Выбор аппаратуры для испытаний электрооборудования - Передвижные испытательные установки

В энергосистемах получили широкое распространение передвижные установки, которые применяются для испытания высоковольтного оборудования электроустановок промышленных предприятий, сельского и коммунального хозяйства, энергетических объектов.
Серийное производство передвижных лабораторий организовано на Ярославском электромеханическом заводе Минэнерго, в Пензенской городской электросети Министерства коммунального хозяйства РСФСР и на Пушкинском электромеханическом заводе Минмонтажспецстроя (табл. 21).
В качестве мобильной базы лабораторий используются автомашины ГАЗ-66, ГАЗ-51, УАЗ-452, ГАЗ-53, кузов которых разделен металлической перегородкой или пультом на две изолированные части: высоковольтное отделение и отсек оператора.
В зависимости от назначения лаборатории (универсальная лаборатория, установка для испытания кабелей и определения мест повреждения, установка для испытания оборудования подстанций 6—10 кВ и т. п.) в высоковольтном отделении размещаются: испытательный трансформатор, выпрямительное устройство, аппарат для прожигания кабелей, индукционный агрегат, резонансная установка и другие аппараты. В номенклатуру приборов, поставляемых комплектно с передвижной лабораторией, входят: прибор для определения степени увлажнения изоляции обмоток силовых трансформаторов, мосты постоянного тока, приборы для определения тока и потерь холостого хода, коэффициента трансформации и т. п. В некоторых типах лабораторий для питания испытательной аппаратуры при испытаниях электрооборудования в полевых условиях установлены автономные источники электроэнергии (бензоэлектрический агрегат или генератор переменного тока, связанный с коробкой отбора мощности двигателя автомашины). Известны случаи, когда питание выпрямительного устройства, схемы для измерения тангенса угла диэлектрических потерь и других приборов с малым потреблением мощности осуществляется с помощью преобразователей тока, питаемых от аккумуляторов.
Ярославским электромеханическим заводом освоен выпуск новой конструкции передвижной лаборатории ПКЛ-10-02, предназначенной для испытания силовых кабелей и оборудования городских трансформаторных подстанций повышенным напряжением. Аппаратура лаборатории смонтирована в кузове автомашины УАЗ-452А и обладает хорошей маневренностью при работе в городских условиях. Лаборатория оснащена встроенным генератором, питаемым от привода двигателя, и обеспечивает проведение следующих операций (рис. 16): измерение сопротивления изоляции с помощью мегаомметра, испытание повышенным напряжением промышленной частоты до 50 кВ, испытание повышенным выпрямленным напряжением до 60 кВ с измерением тока утечки, определение места повреждения в кабелях импульсным методом, определение коэффициента трансформации, группы соединения и тока XX силовых трансформаторов.
Разработанная Союзтехэнерго передвижная высоковольтная лаборатория ПВЛ-10 базируется на автомашине УАЗ-452Д и обеспечивает проведение более расширенной номенклатуры испытаний, чем ПКЛ-10-02 (измерение tg6, сопротивлений обмоток постоянному току и т. п.).
Таблица 21. Передвижные электротехнические установки передвижных электротехнических установок

Продолжение табл. 21
передвижных электротехнических установок

Рис. 16. Структурная схема передвижной лаборатории ПКЛ-10-02:
1 — встроенный генератор промышленной частоты; 2 — пульт управления; S — испытательный трансформатор; 4 — мегаомметр; 5 — прибор Р5-5; 6 — выпрямительная установка; 7 — главный переключатель; в — заземляющее устройство
Передвижные электротехнические лаборатории ЭТЛ-10 и ЭТЛ-35, конструкция которых разработана Ярославским электромеханическим заводом более 20 лет назад, не отвечают требованиям эксплуатационного персонала.

При проверке СКТБ ВКТ Мосэнерго ряда исполнений передвижных лабораторий ЭТЛ-35 было установлено, что существенная погрешность в измерении tg б вносилась конструктивным несовершенством элементов схемы. Так, неподвижные контакты главного переключателя схемы имели стяжные шпильки, изолированные от экрана схемы (рис. 17), что создавало путь для протекания паразитных токов при измерении tg 6. После подсоединения шпилек к экрану схемы погрешность измерения уменьшилась в 3 раза. Другим источником погрешности при измерениях tg 6 было влияние индуктивности экранированного провода, намотанного на катушку, выполненную из листовой стали. После замены в катушке стальных деталей на латунные погрешность измерения tg б была снижена в 1,5 раза. Отрицательное влияние на точность измерения tg б вносила так же чрезмерная длина экранированного провода (более 30 м).

Рис. 17. Контактный разъем главного переключателя лаборатории:
1 — разъем жилы; 2 — разъем экрана; 3 — изоляционные детали переключателя; 4 — стяжная шпилька разъема; 5 — путь паразитных токов с контактного разъема на землю
Рис. 18. Структурная схема передвижной установки:
1 — генератор для определения трассы подземных коммуникация; 2— кабелеискатель; 3 — мегаомметр на 1000 В; 4 — универсальный прибор для измерения сопротивления, напряжения и тока; 5 —импульсный искровой разрядник; 6 —генератор повышенной частоты; 7 — микросекундомер; в — прожигательно-импульсное устройство; 9 — устройство контроля наличия заземления; 10 — прибор для определения места повреждения; 11 — защитные элементы; 12— блок управления; 13 —блок согласования: 14— высоковольтный переключатель; 15—17 — высоковольтные кабели установки; 18 — провод заземления; 19 — соединительное устройство; 20 — кабель питающей сети
Зарубежные фирмы изготовляют передвижные установки как для испытания кабелей и определения в них места повреждения, так и для проведения измерений характеристик изоляции электрооборудования. Анализ технических решений, положенных в основу их конструкций, может помочь эксплуатационному персоналу при разработке образцов испытательных и измерительных устройств.

Фирма RFT (Германия) изготовляет несколько разновидностей передвижных установок для определения места повреждения в кабелях. Аппаратура передвижных лабораторий размещена в кузовах автобусного типа, имеющих заднюю и боковую двери, и позволяет производить следующие операции:
прожигание мест повреждения в кабелях; определение мест повреждения в кабелях индукционным и акустическим способами;
определение трассы подземных коммуникаций; испытание кабелей 6, 15 и 30 кВ повышенным выпрямленным напряжением до 110 кВ.
Кузов лабораторий разделен пультом управления на два отсека. Приборы, расположенные на пульте управления, обеспечивают возможность их быстрого демонтажа и применения вне лаборатории. Ряд переносных приборов, устройства ограждения, кабельные зажимы и некоторые другие принадлежности на время транспортирования лаборатории располагаются в сидении оператора, выполненном в виде шкафа, и в ящиках пульта управления. В высоковольтном отсеке стационарно укреплены устройства для прожигания кабелей, импульсные конденсаторы, барабаны с высоковольтными гибкими кабелями.
Структурная схема одной из разновидностей передвижной установки на базе микроавтобуса приведена на рис. 18. Передвижная установка оснащена генераторами звуковой частоты / для определения трассы подземных коммуникаций и места повреждения кабелей трех исполнений со следующими техническими данными:
выходная мощность 1,5 Вт; частота 1030 и 10000 Гц; выходное сопротивление 0,5 Ом — 5 кОм; питание — от встроенных элементов 1,2 В; продолжительность работы 8 ч; габариты 315X165X300 мм; масса 4,9 кг;
выходная мощность 3 Вт с встроенной батареей и 10 Вт с внешним источником питания; частота 1030 и 10 000 Гц; выходное сопротивление 0,7 Ом — 2,2 кОм; питание — встроенный элемент 12 В или сеть 220 В;
выходная мощность 200 Вт; частота 1030 и 10 000 Гц; выходное сопротивление 1,5 Ом —1,5 кОм; значения тока 0,6; 3 и 15 А; габариты 540X155X 345 мм; масса 24 кг. Кабелеискатель 2 (рис, 18) содержит поисковую катушку, наушники и переносный прибор, содержащий два усилителя, батарею, элементы настройки и стрелочный индикатор. Кабелеискатель снабжен кристаллическим микрофоном при определении места повреждения акустическим способом и динамическим микрофоном при определении течи из трубопроводов. Кабелеискатель работает на частотах 50, 1030 и 10000 Гц.
Микросекундомер 7 (рис. 18) работает по методу отражения импульсов и имеет диапазон действия до 20 км; диапазон измерения прибора 10, 20, 50 и 200 мкс; минимальная длина развертки по времени 1 мкс; питание прибора — от сети 220 В; габариты 390X380X165 мм; масса 10 кг.
Основным элементом передвижных установок являются устройства для испытания кабелей и определения в них мест повреждения и подачи импульсов высокого напряжения.
Прожигательно-импульсные устройства, в зависимости от назначения передвижной установки, выпускаются фирмой RFT в двух вариантах:
выпрямленное напряжение на выходе 15 кВ, ступени прожигания: 15 кВ —0,075 А; 3 кВ —0,3 А; 600 В — 1,6 А; 100 В —10 А;
выпрямленное напряжение на выходе 110 кВ, ступени прожигания: 110 кВ —0,007 А; 15 кВ —0,075 А; 3 кВ — 0,3 А; 600 В — 1,6 А; 100 В — 10 А.
Кратковременно ток при прожигании может достигать 40 А. Структурная схема прожигательно-импульсного устройства приведена на рис. 19.
Импульсная приставка 1 обеспечивает максимальную мощность импульсов 900 Вт-с. При применении дополнительных конденсаторов емкостью 50 мкФ на напряжение 3 кВ энергия импульсов может быть повышена.
Прожигательно-импульсное устройство 12 имеет следующие габариты и массу:
блок управления 13 — 540x338x315 мм; 30 кг; устройство — 575X500X1200 мм; 200 кг. Для соединения устройства с испытуемым кабелем служат высоковольтные гибкие кабели длиной по 50 м с изоляцией на 15 и 110 кВ. Заземляющий провод на барабане установки имеет сечение 6 м² и длину 50 м.
Фирмой SEBA Dynatronic (ГЕРМАНИЯ) выпускается несколько модификаций передвижных установок на базе автобусов, предназначенных для испытания кабелей, определения в них места повреждения, проверки состояния изоляции электрооборудования.

Рис. 19. Структурная схема прожигательно-импульсного устройства:
1 — импульсная приставка: 2 — ступень прожигания 0,1 кВ; 3 — ступень прожигания 0,6 кВ; 4 — ступень прожигания 3 кВ; 5 —ступень прожигания 15 кВ; 6— разрядный резистор; 7—переключатель; 8 — сглаживающий резистор; 9 — приставка на 110 кВ; 10 — ступень испытания 110 кВ; 11 — испытательный трансформатор; 12 — прожигательно-импульсное устройство; 13 — блок управления
Передвижные кабельные установки оснащены аппаратурой и электроизмерительными приборами, позволяющими осуществлять:  контроль состояния кабелей; прожигание места повреждения кабеля; определение зоны повреждения; точное определение места повреждения. Ниже рассмотрены технические данные аппаратуры и приборов, применяемых фирмой для комплектации передвижных испытательных установок.
Аппараты для прожигания места повреждения кабеля имеют как ступенчатое регулирование напряжения прожигания, осуществляемое при помощи переключателя, так и плавное тиристорное управление (табл. 22). Перегрузка аппарата предотвращается взаимодействием регулировочного усилителя и устройства управления на тиристорах. При внезапных КЗ или при падении сопротивления в местах пробоя кабеля ток прожигания автоматически устанавливается на постоянное, заранее выбранное значение. При этом напряжение зажигания остается прежним, благодаря чему процесс прожигания не прерывается. Тем самым имеется возможность осуществлять прожигание при малых токах и предотвращать повреждение соседних жил.

Таблица 22. Технические данные аппаратов для прожигания кабелей

Зона повреждения кабеля определяется с помощью электронного микросекундомера с кинескопом, имеющего пределы измерения 1; 3; 10; 30; 100 и 300 мкс. Точность измерения составляет 0,005 мкс.      
Импульсная приставка фирмы SEBA Dynatronic состоит, из трех конструктивных частей: генератора высокого напряжения, конденсаторной батареи и шарового разрядника.
Конденсаторная батарея состоит из четырех импульсных конденсаторов, зарядка которых осуществляется кремниевыми выпрямителями. Искровой разрядник обеспечивает последовательность создаваемых импульсов в диапазоне 0,2—1 Гц.
Технические данные генераторов импульсов различных типов приведены ниже:

Генераторы импульсов обеспечивают возможность подачи в испытуемый кабель как одиночных импульсов, так и с интервалами 1,5; 3; 6 с.
Генераторы звуковой частоты работают в диапазонах 50; 1450 и 10 000 Гц и укомплектованы телефонными наушниками, микрофонами, передающими рамками для определения места повреждения с помощью шагового напряжения, звукочастотным методом и т. п.
По мнению фирмы, около 70 % повреждений в кабелях возможно определить с помощью простых приборов. В остальных случаях требуется применение комбинаций приборов с использованием передвижной установки.
Технические данные генераторов звуковой частоты различных типов приведены ниже:

Фирмой разработан переносный универсальный комплект, включающий в себя: импульсный пеленгатор, прожигательное устройство, импульсный генератор, генератор звуковой частоты с набором поисковых катушек, почвенный геомикрофон и другие приспособления.
Фирма считает целесообразным размещение таких комплектов в основных городских распределительных устройствах. В этом случае передвижные установки применяются лишь для выявления сложных дефектов в кабелях.   Универсальный комплект СБТ-10 выполняет следующие работы:         
определение зоны повреждения кабеля с помощью импульсного локатора, питание которого осуществляется от встроенного аккумулятора или сухих батарей. Диапазоны измерения локатора 10 и 100 мкс;
прожигание дефектного места в кабеле при напряжении до 10 кВ, потребляемой мощности 2 кВ-А. Прожигание может вестись при плавном регулировании тока на ступенях: 1 — 50 В, 40 А; II —220 В, 9,6 А; III—1,5 кВ, 1,4 А; IV —3 кВ, 0,9 А; V —6 кВ, 0,4 А; VI — 10 кВ, 0,3 А. Прожигание на ступенях I и II ведется на переменном токе, на остальных — на постоянном токе;
определение места повреждения акустическим способом с помощью импульсного генератора с диапазонами работы:   I — импульсное напряжение 5 кВ, импульсная мощность 500 Вт-с; II — импульсное напряжение 10 кВ, импульсная мощность 500 Вт-с;
определение места повреждения индукционным методом с помощью генератора звуковой частоты мощностью 50 Вт, работающего на частотах 1450 и 10 000 Гц.
Габариты универсального комплекта 530X440X900 мм, масса 80 кг.
Для снятия зарядов с высоковольтных конденсаторов передвижных лабораторий используется разрядная шланга С резистором сопротивлением 1,6 МОм, мощностью 8 кВт, что соответствует постоянной времени разряда 30 с на 1 % приложенного напряжения при емкости 3 мкФ.
Электроснабжение передвижных установок может осуществляться от сети 220 В или от встроенного генератора мощностью 9 кВ-А, связанного с двигателем автомашины. Соединение аппаратуры передвижной установки с испытуемым объектом осуществляется кабелем длиной 50 м, сечением 6 мм² с изоляцией жилы на 140 кВ.
Таблица 23. Сравнительная оценка схем выпрямления

* При применении кенотронов в схеме выпрямления.
Электробезопасность при обслуживании передвижной установки достигается установкой автоматического выключателя, включаемого между корпусом установки и внешним заземлением. Диапазон срабатывания выключателя составляет 45—100 В. При недостаточном сопротивлении заземления установки вводится запрет на включение схемы ее высокого напряжения. Последнее предусмотрено также и при сопротивлении петли (заземляющий кабель установки — оболочка испытуемого кабеля), большем 6 Ом.
В ряде энергосистем передвижные лаборатории, имеющие испытательные трансформаторы на напряжение 100 кВ, дополнительно оснащаются элементами схемы удвоения выпрямленного напряжения для возможности испытания кабелей 35 кВ.
Сравнение различных схем выпрямления, обеспечивающих получение напряжения 175 кВ, показывает, что наиболее рациональной является схема удвоения с пульсирующим напряжением на выходе (табл. 23).
Установки, собранные по схеме удвоения, применяются в Челябэнерго, Мосэнерго, Башкирэнерго и других энергосистемах.
В связи с расширением области применения маслонаполненных кабелей на номинальное напряжение 110 и 220 кВ возникает необходимость в создании передвижных установок с получением от них испытательного выпрямленного напряжения 450—500 кВ. Такие установки созданы в Ленинградских кабельных сетях (ЛКС) и в СКТБ ВКТ Мосэнерго.
Испытательная установка ЛКС выполнена на базе двухосного прицепа с использованием реконструированной лаборатории ЭТЛ-35. В установке осуществлено удвоение испытательного напряжения до 200 кВ при каскадном соединении двух трансформаторов ИОМ-100/20, из которых один, в заводском исполнении, установлен в кузове лаборатории, а другой, реконструированный трансформатор, смонтирован на прицепе на четырех опорных изоляторах.
Разделительный трансформатор 220/220 В мощностью 20 кВ-А имеет изоляцию между обмотками и относительно корпуса 100 кВ, предназначен для возбуждения реконструированного трансформатора и смонтирован непосредственно под ним на платформе прицепа.
Два последовательно включенных конденсатора ИМ-100-0,1 смонтированы в стеклопластиковых корпусах на двух колонках из опорных изоляторов ИСС-110. Выпрямители в виде селеновых кассет 15ГЕ-1440У-М смонтированы в изоляционных покрышках, залитых трансформаторным маслом.
Делитель напряжения, предназначенный для измерения напряжения 500 кВ на выходе установки, выполнен с использованием микроамперметра на 100 мкА и резисторов КЭВ-2 общим сопротивлением 5000 МОм.
Металлические части изоляционных конструкций установки закрыты экранами, выполненными из листового алюминия. В транспортном положении элементы установки крепятся с помощью съемных тросовых оттяжек и подпирающих стержней, степень натяжения которых регулируется с помощью талрепов.
Выполненная таким способом установка успешно выдержала испытания в Ленэнерго.
В СКТБ ВКТ Мосэнерго для испытания кабельных линий на номинальное напряжение 110 и 220 кВ разработана выпрямительная установка на напряжение 450 кВ с учетверением напряжения. Каскадный выпрямитель — разборный и питается от передвижной лаборатории.
Измерение выпрямленного испытательного напряжения 60—200 кВ, получаемого от передвижной лаборатории или переносной установки, может быть осуществлено с помощью магнитоэлектрического прибора. В качестве добавочных резисторов в приборе могут быть использованы непроволочные композиционные резисторы серии КЛВ, представляющие собой фарфоровый стержень, на который нанесено проводящее лакопленочное покрытие.
Технические данные непроволочных композиционных резисторов КЛВ приведены ниже:

В качестве измерительного органа магнитоэлектрического прибора может быть использован микроамперметр, включаемый как на стороне высокого напряжения испытательной установки, так и на стороне, находящейся под нулевым потенциалом.
При включении измерительного прибора на стороне высокого напряжения может быть применена схема, предложенная в Челябэнерго. В этой схеме микроамперметр выпрямительной схемы использован для непосредственного измерения испытательного напряжения. Определение значения напряжения осуществляется путем измерения тока, протекающего через дополнительный резистор сопротивлением G60 МОм, выполненный из трех последовательно соединенных резисторов КЛВ-35 (220 МОм, 3,5 Вт). Резисторы помещены в бакелитовую трубку, имеющую на одном конце экранированный вывод с коаксиальным штекером, который вставляется в соответствующее гнездо, расположенное на корпусе микроамперметра. Напряжение измеряется по шкале микроамперметра, отградуированной с помощью Rui так, что 100 мкА соответствуют 100 кВ выпрямленного напряжения.
В ПНУ «Казэлектромонтаж» инженером В. И. Таракановским разработана конструкция киловольтметра МК-60М, предназначенного для измерения переменного и выпрямленного напряжения. Прибор имеет три диапазона измерения и две шкалы: для измерения переменного напряжения до 40 кВ и выпрямленного до 60 кВ.

Рис. 20. Схема киловольтметра МК-60М:
1 — делитель напряжения; 3 — измерительный прибор
Киловольтметр (рис. 20) собран на основе измерительного прибора 2 типа М93 с делителем напряжения 1 из последовательно соединенных (45 шт. по 6,8 МОм) резисторов ВС-0,5 общим сопротивлением 270—290 МОм. Резисторы и стабилитроны размещены в бумажно-бакелитовой трубке и залиты парафином. Основная погрешность измерения 2,5 %; габариты 90x170x250 мм; масса около 2 кг.
В Кировэнерго разработано несколько модификаций малогабаритных испытательных установок, одна из которых, аппарат МИА-3, питается от сети 220 В или от аккумуляторной батареи 24 В через преобразователь ПП1-2. Аппарат МИА-3 имеет мощность 0,7 кВ-А и обеспечивает получение напряжения промышленной частоты 50 кВ и выпрямленного напряжения 70 кВ. Габариты аппарата 410Х X 320X150 мм, масса 25 кг. Аппарат состоит из двух блоков: высоковольтного блока с встроенным кремниевым выпрямителем КЦ 201Е и блока управления с элементами защиты и измерения.