Выбор аппаратуры для испытаний электрооборудования - Аппаратура для испытания

2. АППАРАТУРА ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ПОВЫШЕННЫМ
НАПРЯЖЕНИЕМ ПРОМЫШЛЕННОЙ ЧАСТОТЫ

Схемы испытательных установок.

Приложение повышенного напряжения создает в испытуемой изоляции увеличенную напряженность электрического поля, что позволяет обнаруживать дефекты, вызвавшие недопустимое для дальнейшей эксплуатации электрооборудования снижение электрической прочности. Испытание повышенным напряжением позволяет выявлять дефекты изоляции, не обнаруживаемые другими способами.
•Испытание напряжением переменного тока является основным способом определения запаса прочности изоляции как в заводских, так и в эксплуатационных условиях, в последнем случае в пределах возможностей испытательных средств. Поэтому в эксплуатации испытаниям подвергается оборудование на напряжение до 35 кВ включительно и лишь в лабораторных условиях — на большее напряжение.
При испытаниях повышенным напряжением переменного и постоянного тока должен быть обеспечен быстрый и плавный подъем испытательного напряжения. Причем скорость подъема испытательного напряжения до одной трети может быть произвольной. Далее испытательное напряжение повышается со скоростью, допускающей производить визуальный отсчет по измерительным приборам, и по достижении установленного значения поддерживается неизменным в течение всего времени испытания.
Установки для испытания изоляции повышенным напряжением промышленной частоты состоят из следующих основных элементов: испытательного трансформатора 2, регулировочного устройства 1 и контрольно-измерительной и защитной аппаратуры (рис. 1).
Мощность испытательных трансформаторов, кВ-А, зависит от зарядной мощности испытуемых объектов и определяется их емкостью, а также значением испытательного напряжения:
где С — емкость, пФ; ώ — угловая частота, с-1; U — напряжение, кВ.

Рис. 1. Схема установки для испытания изоляции электрооборудования повышенным напряжением промышленной частоты:
1 — регулировочное устройство; 2 — испытательный трансформатор; 3 — ограничительный резистор; 4 — измерительный трансформатор напряжения; 5 — резистор; в—шаровой разрядник; 7 — испытуемый объект; At. Аг — амперметры; У,, V2, V3 — вольтметры; кV — киловольтметр
Таблица 2. Ориентировочные значения емкостей вводов, измерительных трансформаторов и изоляторов

Таблица 3. Ориентировочные значения емкостей обмотки статора гидрогенераторов

Ориентировочные значения емкостей отдельных изоляторов, кабелей, обмоток статоров генераторов, синхронных компенсаторов и измерительных трансформаторов приведены в табл. 2—6.
Аппаратура испытательных установок должна отвечать следующим основным требованиям:
а) в соответствии с ГОСТ 1516.2—76* действующее значение установившегося тока короткого замыкания (КЗ) на стороне высшего напряжения испытательной установки при напряжении испытания должно быть не менее 1 А. При испытании внутренней изоляции и в сухом состоянии внешней изоляции установившийся ток КЗ допускается меньше 1 А, но не менее 0,3 А.

Таблица 4. Ориентировочные значения емкостей обмоток статора турбогенераторов и синхронных компенсаторов

Таблица 5. Ориентировочные значения емкости одножильных кабелей

Таблица 6. Ориентировочные значения рабочей емкости кабеля Ср и емкости одной жилы на обмотку Св трехжильных кабелей

Примечание. В числителе приведены значения емкостей для кабелей 6 кВ. в знаменателе — 10 кВ.

При испытании внешней изоляции в сухом состоянии допускается ток КЗ меньше 0,3 А, но не менее 0,1 А, если установлено, что при уменьшенном токе результаты испытания отличаются от результатов испытания при токе 0,3 А не более чем на 3 %.
При испытании напряжением до 100 кВ изоляционных промежутков или частей изоляционных конструкций, заполненных жидким, газовым, твердым диэлектриком или их комбинациями, и испытываемых отдельно, установившийся ток КЗ допускается меньше 1 А. Рекомендуется применять установки с током КЗ не менее 0,1 А;
б)        в тех случаях, когда испытательное напряжение ниже номинального напряжения испытательного трансформатора, его нагрузка ограничивается номинальным током, протекающим по обмотке, и необходимая мощность трансформатора, кВ-А составляет:

где /Исп — ток, А; РНсп — нагрузка, кВ-A; Un сп — испытательное напряжение объекта, кВ; Uном — номинальное напряжение вторичной обмотки испытательного трансформа: тора, кВ;
в)        при испытании внутренней изоляции электрооборудования во избежание искажения формы кривой испытательного напряжения установка должна питаться от линейного напряжения сети;
г)         если установка предназначена для испытания фарфоровых изоляторов потоком искр, мощность испытательного трансформатора должна быть в 3 раза больше расчетной, а для получения устойчивого разряда через воздушный промежуток последовательно с обмоткой НН трансформатора должно быть включено индуктивное сопротивление XL, значение которого подбирается опытным путем, а номинальное напряжение трансформатора выбирается на 15—20 больше испытательного напряжения проверяемого изолятора;
д)        при емкостной нагрузке испытательного трансформатора должны быть учтены параметры установки, при которых могут возникнуть резонансные явления, вызывающие лавинный характер повышения напряжения. Резонанс напряжения контура, образованного емкостью нагрузки (испытуемого объекта) и включенными последовательно с ней индуктивностью рассеяния трансформатора и индуктивностью сети, включая регулирующие устройства, возникает при применении регулирующих дросселей, маломощных потенциал-регуляторов, т. е. аппаратов с значительным реактивным сопротивлением.
Резонанс напряжения может возникнуть, если значение реактивного сопротивления испытательной установки, приведенное к стороне ВН испытательного напряжения, будет больше значения, Ом,
где С — емкость испытуемого объекта, пФ.
Резонанс токов возникает в контуре, составленном емкостью нагрузки и параллельно включенной ей индуктивностью холостого хода трансформатора. Он может иметь место, если напряжение регулируется с помощью регулятора, имеющего большое сопротивление, например реостата, и сопровождается резким снижением тока, потребляемого из сети.
Поскольку в последнее время широко применяется регулирование напряжения с помощью потенциометров или автотрансформаторов, случаи возникновения резонансов тока при испытаниях редки. Во избежание резонанса токов испытательный трансформатор следует выбирать с таким расчетом, чтобы он был предельно загружен и имел небольшое напряжение КЗ;
е) согласно действующим нормативам форма кривой напряжения промышленной частоты при испытании изоляции должна быть практически синусоидальной, а частота напряжения должна быть в пределах от 45 до 55 Гц. При испытании оборудования на месте установки форма кривой напряжения и частота питающей сети могут не контролироваться, ибо эти параметры поддерживаются на шинах источника питания. Но в зависимости от вида регулятора напряжения форма кривой напряжения может быть существенно искажена.
При регулировании напряжения устройствами, имеющими малое индуктивное сопротивление (например, автотрансформаторами), форма кривой испытательного напряжения трансформатора остается практически синусоидальной.
При регулировании напряжения устройствами с большим сопротивлением возможны большие искажения формы кривой напряжения, в силу чего форма кривой первичного и, следовательно, вторичного напряжения испытательного трансформатора окажется несинусоидальной. Искажение формы кривой напряжения тем меньше, чем меньше отношение тока намагничивания трансформатора
к току нагрузки, и, следовательно, целесообразно использование трансформаторов в режимах с номинальными нагрузочными параметрами.
Если в напряжении питающей сети содержатся высшие гармонические составляющие, как, например, на подстанциях с выпрямителями, возможны значительные искажения формы кривой испытательного напряжения при всех видах регулировочных устройств.
Для испытания повышенным напряжением применяются как специальные трансформаторы, в том числе и компенсирующие, так и силовые однофазные и трехфазные. При отсутствии специальных испытательных трансформаторов возможно применение имеющихся в наличии различных трансформаторов (от маслопробойных и кенотронных аппаратов, трансформаторов напряжения и др.). При применении трансформаторов напряжения в качестве испытательных для получения необходимого испытательного напряжения допускается обмотки ВН соединять последовательно. В случае необходимости допускается перевозбуждать измерительные трансформаторы напряжения, кроме каскадных, на 30—50 % номинального напряжения. При этом ток намагничивания не должен превышать значения, допустимого по условиям нагрева. Напряжение, получаемое при испытании на любом из выводов последовательно соединенных обмоток ВН трансформаторов напряжения, не должно превышать 90 % установленного заводом-изготовителем.
Максимальная мощность по условиям нагрева для трансформаторов напряжения, используемых в качестве испытательных, указана в табл. 7.
Поскольку испытательные трансформаторы применяются относительно редко и нагрузка их кратковременна, в последние годы они конструируются в расчете на режим, обусловленный условиями нагрева в процессе испытания. В этом случае возможно допустить нагрузку по току большей по сравнению с номинальной в 2—2,5 раза. У таких трансформаторов в паспорте имеется соответствующее указание и между испытаниями должен строго соблюдаться период охлаждения (до 1 ч).
Силовые и измерительные трансформаторы при использовании их в качестве испытательных допускают и кратковременную перегрузку по току выше номинального, предел которого определяется также нагревом обмоток. Силовые трансформаторы можно перегружать в 2,5—3 раза, а измерительные трансформаторы напряжения — в 3—5 раз при трехразовом испытании объекта с 1—2-минутным перерывом между приложениями напряжения. Если в ходе испытания с указанной перегрузкой возникает необходимость произвести повторные испытания, то до их выполнения трансформатору следует дать возможность охладиться в течение не менее 15—20 мин.

Таблица 7. Нагрузочные характеристики трансформаторов напряжения

* Трехкратная одноминутная нагрузка с двухминутными перерывами между приложениями напряжения.
** При последовательном соединении обмоток НН.
При испытании изоляции объектов, имеющих большую собственную емкость (обмотки генераторов большой мощности или с малым числом оборотов, кабели и т. д.), можно уменьшить значение мощности испытательной установки, прибегнув к компенсации емкостного тока. Для получения достаточной мощности иногда используют параллельное включение нескольких трансформаторов. В тех случаях, когда мощность испытательного трансформатора недостаточна для комплексного испытания электрооборудования, делят шины на участки, производят испытание по фазам или другими способами уменьшают значение емкости одновременно испытываемой изоляции.
При отсутствии  трансформатора на необходимое испытательное напряжение может осуществляться последовательное включение трансформаторов (рис. 2).
При необходимости испытания повышенным напряжением объектов с изолированным от земли электродом (проходные изоляторы, литые трансформаторы тока и т. д.) может быть применена схема (рис. 2, а) с использованием измерительных трансформаторов ЗНОМ-15, 3HOM-35 и других, один из выводов обмотки ВН которых рассчитан на полную изоляцию, а другой — нормально заземлен.

Рис. 2. Схемы соединения обмоток испытательных трансформаторов:
I, 2 — испытательные трансформаторы; 3 — разделительный трансформатор; 4 — обмотка ВН трехфазного трансформатора; 5 — обмотка НН трехфазного трансформатора; 6— регуляторы напряжения; 7 —испытуемый изолятор; 8 —изоляционная подставка
При заземлении одного из электродов объекта могут быть использованы схемы каскадного соединения трансформаторов. Возбуждение второго трансформатора каскада может осуществляться либо с помощью специальной обмотки трансформатора 1 (рис. 2,6), либо через вспомогательный разделительный трансформатор 3 (рис. 2, в). При применении схемы, показанной на рис. 2, б, первый трансформатор каскада будет нагружен больше второго. При наличии трансформатора с ослабленной изоляцией одного из выводов обмотки ВН можно применять схему, показанную на рис. 2, г, в которой напряжение, получаемое от трансформатора 1, должно соответствовать классу изоляции ослабленного вывода.
Испытание изоляции обмоток силовых трехфазных трансформаторов, а также использование их в качестве испытательных может быть достигнуто при повышении магнитного потока в одном из стержней трехфазного трансформатора. В этом случае напряжение подается к любым двум параллельно соединенным фазам обмотки НИ (рис. 2,д), например к фазам а и с. Магнитные потоки стержней этих фаз замыкаются через стержень третьей фазы Ь, в результате чего магнитный поток и ЭДС в нем удваиваются. При таком соединении обмоток силового трансформатора представляется возможным испытать его главную и витковую изоляцию индуктированным напряжением промышленной частоты.
В зарубежной практике известны положительные результаты испытания объектов с большой емкостью переменным напряжением с частотой 0,1 Гц. В этом случае уменьшается требуемая мощность установки, а эффективность испытания, согласно литературным данным, остается той же, что и при промышленной частоте.