны в табл. 9-3.
Поправочный коэффициент кп
Таблица 9-4
Сопротивления защитного резистора
При измерении шаровым разрядником напряжения промышленной частоты в измерительную цепь последовательно с разрядником включают безиндуктивный защитный резистор, сопротивление которого при частоте измеряемого напряжения 50 Гц не должно превышать значений, указанных в табл. 9-4.
При частоте отличающейся от 50 Гц, максимальное значение сопротивления резистора изменяется прямо пропорционально отношению 50/f.
в) Другие методы
Рис. 9-3. Принципиальная схема емкостного делителя нагревания.
Амплитуда испытательного напряжения может быть измерена при помощи устройства с емкостным делителем напряжения. Делитель состоит из двух последовательно соединенных ступеней, состоящих из конденсатора ВН с малой емкостью С1 и конденсатора НН с большой емкостью С2 и параллельно включенным к нему измерительным устройством (рис. 9-3).
Если Uи—измеряемое испытательное напряжение, равное падению напряжения на последовательно соединенных
элементах делителя, и Uп — напряжение на измерительном приборе с высокоомным входом, подключенным на зажимы низковольтного элемента С делителя, то масштабный коэффициент kс измерительного устройства равен:
(9-11)
где U=I\ωС1 — падение напряжения на элементе С1; U2=I/ωС2 — то же на элементе С2; I — ток в последовательной цепи делителя напряжения.
Если ток в цепи измерителя пренебрежимо мал по сравнению с током I, то, подставив в (9-11) значения U1 и U2, после упрощения получим:
(9-12)
Таким образом, амплитуда испытательного напряжения определяется умножением показания измерительного прибора на масштабный коэффициент измерительного устройства с делителем напряжения. В качестве измерительного прибора обычно применяют амплитудный вольтметр, работающий на 'принципе измерения постоянного напряжения на обкладках конденсатора С2 (рис. 9-4), который заряжается через полупроводниковый диод до амплитудного значения напряжения, измеряемого через емкостный делитель. Постоянное напряжение на конденсаторе С2 измеряется электростатическим вольтметром или магнитоэлектрическим прибором постоянного тока.
В качестве верхней ступени делителя обычно используют образцовые конденсаторы, например, со сжатым газом для испытательных напряжений до 800 кВ. Такие конденсаторы производства завода «ТУР» (ГДР) могут комплектоваться измерительным устройством типа WMUT-3 (рис. 9-4). Оно содержит электростатический квадрантный вольтметр класса 0,5 со шкалой на 100 В квадратичной градуировки. Погрешность измерительного устройства согласно каталогу фирмы составляет менее 1%.
Рис. 9-4. Принципиальная схема измерительного устройства типа WMUT-3 завода «ТУР» (ГДР).
С — емкость образцового конденсатора ВН; С1 — набор измерительных конденсаторов низковольтного плеча делителя; С2 — питающий конденсатор; G — диод; R1 — резистор Компенсирующий; Μ1 — вольтметр Электростатический класса 0,5 со шкалой 2-100 делений; М2 — дополнительный вольтметр для измерения действующего значения напряжения; С11—С12 — промежуточный делитель, уравновешенный таким образом, чтобы при чисто синусоидальном напряжении показания приборов М1 и М2 совпадали.
Рис. 9-5. Принципиальная схема измерения амплитуды испытательного напряжения и параметров частичных разрядов.
Т- обмотка ВН испытываемого трансформатора; В — ввод ВН (инвентарный); Э — экран ввода; ИО — измерительная обкладка ввода; П — пробивной предохранитель: К — коаксиальный кабель; Vа — амплитудный вольтметр; См — набор измерительных конденсаторов; ФВЧ — фильтр высокой частоты; ИЧР-3 — измеритель частичных разрядов; У — выход усилителя; ЭО — электронный осциллограф (двухлучевой); R — резистор 100 Ом; r —то же 400 Ом; R1— то же 1000 Ом.
Амплитудный вольтметр типа SM62 (ФРГ) согласно каталогу имеет абсолютную погрешность при работе с прессгазовым конденсатором ±0,7%, с масляным конденсатором ±1,2%. Зависимость от частоты в пределах 40—300 Гц — менее 0,8%. Встроенный в прибор набор измерительных конденсаторов позволяет иметь четыре предела измерения, например 75—150—300—750 кВ. Электронная часть прибора содержит две лампы E80F, одну лампу E80SS и пять стабилитронов. Собственное потребление прибора 20 В-A при 220 В, 50 Гц.
Рис. 9-6. Эквивалентная схема емкостного делителя напряжения.
При испытании силовых трансформаторов и шунтирующих реакторов классов напряжения 220 кВ и выше на МЭЗ амплитуда испытательного напряжения и параметры частичных разрядов (см. § 9-8) измеряются с помощью емкостною делителя напряжения (рис. 9-5). В качестве верхней ступени делителя используется емкость ввода на измерительную обкладку, в качестве нижней ступени — набор измерительных конденсаторов См класса 0,1 суммарной емкостью 5 мкФ. На рис. 9-6 показана схема делителя с учетом емкости Ск коаксиального кабеля и емкости С2 измерительной обкладки ввода.
При испытаниях используются инвентарные вводы на 220 кВ и выше, у которых емкости С1 и С2 могут различаться более чем на ±5%. Поэтому для каждого из них по данным измерения емкостей С1 и С2 с погрешностью не более 0.1% подбирается свое значение емкости набора См для неизменного масштабного коэффициента делителя, т. е. неизменное отношение измеренного испытательного напряжения U к входному напряжению измерительного устройства. В этом случае масштабный коэффициент с учетом емкости соединительного кабеля равен: кс=(См + С2 + Ск)/С1, а следовательно,
(9-13)
Так, при входном напряжении измерительного устройства, равном полному отклонению указательного прибора 100 В при наибольшем испытательном напряжении 400 кВ (для трансформаторов класса напряжения 220 кВ), масштабный коэффициент будет:
Например, для инвентарного ввода на 220 кВ со значениями измеренных емкостей С1 = 578 пФ и С2= 17 900 пФ и емкостью кабеля Сk = 2000 пФ емкость набора конденсаторов согласно (9-13) составит:
=387(4000—1)—(17 900+2000) 10 = 2,3275 мкФ.
Опыт использования на МЭЗ инвентарных вводов в качестве верхней ступени емкостного делителя напряжения при измерениях испытательного напряжения показал следующие преимущества емкостного делителя но сравнению с измерением по шаровому разряднику: 1) относительно точное измерение испытательного напряжения в момент его приложения (возможность измерения амплитуды напряжения с погрешностью не более 2% в случае применения стрелочного прибора класса 0,5); 2) возможность измерения испытательного напряжения непосредственно без предварительной градуировки по шаровому разряднику для каждого объекта, что ускоряет испытание; 3) снижение уровня внешних помех при измерении частичных разрядов путем исключения из схемы испытания высоковольтной проводки с шаровым разрядником.
При использовании инвентарных вводов в качестве верхней ступени емкостного делителя напряжения следует предварительно измерить их емкости С1 и С2 с погрешностью нс более 2%. Для подгонки масштабного коэффициента делителя следует применять набор измерительных конденсаторов С1 не ниже класса 0,2, например набор типа Р554 класса 0,2 до 1,111 мкФ в комплекте со штепсельным набором типа Р561 класса 0,2 с набором емкостей 1—5 мкФ, что позволит иметь любое значение емкости См до 6,11 мкФ. В качестве измерителя амплитуды напряжения рекомендуется использовать стрелочный прибор класса 0,5.
