Выбор аппаратуры для испытаний электрооборудования - Компенсирующие трансформаторы и реакторы

При испытании повышенным напряжением промышленной частоты изоляции крупных генераторов и прожигании дефектных мест в силовых кабелях требуются испытательные установки значительной мощности.
Мощность аппаратуры установки может быть уменьшена, если воспользоваться явлением резонанса тока в испытательной схеме. Это может быть достигнуто двумя способами: присоединением параллельно одной из обмоток испытательного трансформатора специально подобранной катушки индуктивности, изменением индуктивного сопротивления испытательной установки и, в частности, регулированием индуктивного сопротивления испытательного трансформатора. В первом случае катушка индуктивности может присоединяться как на стороне высокого напряжения параллельно испытуемому объекту, в результате чего уменьшается мощность испытательного трансформатора и регулировочного устройства, так и на стороне низкого напряжения— параллельно обмотке НН испытательного трансформатора. При этом уменьшается мощность регулировочного устройства.
При компенсации емкостного тока на стороне высокого напряжения (рис. 22) потребляемая мощность испытательной установки без учета активной составляющей тока равна

где РИСп — потребляемая мощность испытательной установки, кВ-А; Оисп — испытательное напряжение, кВ; С — емкость изоляции объекта, пФ; L — индуктивность компенсирующей катушки, Гн.

Рас. 22. Схемы компенсации емкостного тока:
а — с помощью резонанса токов, с компенсацией емкостного тока индуктивностью ни стороне высокого напряжения; б —с помощью резонанса напряжений; I — регулировочное устройство; 2 — испытательный трансформатор; 3—компенсирующая катушка индуктивности; Сх— испытуемый объект
При компенсации емкостного тока, осуществляемого на стороне низкого напряжения, потребляемую мощность регулировочного устройства ориентировочно можно определить по формуле
где Ррег — мощность, потребляемая регулировочным устройством, кВ-А; п — коэффициент трансформации испытательного трансформатора.
В качестве катушек индуктивности, устанавливаемых на стороне высокого напряжения испытательной установки, могут применяться как специально разработанные компенсирующие катушки, так и заземляющие реакторы, служащие для компенсации емкостных токов замыкания на землю. Две модификации специальных компенсирующих катушек были разработаны и изготовлены в небольшом количестве ТЭРЗ Ленэнерго.
Катушки позволяют компенсировать емкости вращающихся машин (первая — в пределах 0,25—0,4 мкФ, вторая— 0,6—1,2 мкФ) и являются элементом испытательной установки, состоящей из испытательного трансформатора ИОМ-35-70/30 и регулировочного устройства мощностью 30 кВ-А. Номинальное напряжение обмотки компенсирующих катушек 35 кВ, испытательное 38,5 кВ. Обмотка каждой из катушек вместе с магнитопроводом помещена в бак с маслом и имеет несколько отпаек для ступенчатого регулирования индуктивного сопротивления (табл. 25).
Выпускаемые промышленностью реакторы для компенсации емкостных токов замыкания на землю (табл. 26) могут быть использованы при испытаниях повышенным напряжением промышленной частоты мощных гидрогенераторов.
Совмещение компенсирующей катушки с испытательным трансформатором позволяет получить более компактную испытательную установку. Конструктивное выполнение полученных таким путем компенсирующих трансформаторов весьма разнообразно. Известны конструкции трансформаторов, обеспечивающих плавное или ступенчатое изменение индуктивного сопротивления.
Последнее достигается: регулированием воздушного зазора магнитопровода, за счет подмагничивания постоянным током крайних стержней трехстержневого магнитопровода.
Таблица 25. Значения параметров компенсирующих катушек

Таблица 26. Параметры заземляющих дугогасящих реакторов

выполнением отпаек от обмотки ВН, изменением потокосцепления между обмотками ВН и НН, за счет механического перемещения последней и т. п.
Многие конструкции компенсирующих трансформаторов выполнены с регулируемым воздушным зазором магнитопровода. Последние могут иметь один подвижный или неподвижный сердечник; П-образные с двумя регулируемыми зазорами; Т-образный с одним регулируемым зазором.
Определенное распространение получили компенсирующие трансформаторы со стержневым магнитопроводом, имеющие существенные поля рассеяния. У таких трансформаторов обмотки ВН могут иметь отпайки для более точной настройки на резонанс.

В зависимости от значения испытательного напряжения компенсирующие трансформаторы выполняются в сухом исполнении или с активной частью, располагаемой в баке с маслом. В большинстве случаев компенсирующие трансформаторы выполняются на напряжение 18—35 кВ. Лишь немногие конструкции трансформаторов изготовлены на более высокие напряжения 40—70 кВ. Конструкции компенсирующих трансформаторов с одностержневым магнитопроводом разработаны в Челябэнерго, Свердлованерго, Башкирзнерго и ряде других энергосистем.
Основными элементами компенсирующего трансформатора Челябэнерго на напряжение 40 кВ, мощностью 100 кВ-А, предназначенного для испытания изоляции обмотки статора генераторов ТГВ-300, являются разомкнутый магнитопровод из холоднокатаной стали и обмотки НН и ВН. Длина магнитопровода 210 мм, сечение 8400 мм², форма сечения трехступенчатая. Среднее значение индукции в сердечнике принимается 1,8 Тл; масса сердечника 13,5 кг.
Первичная обмотка состоит из 94 витков, намотанных проводом марки ПВД сечением 3X3,5мм. Обмотка ВН намотана проводом ПЭВ-0,74 и состоит из 1300 витков. Индуктивное сопротивление трансформатора подобрано под испытуемую емкость генератора 0,21 мкФ. Для этого обмотка ВН наматывается на изоляционный цилиндр, и при вставленном сердечнике определяется сопротивление ~cdL2. Если измеренное сопротивление оказалось не равным расчетному хс=1 /а>Сх, то производится подгонка витков для получения Z2~xc с точностью 5 %.
При расчете компенсирующего трансформатора, метод которого предложен инженером Г. И. Китаевым, исходят из заданной емкости испытуемого объекта и значения испытательного напряжения. Расчетный диаметр сердечника, выполненного из холоднокатаной стали, принимается dx= 2,15 VР, а горячекатаной dx= 2,5 VР, где Р — мощность, потребляемая трансформаторами, кВ-А. Далее определяют размеры сердечника. Длина сердечника принимается равной двум диаметрам.
Количество витков обмотки НН

Количество витков обмотки ВН

Сечение провода обмотки НН выбирается по току (при напряжении обмотки НН 350 В):

Для провода обмотки ВН /"=0,314 Unc„Cx. Расчетная плотность тока принимается 4—5 А/мм² для сухих и 5— 6 А/мм² для масляных исполнений компенсирующих трансформаторов,
Резонансный трансформатор РА-2, выпускаемый Московским опытным заводом электромонтажной техники Минмонтажспецстроя, также имеет стержневой магнитопровод. Обмотка НН состоит из 330 витков, намотанных проводом марки ПДС сечением 16 мм². Обмотка ВН имеет
отпайку и выполнена проводом марки ПЭВ сечением 0,83 мм². Трансформатор обеспечивает в условиях резонанса максимальное напряжение на выходе до 25 кВ при максимальной реактивной мощности 300 квар и потребляемой активной мощности до 20 кВт. Напряжение холостого хода трансформатора составляет до 5,3 кВ на основном выводе и 3,5 кВ — на отпайке. Эффективная работа трансформатора обеспечивается при предварительном снижении пробивного напряжения в месте дефекта до 15—20 кВ. При этом может применяться режим прожигания на основном выводе, близкий к резонансу напряжения при диапазоне изменения емкости кабеля от 0,8 до 1,6 мкФ. При пробивном напряжении в месте дефекта кабеля 8—10 кВ прожигание может вестись в режиме, близком к резонансу тока как на основном выводе, так и на отпайке обмотки ВН трансформатора. Если пробивное напряжение снизилось до 5 кВ и менее при переходном сопротивлении в месте пробоя 20—30 Ом, то используется дожигание кабеля. Для уменьшения переходного сопротивления до малых значений дожигание можно вести непосредственно от сети 220 В, используя обмотку НН трансформатора в качестве реактора, при закороченной обмотке ВН.
Испытательная установка РУИГ-40/0,13-0,3 Башкирэнерго, предназначенная для испытания повышенным напряжением промышленной частоты генераторов с емкостью изоляции обмоток 0,13—0,3 мкФ, собрана на базе компенсирующего трансформатора ИОРМ-40. Обмотка ВН трансформатора имеет 10 выводов (рис. 23).

Рис. 23. Схема испытательной установки РУИГ-40/0,13-0,3: 1 — регулирующее устройство; 2 —разрядник; 3 — компенсирующий трансформатор ИОРМ-40
Таблица 27. Параметры компенсирующих трансформаторов

Рис. 24. Структурная схема испытательной установки СИУК-385/35:

1 — коммутационная аппаратура; 2 — регулирующее устройство; 3 — компенсирующий трансформатор с подвижным магнитопроводом; 4 — блок управления и защиты; 5 — электропривод; в — делитель напряжения; 7 — вольтметр; 8 — заземлитель; 9 — шаровой разрядник

Сердечник выполнен стержневым и вместе с обмоткой заключен в бак с маслом. Технические данные установки: напряжение питающей сети 220 В, напряжение на выходе 40 кВ; максимальная мощность, потребляемая из сети, 7,6 кВ-А; габариты 450Х Х510Х920 мм; масса 140 кг.
Компенсирующий трансформатор ИОРС (табл. 27) Свердловэнерго имеет одностержневой магнитопровод, выполненный из холоднокатаной стали толщиной 0,35 мм. Обмотка ВН, рассчитанная на напряжение 70 кВ, имеет шесть выводов, из них один для измерения испытательного напряжения. Остальные соответствуют резонансным емкостям: 0,337; 0,301: 0,226; 0,216 и 0,188 мкФ.
Сибтехэнерго разработаны две модификации испытательных установок СИУК-246/41 и СИУК-385/35 на базе компенсирующих трансформаторов ОМИК-246/41 и ОМИК- 385/35 для испытания изоляции обмоток генераторов различной мощности. Трансформаторы имеют магнитопровод П-образной формы с подвижной верхней частью. Воздушный зазор магнитопровода регулируется с помощью электропривода.
Оборудование установки размещено в металлическом контейнере, где расположены пульт управления с элементами управления и сигнализации, регулировочное устройство, компенсирующий трансформатор, заземлитель и т. п. (рис. 24).
Испытательная установка СИВ-700/60-55 с компенсацией емкостного тока на стороне высокого напряжения с помощью катушки индуктивности разработана ЦРМЗ Мосэнерго (рис. 25).

Рис. 25. Схема испытательной установки СИВ-700/60-55:
1 — регулятор напряжения; 2 — испытательный трансформатор; 3 — переключатель соединения обмоток испытательного трансформатора; 4 — переключатель вида напряжений; 5 — катушка индуктивности; 6 — переключатель операций; 7 —выпрямитель; 8 — микроамперметр; 9 — резистор с прибором; 10 — разрядный резистор; 11 — мегаомметр; 12 — шаровой разрядник; Сх — испытуемый объект
Установка предназначена для испытания гидрогенераторов с емкостью обмоток до 1,8 мкФ и состоит из испытательного трансформатора ИОМ-35-70/30 с регулятором напряжения АОМН-40-220, катушки индуктивности и выпрямительного блока ВП-60, смонтированных в металлическом контейнере.
Технические данные установки: мощность катушки индуктивности 700 квар; испытательное напряжение переменного тока 60 кВ; выпрямленное напряжение 55 кВ; испытательное напряжение при емкости обмоток 0,35—0,45 мкФ 51 кВ; испытательное напряжение при емкости обмоток 0,45—1,8 мкФ 35 кВ; ток, потребляемый из сети при емкости 1,8 мкФ и испытательном напряжении 35 кВ, 250 А; габариты установки 3000X2100X2000 мм; масса 4500 кг.
Представляет определенный интерес конструкция передвижной компенсирующей прожигательной установки, разработанной в Калининэнерго. Схема установки состоит из испытательного трансформатора, батареи конденсаторов и регулировочного устройства (рис. 26).
Установка работает следующим образом. Напряжение от сети 220 В через регулировочное устройство подводится к обмотке НН испытательного трансформатора, который имеет разомкнутый магнитопровод. Обмотка ВН испытательного трансформатора соединена с батареей конденсаторов, состоящей из резонансного конденсатора Ci=0,72 мкФ и разделительного конденсатора С2 с отпайками 0,15—0,3— 0,6 мкФ.

Рис. 26. Схема компенсирующей прожигательной установки Калининэнерго:
1 — регулирующее устройство; 2 — испытательный трансформатор; 3—испытуемый кабель; С1 — резонансный конденсатор; Сг — разделительный конденсатор с регулируемой емкость»
Наличие разделительного конденсатора позволяет производить настройку установки в резонанс независимо от длины кабеля. После пробоя кабеля в месте повреждения емкость разделительного конденсатора через дугу подключается параллельно емкости резонансного конденсатора, и установка работает в режиме резонанса. Наступление режима резонанса определяется по амперметру, включенному в обмотку НН, — по минимальному его показанию.
При необходимости прожигания при высоком напряжении параллельно резонансной установке к кабелю подсоединяется выпрямительная установка. От выпрямительной установки напряжение повышается до пробоя кабеля в месте повреждения. После пробоя дугу «подхватывает» компенсирующая установка, с помощью которой осуществляется режим дожигания при отключенной выпрямительной установке.
Применительно к малогабаритной передвижной лаборатории ПВЛ-10, серийно изготовляемой Ярославским электромеханическим заводом, в Таджикглавэнерго разработана конструкция компенсирующего трансформатора с регулируемым воздушным зазором магнитопровода со следующими техническими данными: напряжение питающей сети 220 и 380 В; испытательное напряжение 15 и 35 кВ при емкости испытуемых объектов соответственно 0,2 и 0,4 мкФ; габариты 450X530X890 мм; масса 250 кг. Применение компенсирующих трансформаторов в передвижных лабораториях расширяет их функциональные возможности, позволяет осуществлять прожигание силовых кабелей с номинальным напряжением 6—10 кВ и определять в них места повреждения при заплывающих пробоях.