3. АППАРАТУРА ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ПОВЫШЕННЫМ
ВЫПРЯМЛЕННЫМ НАПРЯЖЕНИЕМ
При испытании выпрямленным напряжением требуется значительно меньшая мощность испытательной установки, определяемая только током сквозной проводимости. Незначительная рассеиваемая в диэлектрике энергия не вызывает явлений теплового пробоя, и, следовательно, такое испытание позволяет проверить запас прочности изоляции с точки зрения чисто электрического пробоя. Пробивное напряжение при выпрямленном (постоянном) напряжении значительно выше, чем при переменном. Вместе с тем значение постоянного напряжения, необходимого для развития разряда по поверхности, может быть в 1,5—2 раза меньше приложенного напряжения промышленной частоты.
Распределение постоянного и переменного напряжения в изоляции испытуемого объекта различно. При постоянном напряжении распределение его (после стабилизации тока) определяется проводимостями слоев, а при переменном — главным образом частичными емкостями. Пробой при постоянном напряжении мало зависит от продолжительности его приложения, но колебания напряжения, обусловленные недостаточно тщательным выпрямлением, могут явиться причиной снижения пробивного напряжения. Электрическая прочность пропитанной бумажной изоляции при приложении постоянного напряжения может в значительной степени зависеть от температуры.
Поскольку пробой изоляции при постоянном напряжении зависит от полярности на рабочем электроде (жиле) и в среднем увеличение прочности при положительной полярности для кабельной изоляции может достичь 10—15 %, необходимо соблюдать однозначность приложенного напряжения. В испытательных установках к высоковольтным электродам объекта принято прикладывать отрицательный потенциал.
Схемы испытательных выпрямительных установок.
При испытании электрооборудования и кабелей выпрямленным напряжением нашли применение схемы однополупериодного выпрямления, приведенные на рис. 9. Область применения этих схем зависит от класса изоляции испытуемого объекта, параметров выпрямительных устройств и испытательных трансформаторов.
Рис. 9. Схема испытательной установки с двухполупериодным выпрямлением напряжения:
1 — стабилизатор напряжения; 2— регулятор напряжения; 3 — непитательный трансформатор.
Схемы двухполупернодного выпрямлеиия, не давая преимуществ, усложняют установку, увеличивают ее массу и потому не получают распространения при эксплуатационных испытаниях изоляции электрооборудования.
При выборе выпрямителей для схемы однополупериодного выпрямления необходимо учитывать, что в тот полупериод, когда выпрямитель заперт, при наличии емкости на нем, появляется напряжение, достигающее удвоенного значения.
Рис. 11. Схема удвоения выпрямленного напряжения с трансформатором, имеющим 2 один изолированный вывод:
1 — испытательный трансформатор; 2 — конденсатор; 3 — выпрямители; 4 — испытуемый объект
Наиболее широкое распространение получила схема однополупериодного выпрямления (рис. 10), позволяющая при существующих конструкциях выпрямителей получать выпрямленное напряжение 60—70 кВ.
Рис. 10. Схема однополупериодного выпрямления:
в — выпрямитель на стороне ВН; 6 — выпрямитель со стороны заземляемого вывода испытательного трансформатора; 1 — испытательный трансформатор; 2 — выпрямитель; 3 — испытуемый объект
Помимо указанного на рис. 10, а местоположения выпрямителя 2, т. е. на стороне высокого напряжения, возможно также включение его со стороны вывода трансформатора 1, связанного с потенциалом земли (рис. 10,6). При выборе для данной схемы аппаратуры необходимо учесть, что изоляция выводов испытательного трансформатора по отношению к корпусу должна быть рассчитана на значение, равное удвоенному испытательному напряжению.
Различают схемы удвоения, требующие применения испытательного трансформатора с одним изолированным выводом (рис. 11) или с двумя изолированными выводами. Схема удвоения с двумя изолированными выводами ввиду отсутствия компактных и транспортабельных испытательных трансформаторов не имеет заметных преимуществ по сравнению со схемой, приведенной на рис. 11, и поэтому не
получила сколько-нибудь большого распространения в энергосистемах.
В основу работы схемы умножения (рис. 12) положена схема многократного удвоения напряжения.
Схема удвоения (рис. 11) позволяет получать выпрямленное напряжение удвоенного значения по сравнению с амплитудой переменного напряжения.
Рис. 12. Схемы умножения выпрямленного напряжения:
а — схема умножения в четное число раз; 6 — схема умножения в нечетное число раз; 1 — испытательный трансформатор; 2 —испытуемый объект; CI, С2...— конденсаторы; VI, V2... — выпрямители
В стационарном режиме работа схемы удвоения сводится к тому, что за время одного полупериода от трансформатора заряжается конденсатор 2, а за время другого полупериода, когда напряжение на этом конденсаторе складывается с напряжением трансформатора, заряжается емкость объекта Сж.
Максимальное значение напряжения на емкости объекта равно:
где U — амплитудное значение напряжения на трансформаторе, В; AU — снижение напряжения на конденсаторе 2 за счет его разрядки на нагрузку (без учета падения напряжения в выпрямителе), В.
Поскольку емкость объекта также частично разряжается на резистор Rx, то минимальное напряжение на выходе схемы удвоения составит
где U„ — пульсация минимального напряжения, зависящая от частоты питающего напряжения и постоянной времени
R, Сх, В.
В общем случае применительно к схемам умножения, приведенным на рис. 12, при одинаковых значениях емкостей конденсаторов схемы умножения выпрямленное напряжение установки будет изменяться в пределах от Uмах= =2nU—AU до Umin=2nU—AU—W, где MJ — суммарное падение напряжения на отдельных ступенях схемы, В, определяемое как
6U — полная пульсация напряжения схемы умножения, В, равная
; п — число каскадно включенных схем удвоения; /— ток утечки объекта, А; С — емкость конденсатора схемы умножения, Ф; f—частота тока питания, Гц.
Напряжение, получаемое на выходе испытательной установки, собранной по схеме умножения, увеличивается непропорционально количеству выбранных ступеней выпрямления, так как при большом количестве ступеней резко увеличивается падение напряжения в схеме. Оптимальное количество ступеней выпрямления в схемах умножения может быть определено по формуле
где Umax — максимальное выпрямленное напряжение, В.
В состав испытательной выпрямительной установки входят (см. рис. 10): трансформатор переменного тока 1, рассчитанный на необходимое напряжение; выпрямитель 2; регулировочное устройство; комплект контрольно-измерительных приборов. При выборе элементов аппаратуры испытательной выпрямительной установки исходят из изложенных ниже соображений.
