Выбор аппаратуры для испытаний электрооборудования - Приборы для измерения сопротивления изоляции

7. ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ И tg б
Приборы для измерения сопротивления условно можно подразделить на следующие группы: омметры, измерители сопротивления заземления, щитовые измерители сопротивления изоляции для сети с изолированной нейтралью, мегаомметры.
Выбор типа мегаомметра для определения сопротивления изоляции зависит от параметров объекта испытания и производится исходя из необходимого предела измерения и номинального напряжения объекта.
Предельные измеряемые значения сопротивления изоляции, МОм, для различных измеряемых объектов приведены ниже:

При выборе предела измерения руководствуются тем, что точность измерения будет наибольшей у того мегаом- метра, показания которого можно отсчитывать в средней части шкалы. При измерениях сопротивления изоляции вращающихся машин и силовых трансформаторов должна обеспечиваться стабилизация испытательного напряжения мегаомметра.
Как правило, в электрических установках с номинальным напряжением выше 1 кВ могут применяться мегаом- метры с номинальным напряжением 2500 В, имеющие верхний предел измеряемого сопротивления 10000—20000 МОм.
При испытании оборудования и цепей на номинальное напряжение менее 1000 В (вторичных цепей, двигателей, роторов вращающихся машин и т. д.) применяются мегаом- метры на номинальное напряжение 1000, 500 и 100 В. Наибольшее распространение получили мегаомметры, технические данные которых приведены в табл. 32. При выборе мегаомметров и пользовании ими учитывают, что рабочий диапазон температур окружающего воздуха, на который они рассчитываются, лежит в пределах от —30 до +40°С при влажности воздуха не более 90 %.
Индукторные мегаомметры, конструкция которых была разработана несколько десятилетий назад, состоят из генератора постоянного тока и измерительного прибора логометрического типа. Индукторные мегаомметры с ручным приводом не могут обеспечить точности отсчета в тех случаях, когда определяются значение сопротивления изоляции и коэффициент абсорбции.
При пользовании индукторными мегаомметрами серии МС следует учитывать характер изменения их нагрузочных характеристик, не обеспечивающих приложение номинального напряжения к объекту испытания с низким сопротивлением изоляции. При использовании зажима Э индукторного мегаомметра в схемах измерения возможно получение искаженных результатов. Значения сопротивлений схемы измерения включенных между зажимами Э и Л (Ra-n) и зажимами Э и 3 должны быть не менее приведенных в табл. 33. В этом случае ошибка в измерении не будет превышать 1,5 % длины рабочей части шкалы мегаомметра.
Электронный мегаомметр Ф 4100 (см. табл. 32) состоит из следующих функциональных узлов: импульсного стабилизатора напряжения, преобразователя напряжения, измерительного усилителя постоянного тока и двух реле времени, которые выдают сигналы через 15 и 60 с после подачи на объект выпрямленного напряжения и предназначены для удобства снятия абсорбционных характеристик.
Одним из способов контроля исправности линейных подвесных и подстанционных штыревых фарфоровых изоляторов является измерение сопротивления изоляции. Пригодные для использования в полевых условиях мегаомметры имеют сравнительно большие габариты и массу. Союзтехэнерго разработана портативная штанга-мегаомметр ШИ-1. Она представляет собой мегаомметр, встроенный в штангу и состоящий из преобразователя, измерительного элемента и блока питания. Блок питания состоит из шести элементов типа «Сатурн» или «Марс», рассчитанных на 15 ч непрерывной работы. Измерительный элемент, представляющий собой микроамперметр на 10 мкА, крепится к штанге вблизи ее ограничительного кольца.
Штанга состоит из трех звеньев: нижнего звена с преобразователем, блоком питания и измерительным элементом, среднего промежуточного удлиняющего звена длиной 85 см со штепсельными разъемами и верхнего звена длиной 100 см с щупами для подсоединения выводов мегаомметра к испытуемому изолятору. Общая длина штанги 285 см. Штанга-мегаомметр ШИ-1 обеспечивает на выходе напряжение 2500 В и имеет пределы измерения 200—5000 МОм. Общая масса штанги-мегаомметра 4 кг.
Штанга-мегаомметр на напряжение 5000 В разработана ЦНИЭЛ Донбассэнерго и предназначена для контроля многоэлементных подвесных и опорных изоляторов под рабочим напряжением. Напряжение питания схемы мегаомметра 9 В; основная погрешность — около 20%. Мегаомметр укреплен на штанге соответствующего класса напряжения и подсоединяется к контролируемому элементу, при этом измеряется ток утечки от приложенного постоянного напряжения 5 кВ, получаемого от мегаомметра.
Диапазон измеряемых сопротивлений 50—10 000 МОм. Интервалу между вспышками индикаторных ламп 1 с соответствует: для первой лампы 1000 МОм, для второй лампы 100 МОм.
Таблица 32. Основные технические данные мегаомметров завода «Мегомметр»

Таблица 33. Минимальные значения измеряемых сопротивлений изоляции

В Кузбассэнерго разработан мегаомметр на 5000 В для проверки состояния многоэлементной, подвесной и опорной изоляции. Габариты мегаомметра 355Х105Х60 мм; масса 1,4 кг.
Прибор для измерения сопротивления заземляющих устройств, активных сопротивлений и удельного сопротивления грунта выпускает Уманский завод «Мегомметр». Измеритель заземления М416 состоит из трех функциональных узлов: источника постоянного тока, преобразователя постоянного тока в переменный, измерительного устройства. Измерение сопротивления заземления приборами основано на компенсационном методе с применением вспомогательного заземлителя и потенциального электрода. Измеритель заземления имеет следующие технические данные:  четыре диапазона измерения: 0,1—10; 0,5—50; 2—200; 10— 1000 Ом; питание прибора — от сухих элементов напряжением 4,5 В; потребляемый ток не более 90 мА; напряжение на зажимах прибора при разомкнутой внешней цепи и номинальном значении напряжения источника питания не менее 18 В; габариты 245X140X170 мм; масса 3 кг.
Прибор выполнен в пластмассовом корпусе с откидной крышкой и снабжен ремнем для транспортирования. В отсеке нижней части прибора размещены сухие элементы. На лицевой панели прибора расположены элементы управления, ручки переключателя диапазонов и реохорды, кнопки включения, четыре зажима для подключения измеряемого объекта. Взамен снятого с производства прибора М416 Уманский завод «Мегомметр» выпускает прибор Ф 4103, обладающий повышенной помехозащищенностью и состоящий из блока питания, генератора и избирательного вольтметра. Прибор имеет диапазоны измерения: 0—0,3; 0—1; 0—3; 0—10; 0—30; 0—100; 0—300 и 0—1000 Ом. Погрешность измерения 2,5 % верхнего значения диапазона измерения. Питание осуществляется от девяти элементов 373; габариты 305X125X165 мм; масса 4 кг.
Оригинальная конструкция импульсного измерителя сопротивлений ИСИ-500 разработана в Сибтехэнерго. Измеритель предназначен для измерения сопротивлений заземлений опор BJ1 напряжением до 220 кВ без отсоединения грозозащитного троса и заземляющих спусков от опоры и без снятия напряжения с линии.
Принцип действия прибора основан на компенсационном методе измерения. Измерение сопротивления производится импульсным током, вырабатываемым генератором, встроенным в прибор. В процессе измерения в приборе сравниваются по значению два напряжения: напряжение на одном из нескольких эталонных резисторов и напряжение на измеряемом сопротивлении. Нуль-индикатор прибора включен по схеме измерения разности измеряемых напряжений. Диапазон измеряемых сопротивлений, осуществляемых прибором, 5—500 Ом; длительность импульса 5 мкс; ток в нагрузке — около 0,6 А. Питание прибора осуществляется от аккумуляторной батареи 12 В; потребляемый ток 4 А; габариты 320X300X200 мм; масса 7 кг.
Прибор М417 Уманского завода «Мегомметр» предназначен для измерения сопротивления цепи фаза-нуль в сети 380 В с глухозаземленной нейтралью в диапазоне от 0,1 до 1,6 Ом без отключения питающего напряжения контролируемой сети. Принцип работы прибора основан на измерении падения напряжения на образцовом резисторе.
Технические данные прибора: диапазон измерений до 2 Ом; рабочий диапазон измерений 0,1—1,6 Ом; основная погрешность 10%; длина рабочей части шкалы 65 мм; габариты 350X300X200 мм; масса 10 кг.
Компактная конструкция измерителя однофазного тока КЗ петли «фаза-нуль» разработана ПНУ «Казэлектромонтаж». В основу работы прибора положено определение падения напряжения на образцовом резисторе (2,5; 0,5 или 0,1 Ом) с последующим запоминанием его значения. Продолжительность прохождения тока через шунт составляет 6—7 мс. Включение и отключение осуществляются тиристором. По известному падению напряжения на шунте расчетным путем определяют значение активного сопротивления петли «фаза-нуль», а следовательно, и ток КЗ. Приведенный способ определения тока КЗ приемлем в случае, если определяемое значение тока не превышает 40 % максимального значения однофазного тока КЗ, создаваемого питающим трансформатором.

Таблица 34. Основные технические данные мостов для измерения тангенса угла диэлектрических потерь

* Предел измерения на низком напряжении.
** Приводимое напряжение при комплектно поставляемом эталонном  конденсаторе.
Таблица 35. Технические данные стационарных эталонных конденсаторов

Установка для измерения тангенса угла диэлектрических потерь в изоляции электрооборудования включает в себя: испытательный трансформатор, напряжение на высокой стороне которого при эксплуатационных измерениях обычно не превышает 10 кВ, регулировочное устройство, собственно измерительное устройство, фазорегулятор или ему подобное устройство, эталонный конденсатор и комплект контрольно-измерительных приборов. Выбор регулятора и испытательного трансформатора производится с учетом питающего напряжения, емкостной нагрузки испытуемого объекта.
Технические данные наиболее распространенных типов электроизмерительных мостов приведены в табл. 34.
Таблица 36. Технические данные фазорегуляторов

Примечания: 1. Фазорегуляторы серии ФР предназначены для изменения фазы вторичного напряжения относительно первичного на 120°. 2. Обозначение фазорегулятора: ФР — фазорегулятор; 4,5 — габариты;  условная высота пакета; Р — привод механизма поворота ротора только ручной.

В ряде случаев возникает необходимость измерения тангенса угла диэлектрических потерь по нормальной мостовой схеме при более высоких испытательных напряжениях по сравнению с теми, на которые выпускаются комплектно поставляемые с мостами эталонные конденсаторы до 10 кВ. Поэтому могут быть использованы эталонные конденсаторы, выпускаемые в Германии, технические данные которых приведены в табл. 35.
При измерении тангенса угла диэлектрических потерь во время эксплуатационных испытаний высоковольтного оборудования, чтобы исключить влияние на результаты измерения электростатических полей, возникает необходимость в изменении фазы вторичного напряжения, подводимого к испытательному устройству.
Опытным заводом ВЭИ была изготовлена небольшая серия фазорегуляторов МАФ-22 на базе асинхронного электродвигателя с фазным ротором.
Фрунзенским заводом «Тяжэлектромаш» выпускаются фазорегуляторы, некоторые из которых могут найти применение при измерении тангенса угла диэлектрических потерь (табл. 36).
Другим способом исключения электростатических влияний при измерении тангенса угла диэлектрических потерь является применение измерительного устройства, работающего на частоте, отличающейся от частоты тока влияния. Так, получило распространение измерение на частотах 100 и 25 Гц.
НИИПТ была предложена методика измерения tgϬ на частоте 100 Гц с использованием моста МД-16, у которого в качестве нулевого индикатора применен гальванометр М501, имеющий предел рабочих частот 50—100 Гц. Источником напряжения частоты 100 Гц является асинхронный двигатель с фазным ротором, к статору которого подводится трехфазное напряжение промышленной частоты. Ротор вращается вторым электродвигателем с частотой, равной номинальной, но в обратном направлении. Поэтому в роторе первого электродвигателя индуктируется напряжение удвоенной частоты.

В Днепроэнерго разработан удвоитель частоты, включающий выпрямительный мост из диодов ВК-200 с резистором 20—40 Ом на выходе и емкостью 270—330 мкФ, включаемой последовательно с нагрузкой. Известны случаи применения преобразователей постоянного тока, питаемых от мощных аккумуляторов для получения переменного тока, используемого в мостовых схемах при измерениях tg 6 объектов небольшой емкости. Напряжение аккумуляторной батареи, требующееся для питания преобразователя, 24 В, на выходе выпрямителя обеспечивает напряжение 220 В частоты 50 Гц. Форма переменного напряжения близка к прямоугольной. Мощность преобразователя не менее 200 Вт; габариты 280X210X230 м; масса 10 кг.
Одна из конструкций установки для измерения tg б электрооборудования 220—500 кВ в условиях влияния электрического поля предложена в Башкирэнерго. Установка состоит из реконструированного моста Р-595, ферромагнитного преобразователя частоты, регулятора напряжения и имеет следующие технические данные: номинальное напряжение 120/10000 В; частота при измерении tg6 50 и 100 Гц; мощность 0,6 кВ-А; габариты 300X400X300 мм; масса 35 кг.
Передвижная установка для измерения tg б на базе мотороллера разработана в Кузбассэнерго. Она выполнена с применением устройств блокировок звуковой и световой сигнализации, укомплектована заземляющим ножом, фазорегулятором, мостом и испытательным трансформатором. При оценке состояния изоляции маслонаполненного оборудования (вводов, трансформаторов и т. п.) возникает необходимость определения тангенса угла диэлектрических потерь трансформаторного масла, для определения которого разработаны специальные сосуды, состоящие из двух частей: высоковольтного электрода, выполненного в виде плоского сосуда и предназначенного для заполнения испытуемым маслом, и измерительного электрода с охранным кольцом.
Измерительный низковольтный электрод изолируется от охранного кольца и высоковольтного электрода с помощью трех изоляционных распорок. В центре измерительного электрода укреплен патрубок с отверстием для установки термометра и зажимом для подсоединения электрода к мостовой схеме. Для изготовления электродов сосуда применяется нержавеющая сталь марки 12Х18Н9Т. Поверхности электродов, находящиеся в контакте с испытуемым маслом, должны иметь высокую чистоту обработки. Твердые электроизоляционные материалы, применяемые в конструкции сосуда, не должны адсорбировать испытуемые жидкости и промывочные составы, а также растворяться в них или оказывать влияние на испытуемое масло и результаты измерений. В наибольшей степени указанным требованиям отвечает плавленый кварц и фторопласт-4. Зазор между измерительным электродом и дном плоского сосуда, а также между измерительным электродом и охранным кольцом должен быть в пределах 2±0,1 мм. Измерение tg6 жидких диэлектриков производится мостом Р5026 при напряженности электрического поля 1 кВ/мм.