Пусконаладочные работы при монтаже электроустановок - Испытание изоляции повышенным напряжением

§ 36. Испытание изоляции повышенным напряжением

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.

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?