Отличие электрической наладки элегазового оборудования заключается в необходимости проведения некоторых измерений на стадии монтажа, так как после монтажа к отдельным узлам оборудования доступа практически нет. Поэтому на стадии монтажа элегазового оборудования необходимо иметь бригаду квалифицированных наладчиков в составе не менее 2 чел. для производства необходимых измерений и испытаний.
Измерения электрического переходного сопротивления отдельных контактных соединений и отдельных участков токове- дущего контура возможны только до стыковки узлов оборудования. Особенно внимательно следует измерять сопротивления токоведущей цепи элегазового выключателя: при разомкнутых главных и замкнутых дугогасительных контактах сопротивление токоведущей цепи выключателя должно быть не более 500 мкОм, а при замкнутых тех или других контактах - не более ЮО мкОм. Сопротивление отдельных участков токоведущей цепи не должно превышать значений, приведенных в заводском Паспорте на конкретный вид оборудования. Сопротивление одного метра длины токопровода составляет обычно 16 мкОм, единичного переходного медно-алюминиевого контакта - не более 6 мкОм.
Сопротивление постоянному току обмоток трансформатора напряжения типа ЗНОГ-110 составляет: 6200 Ом для первичной обмотки; 0,024 Ом и 0,015 Ом - соответственно для вторичных обмоток.
В процессе монтажа проверяют также правильность работы контактов, коммутирующих вспомогательные цепи ККВЦ: сигналы о включении предшествуют моментам касания главных контактов разъединителей и заземлителей, т. е. сигналы должны поступать до замыкания главных контактов аппаратов; сигналы об отключении должны поступать после прохождения подвижными контактами расстояния не менее 80% расстояния между экранами этих контактов, т. е. сигналы должны поступать не ранее чем после прохождения 0,8 пути - хода контактов на размыкание. Действие главных контактов проверяют индикатором, а контактов ККВЦ - визуально.
При монтаже полюсов ячеек измеряют переходные сопротивления постоянному току контактов разъединителей и заземлителей.
После монтажа элегазового оборудования производят окончательную регулировку отдельных элементов, этим обеспечивается четкая работа оборудования при различных значениях давления воздуха в приводе и напряжения в цепях управления. Наладочные работы организовывают так, чтобы число операций, необходимых для измерений и испытаний, было минимальным или не превышало требований заводских инструкций и других технических материалов. Внешним осмотром убеждаются в отсутствии видимых повреждений, вмятин в корпусах, прочности крепления и затяжки фланцевых соединений, течи газа, а также наличии всех заземляющих шин (каждый фланец заземляют с двух сторон, а сильфонные компенсаторы шунтируются шинами).
До заполнения элегазом ячеек опробуют вручную работу приводов выключателя, разъединителя и заземлителя, одновременно проверяя правильность действия электромагнитных замков и срабатывания привода контактов, коммутирующих вспомогательные цепи ККВЦ.
Элегазовый выключатель.
Для проверки выключателя его пневматический привод заполняют сжатым воздухом до минимального давления, равного 1,6 МПа (16 кгс/см2), и проверяют 66 отсутствие утечек. Выключатель заполняют элегазом до верхнего предела избыточного давления, равного 0,65 МПа (6,5 кгс/см2).
Выключатель проверяют согласно заводской рекомендации в следующем порядке.
- Измеряют сопротивление постоянному току обмоток электромагнитов включения и отключения. Сопротивление всей обмотки равно (55 ± 3,5) Ом, рабочей секции-(10 ± 1,5) Ом.
- Измеряют минимальные значения напряжения срабатывания электромагнитов включения и отключения полюса выключателя. Согласно заводским данным, при напряжении питания 200 В постоянного тока значения минимального напряжения срабатывания составляют 154 В (0,71/ном), максимального 242 В ( 1,11/ном ). За минимальное напряжение срабатывания принимают такое его значение, при котором все еще возможно выполнение операций включений или отключения выключателя.
- Определяют минимальное давление срабатывания привода выключателя в циклах В, ОиО-В-О при номинальном значении напряжения на зажимах ЭВ и ЭО. Значения минимального давления воздуха в приводе должно быть в циклах В и В - О 1,75 МПа (17,5 кгс/см2), в циклах О-ВиО-В-О-1,9 МПа (19 кгс/см2), в цикле О-1,6 МПа (16 кгс/см2). За минимальное давление срабатывания привода выключателя принимают такое его значение, при котором еще возможны циклы работы выключателя.
- Определяют сброс давления в приводе элегазового выключателя при двух-трех операциях В и О при номинальных значениях давления воздуха в приводе выключателя и напряжения на выводах ЭВ и ЭО. Сброс фиксируется по манометру с ценой деления 0,02 МПа (0,2 кгс/см2) класса точности не более 0,6 через (30 ± 5) с после выполнения операции; он не должен быть более 0,12 МПа в цикле В и 0,17 МПа - в цикле 0.
- Определяют сброс на утечки в пневмоприводе выключателя через 30 мин после начала испытаний при включенных и отключенных клапанах.
- Измеряют осциллографированием собственные времена работы выключателя в циклах В и О и бесконтактную паузу при автоматическом повторном включении (АПВ) при номинальном значении напряжения на зажимах ЭВ и ЭО. Давление воздуха в резервуаре привода при этом номинальное и равно 2 МПа (20 кгс/см2). Измеряют собственные времена также при нижнем пределе давления воздуха, равном 1,75 МПа (17,5 кгс/см2) для циклов выключателя В и В - О, а также для этих циклов при верхнем пределе давления воздуха, равном 2,1. МПа (21 кгс/см2) ; для цикла О - при 1,65 МПа (16,5 кгс/см2) и цикла О - В - О - при 1,9 МПа (19 кгс/см2).
Таким образом, всего снимают 30 осциллограмм: в режиме В при давлении воздуха, равном 1,75; 2 и 2,1 МПа, в режиме О - при 1,6; 2 и 2,1 МПа, в циклах: В - О при 1,75 и 2 МПа, О - В - О при 2 МПа и О при 1,65 МПа на три полюса фаз А, В и С. По осциллограммам определяют и ток потребления обмоток электромагнитов ЭВ и ЭО.
- Определяют по осциллограммам разновременность работы полюсов элегазового выключателя (ВЭ). За разновременность принимают разность между наибольшим и наименьшим значениями собственных времен работы полюсов ВЭ при номинальных значениях напряжения на выводах ЭВ и ЭО и давления элегаза в резервуаре выключателя и сжатого воздуха в резервуаре привода ВЭ.
Собственное время выключателя в цикле В составляет (0,08 ± 0,02) с, в цикле О - (0,035 ± 0,005) с, минимальная бесконтактная пауза в цикле О - В - О при давлении в резервуаре привода, равном 2 МПа, составляет 0,32 с; продолжительность замкнутого положения контактов в цикле В - О - 0,12 с.
- Определяют по осциллограммам работы выключателя в циклах В и О (рис. 27) скорости движения контактной системы ВЭ. Скорости определяют при включении за 15 мм до замыкания контактов ВЭ и в момент замыкания контактов (норма 5+^ м/с); при отключении - в момент размыкания контактов и на участке 100 мм хода контактной системы после размыкания контактов ВЭ (норма при давлении в приводе ВЭ, равном 1,65 МПа, - не менее 5,5 м/с).
Рис. 27. Осциллограммы работы выключателя ВЭ-110 в циклах В и О:
I/—ход контактов выключателя
Методика подсчета значений скорости следующая: по осциллограмме определяют масштаб, с учетом значения хода контактов выключателя, равного (220 + 3) мм, и размера хода L по осциллограмме. Масштаб т = 220/L. В точках включения (цикл В) и отключения (цикл О) скорость определяют как отношение отрезка длины ±5 мм в масштабе ко времени, соответствующему этим отрезкам. Время отсчитывают по отметчику времени на осциллограмме. При расчете скорости на включение учитываются коэффициент механизма Кмех = 1,5, на отключение Кыех= 1,3.
Разъединитель и заземлитель проверяют в следующем порядке.
- Проверяют амперметром ток потребления электродвигателя привода разъединителя при номинальном напряжении на его зажимах. Ток потребления не должен превышать 6 А.
- Измеряют минимальное напряжение на зажимах электродвигателя, при котором надежно обеспечивается выполнение операций В и О. Минимально допустимое значение напряжения 187 В (0,85UHOM), наибольшее допустимое значение напряжения- 242 В (1,1 UH0M).
- Измеряют электросекундомером собственное время срабатывания разъединителя в циклах В и О (время от момента подачи команды на включение или отключение до момента замыкания или размыкания главных контактов разъединителя).
- Проверяют работоспособность разъединителя и заземлите- ля от ручного привода; затем проверяют действие разъединителя в циклах В и О от электродвигателя при значениях напряжения на его зажимах, равных 187 и 242 В (по 5 операций) и 220 В (25 операций).
- Проверяют правильность действия блокировки разъединителя: невозможно включить и отключить разъединитель при отсутствии напряжения на зажимах вспомогательных контактов (рукоятку вставить невозможно). При напряжении на зажимах блокировочного замка, равном минимальному значению 187 В постоянного тока, рукоятку вставить можно, т. е. разъединитель может быть включен от руки.
- Проверяют действие электромагнитов блокировки заземли- теля: при отсутствии напряжения на зажимах блокировочного замка оперировать заземлителем невозможно, т. е. невозможно его включить и отключить. При напряжении на зажимах блокировочного замка, равном 187 В, вставляют ключ, деблокируют привод заземлителя и дважды включают и отключают заземлитель (перед каждой повторной операцией В и О ключ вынимают из блок-замка и вновь вставляют).
Проверяют работу коммутирующих и сигнальных устройств распределительных шкафов и шкафов контроля давления при нижнем пределе напряжения на зажимах соответствующих элементов шкафов. Срабатывание элементов фиксируют визуально. Проверяют по утечкам и падению давления герметичность шкафов контроля давления. Расход воздуха на утечки ШКД не должен превышать 30 л/ч.
Проверка изоляции элегазового оборудования. Изоляция вторичных цепей управления, сигнализации, блокировки, подогрева испытывается переменным напряжением частоты 50 Гц в течение 1 мин. Значения испытательных напряжений зависят от условий испытания: 2 кВ - при отсоединенных цепях манометров, мановакуумметров, магнитных пускателей, контакторов, конденсаторов и патронов ламп; 1,5 кВ- после подсоединения манометров, мановакуумметров и патронов ламп; 0,8 кВ - после подсоединения конденсаторов.
Сопротивление изоляции первичной обмотки трансформаторов напряжения (ТН) по отношению объединенных вторичных обмоток а-х и ад-хд, измеренное мегаомметром на напряжение 2,5 кВ, должно быть не менее 1000 МОм.
Изоляцию первичной обмотки ТН типа ЗНОГ-110 испытывают возбуждением в ней напряжения при приложении напряжения частоты 50 Гц к выводам основной вторичной обмотки (выводы а -х): 40 В в течение 15 мин и 90 В в течение 1 мин.
Наладка элегазового оборудования показала, что для нее недостаточны только традиционные испытания изоляции повышенным напряжением, так как при этом не обеспечивается достаточная эксплуатационная надежность.
Отдельные взвешенные в элегазовом объеме частицы и другие посторонние предметы, которые оказываются в нем в результате небрежного выполнения монтажа, сборки и т. п., образуют при приложении напряжения проводящий мостик, способствующий пробою изоляции и преждевременной порче оборудования не из-за его дефектов, а из-за некачественного выполнения монтажных работ. Вместе с тем эти же частицы могут под воздействием приложенного напряжения сгруппироваться, стренироваться и выпасть в ловушки.
В то же время отсутствие пробоя при испытании повышенным напряжением не является достаточным основанием для признания качества изоляции, так как повреждение изоляции могло не произойти, несмотря на присутствие в газовом объеме металлических частиц или посторонних предметов (они могли выпасть в ловушки).
Поэтому для качественной оценки элегазовой изоляции применяют методы частичных разрядов и высокочастотной дефектоскопии, позволяющие выявить невидимые и необнаруженные в процессе изготовления, сборки и монтажа дефекты элегазового оборудования, и лишь после устранения этих дефектов КРУЭ подвергается испытанию повышенным напряжением.
Метод частичных разрядов.
Для выявления частичных разрядов в элегазовом оборудовании в процессе его монтажа и приемо-сдаточных испытаний применяют две схемы: простую неэкранированную и полностью экранированную.
Простая неэкранированная схема, называемая экспресс-схемой, позволяет относительно просто выявить наличие грубых дефектов уже при первичном осмотре и в процессе сборки элегазового оборудования, так как не требует для испытания пристыковки высоковольтного ввода и заполнения проверяемых объемов элегазом.
На объектах со значительным уровнем помех простая схема может не дать результатов, т.е. не выявить дефекты, поэтому на таких объектах предпусковые и приемо-сдаточные испытания проводятся по полностью экранированной схеме.
Каждая из указанных схем включает источник высокого напряжения, а также испытательную "линию" высокого напряжения, блок регистрации и измерения частичных разрядов, регулятор напряжения, пульт управления, фильтры высокочастотных помех питающего напряжения и высокого испытательного напряжения, соединительные не коронирующие под напряжением шины и барабаны с силовыми и контрольными кабелями.
В неэкранированной экспресс-схеме ввод испытательного высокого напряжения в испытуемый объект осуществляют не- коронирующей ошиновкой, и сигналы от частичных разрядов поступают от измерительного конденсатора.
В экранированной схеме высокое напряжение на испытуемый объект подается через специальный высоковольтный ввод, который пристыковывается специальным герметичным устройством к фланцу отсека испытуемой ячейки КРУЭ, а сигнал частичного разряда снимается через специальное входное устройство. Устройство комплектуют высоковольтным вводом, индуктивным фильтром, соединительным и калибровочным конденсаторами, стыковочным объемом. Сигнал частичного разряда снимают с соединительного конденсатора и подают на блок-резистор Н-18 и далее на регистратор частичных разрядов. Герметичные элементы "линии" заполняют элегазом через имеющиеся на них вентили, контроль за элегазом производят мановакуумметром.
Понятие о частичном разряде. Частичный разряд, согласно определению, приведенному в ГОСТ 20074-83, является электрическим разрядом, который шунтирует лишь часть изоляции между электродами, находящимися под разными потенциалами.
Частичный разряд в изоляции представляется местным разрядом на поверхности или внутри изоляции. Он проявляется в виде короны, скользящего разряда или пробоя отдельного элемента в изоляции. Частичный разряд возникает в тех местах изоляции, где понижена электрическая прочность. Причиной снижения электрической прочности изоляции может быть растрескивание изоляции, наличие трещин на ее поверхности или внутри, проникновение влаги в изоляцию. Элемент изоляции с пониженной электрической прочностью, являющийся источником частичного разряда, принято называть "включением".
Простейшая схема замещения диэлектрика с "включением" представлена на рис. 28.
Частичный разряд возникает тогда, когда напряжение на "включении" достигает значения, равного разрядному напряжению "включения", т. е. так называемому напряжению зажигания частичного разряда во "включении" UB 3. При разряде напряжение на "включении" уменьшается не до нуля, а до значения напряжения погасания разряда t/B n, составляющего в большинстве случаев от 10 до 90% напряжения зажигания разряда. Напряжение частичного разряда может быть выражено соотношением
где Св - емкость включения; Сд - емкость последовательно включенного с ним диэлектрика; Са - емкость остальной неповрежденной части диэлектрика.
Рис. 28. Схема замещения диэлектрика с 'включением'
Са — емкость исправной части диэлектрика; Св— емкость 'включения"!; Сд — емкость части диэлектрика, последовательного с 'включением"
Характеристики частичных разрядов. Частичные разряды характеризуют количественные параметры, к которым относятся заряд q, изменение напряжения Д1/в между электродами "включения", выделяемая при разряде энергия W4_p, частота следования пч р, средний ток 1ч р, средняя мощность
Через "включение" при разряде течет ток, определяемый переносом заряда q. Перенос заряда приводит к изменению напряжения на электродах "включения". Заряд q, проходящий через "включение" при частичном разряде, определяют из соотношения
Практически заряд q измерен быть не может, так как его прохождение связано с процессами внутри изоляции. Поэтому принято считать, что изменение напряжения на "включении" происходит при частичном разряде не от действительного заряда q, а от кажущегося заряда дч>р. Под кажущимся зарядом понимается заряд, при мгновенном введении которого во "включение" напряжение между электродами испытуемого объекта изменится на такое же значение, на какое изменилось бы при реальном частичном разряде при переносе действительного заряда q. Кажущийся заряд уменьшается с увеличением толщины d диэлектрика. Из определения кажущегося заряда g4 р вытекает, что
Частичный разряд приводит к выделению в диэлектрике энергии, расходуемой на разогрев и разрушение изоляции испытуемого объекта. Эта энергия запасается на емкостях Св, СдиСа и определяется (при условии, что Са » Сд) из соотношения
Частоту следования пч рчастичных разрядов определяют средним числом импульсов частичных разрядов в секунду. Практически при контроле частичных разрядов учитывают частичные разряды с кажущимся зарядом дч>р, превышающим установленное значение, или с кажущимся зарядом, находящимся в определенном интервале.
Средний ток равен сумме кажущихся зарядов всех частичных разрядов, проходящих за одну секунду, и измеряется в кулон в секунду или амперах. Средний ток 1чр за интервал времени tn представляет собой сумму абсолютных значений всех зарядов, отнесенных к интервалу времени tn:
При
равенстве абсолютных значений всех зарядов /чр =
Ьсли заряды различны по значению, то ток вычисляют по формуле
Для определения среднего тока следует выбирать не менее четырех уровней (к) кажущегося заряда, при этом начальный уровень должен соответствовать Jq, а регулировку уровней рекомендуется производить не более чем через 20 дБ.
Характер частичных разрядов в элегазе зависит, как в любой газовой среде, от давления газа, размеров "включения" (расстояния между электродами), в котором происходит разряд, рода диэлектрика и газа. В определенных условиях частичный разряд представляют серией микроразрядов; форма разрядов зависит от материала электродов, между которыми происходит разряд. При "включениях", расположенных вдоль направления силовых линий поля, электрическая прочность диэлектрика меньше ввиду большего выделения энергии.
Частичные разряды на напряжении переменного тока. Напряжение на изоляции, в том числе на "включении", соответствует приложенному напряжению, изменяющемуся по закону и = = Um sin cot, где Um - амплитудное значение напряжения.
Во "включении" частичный разряд произойдет лишь при значении напряжения зажигания разряда UB 3. После пробоя-разряда "включения" напряжение уменьшится до значения напряжения погасания разряда t/B_n, а после погасания частичного разряжение на "включении" снова возрастет до значения UB 3 , произойдет опять разряд, затем погаснет и т. д. Разряды чередуются через промежуток времени, необходимый для восстановления напряжения на "включении" до величины UB 3 , т. е. изменение напряжения Д UB = UB 3 - UB n на емкости включения Св следует закону изменения питающего напряжения (в нашем случае синусоидального).
Повторение частичных разрядов на "включении" будет продолжаться до момента прохождения синусоиды питающего напряжения амплитудного значения. При прохождении через максимум "включение" будет находиться под потенциалом, определяемым интервалом Д17в,т. е. между 17в>3 и UBn .На ниспадающей части положительной полуволны напряжение на "включении" уменьшается до нуля, а затем на отрицательной полуволне увеличивается до минус UB 3, т. е. увеличение напряжения происходит на отрицательной полуволне до значения минус 17в>3. Частичный разряд на "включении" приводит к уменьшению напряжения до значения минус UBn и т. д.
При таком механизме частичные разряды прекращаются при прохождении кривой напряжения через максимумы и вновь возникают при таком значении напряжения на объекте, при котором изменение напряжения на "включении" достигнет AUB = = - 1UB3 - UBn |. Частота и характер изменения частичных разрядов на отрицательной полуволне аналогичны и на положительной полуволне. В результате таких изменений дальнейшее повышение напряжения приводит в отдельных случаях к резкому возрастанию интенсивности частичных разрядов и возрастанию единичного кажущегося заряда единичного частичного разряда. Такие заряды называют критическими, они характеризуются кажущимся зарядом порядка 10"10 К л (для конденсаторной изоляции) и 10-8 -г- 10-7 Кл (для кабельной и аппаратной изоляции). Различие в интенсивности частичных разрядов определяется особенностями конструкции и структуры изоляции "включений", в которых развиваются разряды. Критические частичные разряды приводят к более интенсивному разрушению изоляции, сокращают срок службы изоляционных конструкций. Эти разряды, а также начальные частичные разряды имеют степенную зависимость напряжения (например, Рч р = АЕа), но для критических разрядов показатель степени а значительно больше (а = 12 + 16), чем для начальных частичных разрядов.
Диэлектрические потери при наличии частичных разрядов. При возникновении частичных разрядов большой интенсивности увеличиваются диэлектрические потери в изоляции. Это происходит за счет увеличения мощности, выделяемой при частичных разрядах.
При наличии частичных разрядов потери в диэлектрике проверяемого объекта емкостью Сх представляют в виде суммы потерь в основной изоляции и потерь частичных разрядов Рч.р. В то время как тангенс диэлектрических потерь практически не зависит от напряжения, сами потери пропорциональны квадрату напряжения, т. е. Р& = IP со Сх, tg 6а = IPg, где g = оСх tg ба -эквивалентная активная проводимость.
На практике число "включений" в изоляции не остается постоянным, оно растет с увеличением напряжения. Это приводит к большей зависимости числа и мощности разрядов от напряжения.
Каждый частичный разряд имеет свой физический механизм развития. Этот механизм зависит от среды, в которой происходит, и от переносимого им заряда. Физический механизм частичного разряда характеризуется значением кажущегося заряда. Частичный разряд, сопровождающийся излучением, имеет кажущийся заряд q4p = 10"15 -s- 10~14 К л и обусловлен развитием электронных процессов в местах наибольшей напряженности поля.
Частичные разряды в виде пробоя жидкого дилектрика между отдельными листами бумаги характеризуются зарядом q4p = =10"12 + 10-11 Кл. Частичные разряды с кажущимся зарядом до 10'11 Кл не вызывают быстрого разрушения изоляции, но при длительном воздействии напряжения вызывают старение изоляции и в конечном итоге могут привести к ее разрушению. Эти частичные разряды, называемые частичными начальными разрядами, приводят к изменениям в структуре диэлектрика, например образованию газовых пузырей в бумажно-масляной изоляции из-за разложения отдельных компонентов изоляции или переходу коронного разряда в скользящий поверхностный разряд.
В большинстве изоляционных конструкций с увеличением напряжения растет число включений, в которых развиваются частичные разряды. Появление новых включений ведет к разрушению диэлектрика и увеличению общего объема включений, а это, в свою очередь, приводит к резкому росту диэлектрических потерь, особенно в случаях увеличения напряжения более значения напряжения зажигания частичных разрядов. По увеличению диэлектрических потерь судят о наличии в изоляции частичных разрядов, а при дальнейшем увеличении напряжения диэлектрические потери растут вплоть до пробоя изоляции.
Рис. 29. Зависимость диэлектрических потерь от напряжения:
1 — в изоляции без частичных разрядов; 2 — в изоляции при наличии частичных локальных разрядов, с ростом напряжения не увеличивающихся; 3 — в изоляции с частичными разрядами, увеличивающимися с ростом напряжения
На рис. 29 приведены зависимости диэлектрических потерь от напряжения tgб =f(ty. Напряжение возникновения частичных разрядов зависит и от формы поля, в котором "включение" оказывается в момент появления в нем частичного разряда. Поэтому для изоляционных конструкций большое значение имеет конфигурация электродов, между которыми размещен диэлектрик, например, плоские они или цилиндрические.
Конденсаторы, кабельные муфты, места выхода изоляции из паза, вводы и трансформаторы тока с конденсаторной изоляцией имеют поверхности с острыми краями. У такого вида изоляции среднюю напряженность поля частичного разряда определяют соотношением Еч р = Ad _0,s , где d - толщина изоляции; постоянная А зависит от вида частичного разряда. Из этой зависимости следует, что с уменьшением толщины изоляции увеличивается напряжение частичного разряда. Поэтому для улучшения качества изоляции и увеличения напряжения частичных разрядов изоляция должна быть не однослойной, а многослойной с толщиной слоя d/n. Еще лучше, если эти слои разделены металлическими прокладками. У изоляции однослойной с острыми краями при приложении напряжения возникает краевой эффект, который делает электрическое поле резко неоднородным, поэтому мероприятия по изоляционным конструкциям с точки зрения улучшения их эксплуатационных качеств должны всегда реализовываться.
В слабо неоднородном поле частичные разряды возникают практически при приложении напряжения на "включение", равного напряжению зажигания разряда UB 3. При неизменном размере "включения" напряженность уменьшается с увеличением толщины диэлектрика значительно слабее (при условии ед>ев), нежели в неоднородном поле.
При условии ед = ев напряженность частичного разряда в однородном поле не зависит от толщины диэлектрика. При ед <ев напряженность частичного разряда несколько возрастает с увеличением толщины диэлектрика.
Частичные разряды на напряжении постоянного тока. Частичные разряды при приложении напряжения постоянного тока (постоянного напряжения) проявляются в виде пробоев ослабленных участков изоляции. Частичные разряды на постоянном напряжении возникают в момент включения напряжения или при его изменении во времени, и в этом их отличие от разрядов на переменном напряжении. Эти частичные разряды образуют на "включении" поверхностные заряды, их формируют свободные ионы вследствие ионизационных процессов, предшествующих разряду. После погасания частичного разряда напряженность поля на "включении" изменяется по экспоненциальному закону с постоянной времени стекания ти поверхностного заряда. В результате стекания заряда напряженность во "включении" возрастает, и повторный частичный разряд происходит 78 тогда, когда напряженность, создаваемая поверхностным зарядом, уменьшится на значение, равное разности между напряжениями t/B-3 и t/BJ1. При постоянном времени ти частота частичных разрядов, т. е. интервал между ними, определяется степенью превышения приложенного напряжения над напряжением погасания частичного разряда.
Характеристики частичных разрядов на постоянном напряжении в большой степени зависят от температуры изоляции, так как с увеличением температуры увеличиваются проводимость и скорость диффузии поверхностных зарядов, благодаря этому уменьшается постоянная времени стекания ти зарядов, образующихся на поверхности "включения".
С ростом температуры увеличивается интенсивность частичных разрядов (увеличивается число разрядов в секунду) и уменьшается напряжение начальных частичных разрядов. Как показали опыты, повышение температуры с 20 до 80°С уменьшает напряжение начальных разрядов в 2 раза, хотя изменение напряжения частичного разряда зависит и от состава изоляции. Так, для конденсаторной изоляции, пропитанной трансформаторным или кабельным и конденсаторными маслами, оно различно. Это подтверждает определенную роль диффузионных процессов в развитии частичных разрядов на постоянном напряжении из-за различной вязкости пропитывающих масел. Поэтому на постоянном напряжении лучше, надежнее работает изоляция, имеющая более вязкую пропитку.
Требования к испытательной установке для обнаружения частичных разрядов. Измерение частичных разрядов производят для определения: интенсивности частичных разрядов при определенных нормированных значениях напряжения; напряжения возникновения и напряжения погасания частичных разрядов; наличия или отсутствия частичных разрядов при значениях рабочего напряжения.
Частичные разряды в испытуемой изоляции вызывают изменение переносимых через "включения" разрядов. Поэтому метод измерения частичных разрядов построен на измерении изменений зарядов элементов измерительной схемы при частичных разрядах.
Интенсивность частичных разрядов количественно определяется: кажущимся зарядом q единичного частичного разряда, частотой следования п частичных разрядов и средним током I частичных разрядов. Дополнительно для оценки интенсивности используют: суммарный заряд Q за интервал времени Т, мощность Р частичных разрядов и квадратичный параметр Дчастичных разрядов.
Испытательная установка должна обеспечивать измерения всех необходимых характеристик частичных разрядов проверяемого элегазового оборудования. Испытательная установка включает источник повышенного напряжения, соединительный конденсатор, систему соединения шин высокого напряжения, измерительное устройство, защитные резистор и разрядник, а также фильтр нижних частот. К испытательной установке относится и соединительный отсек, сочленяющий испытуемое оборудование с источником высокого напряжения.
Источник высокого напряжения, соединительный конденсатор, высоковольтные вводы установки не должны быть источниками помех и разрядов, искажающих характеристики частичных разрядов.
Фланцы, втулки и другие соединения должны исключать появление в процессе измерений коронирующих разрядов. Для ограничения внешних помех применяют фильтры низких частот на стороне высокого напряжения. Разрядник обеспечивает ограничение до безопасного уровня напряжения на измерительных элементах при пробое объекта. Роль фильтра верхних частот играет измерительный элемент с соединительным конденсатором или испытуемым объектом.
Для измерения характеристик частичных разрядов обычно применяют одну из трех известных схем или их комбинации, т. е. одни характеристики измеряют по первой схеме, другие - по второй или третьей. Чаще же всего работы организуют так, чтобы измерения вести по одной схеме.
Схему с включением измерительного органа в ветвь заземления объекта испытаний (рис. 30,а) применяют при возможности снятия заземления с обоих выводов испытуемого объекта, она целесообразна при малых емкостях объектов (малое отношение Сом/Сс). Схему с включением измерительного органа в ветвь заземления соединительного конденсатора (рис. 30,6) применяют при невозможности снятия заземления с одного из выводов испытуемого объекта и при больших значениях емкости объекта Сом (большое отношение Сом /Сс).
Рис. 30. Схема включения измерительного органа частичных разрядов:
а — в ветвь заземления объекта испытания; 6 — в ветвь заземления соединительного конденсатора; е — балансная схема; Z — фильтр низких частот; ZK — сопротивление измерительных элементов; Р— измерительный орган; PF — устройство защитное; TL — трансформатор согласующий; Свх - емкость входная; Сс — емкость соединительного конденсатора; Сом — емкость объекта испытания
При влияниях применяют балансную схему (рис. 30,в), которая при измерениях уменьшает влияние помех электростатического поля и внешних помех. В этой схеме в качестве соединительного конденсатора используют специальный конденсатор, емкость которого выбирают по значению, близкому к значению емкости объекта, а также два регулируемых малоиндуктивных резистора и согласующий симметричный трансформатор или усилитель с симметричным входом.
Во всех схемах значения емкости соединительного конденсатора Сс и входной емкости Свх измерительного устройства подбирают так, чтобы обеспечить измерение частичных разрядов необходимой интенсивности.
В качестве измерительного органа в схемах применяют: настроенный контур или фильтр со сложной схемой, при этом параметры L и С контура выбирают из условия, чтобы частоты контура и измерителя соответствовали;
резистор с большим сопротивлением (от нескольких ом до нескольких тысяч ом) для повышения чувствительности схемы; обмотку индуктивности, при этом индуктивность ее должна быть постоянной в процессе измерения характеристик частичных разрядов во всем диапазоне амплитуд напряжения.
При применении в схемах между измерительным органом и входом измерительного прибора согласующего трансформатора частотная характеристика его должна быть в пределах частотной характеристики измерительного прибора. Приборы для регистрации частичных разрядов должны обеспечивать измерение всех характеристик частичного разряда: кажущийся заряд q, частоту следования п, средний ток I. Кажущийся заряд оценивают специальным измерителем, показания которого пропорциональны значениям заряда. Основными элементами прибора являются усилитель, измерительный преобразователь (амплитудный импульсный вольтметр) и отсчетное устройство.
На напряжении постоянного тока частичные разряды регистрируют осциллографом, при этом рекомендуют одновременно использовать счетчики импульсов. Для регистрации кажущегося заряда применяют измеритель радиопомех с полосой рабочих частот от 0,15 до 3 МГц. При использовании измерителя радиопомех особое внимание следует обратить на отсутствие паразитных параллельных емкости и индуктивности, ибо наличие их в измерительном элементе делает показания прибора непропорциональным его сопротивлению и приводит к искажению измеряемого значения заряда q, указываемого в микровольтах (мкВ). Найденное эквивалентное значение кажущегося заряда указывают тоже в микровольтах. Если для измерения кажущегося заряда используют амплитудный импульсный вольтметр со стрелочным отсчетом, измеритель должен обеспечивать измерение кажущегося заряда как положительных, так и отрицательных импульсов частичных разрядов с частотой следования не более 100 импульсов в секунду.
Для измерения среднего тока I частичных разрядов применяют измерительные приборы, показания которых пропорциональны значению среднего тока разрядов, т. е. сумме абсолютных значений амплитуд импульсов напряжения, поступающих на вход прибора за 1 с.
Частоту следования п частичных разрядов измеряют прибором, определяющим среднее число частичных разрядов обеих полярностей в течение 1 с. Наибольшая скорость измерителя частоты следования импульсов не должна превышать 10 000 с-1. Удобнее применять прибор со ступенчатым регулированием разрешающего времени (1 -10 -100 мкс).
Измерение характеристик частичных разрядов допускается производить многоканальным прибором, разрешающим одновременное измерение нескольких характеристик частичных разрядов. Для измерения частичных разрядов измерительные приборы должны быть правильно отградуированы. Градуировку выполняют на полностью собранной схеме при присоединенном объекте испытаний импульсами, получаемыми от градуировочного устройства. Градуировочное устройство, включая соединительные провода, экранируют, а градуировочный конденсатор устанавливают как можно ближе к выводу объекта.
Для регистрации частичных разрядов разрешается применять только проверенные в соответствии с требованиями ГОСТ измерительные приборы.
Градуировка измерительной аппаратуры для каждой измерительной схемы и испытательной установки выполняется раздельно. Выполнять ее следует до и после испытаний для нескольких значений измеряемой величины при одних и тех же значениях напряжения, положениях регулятора чувствительности и показаний отсчетного устройства.
Наиболее распространены два вида градуировки: параллельная и эквивалентная. При параллельной градуировочное устройство включают параллельно объекту испытания (рис. 31,a), a при эквивалентной включают дважды и делают два измерения: одно - между выводом высокого напряжения и "землей", второе - между выводом низкого напряжения объекта испытания и "землей" (рис. 31,6). Напряжение градуировочного генератора регулируют так, чтобы показания отсчетных устройств были одинаковыми.
Рис. 31. Схемы включения градуировочного устройства:
а — параллельные; б — эквивалентная; Z — фильтр нижних частот; Q— генератор градуировочный; Свх- емкость входная; С-ои, Сс, CQ- соответственно емкости объекта испытания, соединительного и градуировочного конденсаторов; — сопротивление измерительного устройства
Для получения правильных результатов измерения характеристик частичных разрядов испытательную установку и особенно ее измерительную часть защищают от помех, которые могут влиять на оценку характеристик частичных разрядов. Перед измерениями оценивают уровень помех и принимают меры для исключения их из схемы измерения.
Уровень внешних помех определяют по показаниям указателя прибора на малом значении напряжения или при его отсутствии и при отсутствии каких-либо внешних разрядов в испытательной установке и объекте испытаний. Уровень внутренних помех определяют при нормированном значении испытательного напряжения в схеме, где объект испытания заменяют конденсатором, значение емкости которого близко к значению емкости объекта. Этот конденсатор не должен иметь собственных частичных разрядов.
Защита от помех достигается надежным заземлением всех элементов испытательной схемы и расположенного вблизи от объекта испытания постороннего оборудования, не входящего в схему испытаний. Ограничивают также влияние помех: проведением испытаний на частотах, отличных от частоты помех; фильтрами нижних частот; временным сдвигом по фазе питающего напряжения; экранированием помещения, в котором проводят испытания; проведением измерений по балансной схеме. Во всех случаях измерение частичных разрядов производят в условиях, когда уровень влияющих на чувствительность измерений помех в 2 раза меньше нормированной интенсивности частичных разрядов.
Для испытания оборудование специально подготавливают, его поверхность очищают от грязи и влаги. Скорость изменения испытательного напряжения должна соответствовать заводским требованиям.
Напряжение возникновения UB З и напряжение погасания UB n частичных разрядов измеряют при приложении к объекту напряжения. Сначала прикладывают напряжение меньше предполагаемого напряжения возникновения частичных разрядов и постепенно увеличивают его до момента достижения нормированного уровня интенсивности разрядов - значение напряжения в этот момент и определяет напряжение возникновения частичных разрядов.
Для определения напряжения погасания частичных разрядов устанавливают напряжение, на 10% превышающее по значению напряжение возникновения частичных разрядов, а уж затем уменьшают напряжение до таких значений, когда интенсивность частичных разрядов станет меньше нормированного значения, т. е. разряды практически исчезнут. Это напряжение и будет определять значение напряжения погасания частичных разрядов.
При выявлении частичных разрядов следует помнить, что во всех случаях уровень испытательного напряжения для конкретного вида оборудования не должен превышать значения испытательного напряжения для этого оборудования.
Источник высокого напряжения для испытаний. Общие требования к источнику напряжения заключаются в том, что он должен обеспечивать необходимый уровень испытательного напряжения, иметь достаточную мощность, при этом потребляемая им мощность должна быть как можно меньше в достаточно широком диапазоне емкости испытуемого объекта: 200-5000 пФ. Для уменьшения потребляемой мощности - источник для испытания элегазового оборудования выбран резонансным. Источник должен быть транспортабельным, иметь относительно небольшую массу, быть малошумным и не иметь собственных частичных разрядов в диапазоне испытательных напряжений.
В качестве источника высокого напряжения при испытании элегазового оборудования на подстанции, оборудованной КРУЭ на напряжение 110 кВ, применялся каскад (рис. 32,а) из однофазных испытательных трансформаторов: первая ступень каскада представляет трансформатор типа ИОМН-110/100 напряжением 100 кВ, мощностью 100 кВ-А, вторая (верхняя) ступень - два трансформатора типа ИОМН-100/20 напряжением 100 кВ, мощностью 20 кВ-А. В зависимости от емкости объекта и необходимого для испытания тока нагрузки обмотки высшего напряжения трансформаторов второго каскада соединяют последовательно или параллельно.
Последовательное соединение трансформаторов верхней ступени применяют в случаях, когда ток нагрузки на стороне высокого напряжения не превышает 0,2 А. В этой схеме каждая катушка с переменной индуктивностью возбуждает обмотку своего испытательного трансформатора (рис. 32,6). Параллельное соединение трансформаторов используется при токах нагрузки на высокой стороне до 0,4 А, катушки индуктивности при этом соединяются последовательно (рис. 32,в).
Рис. 32. Общий вид (а) испытательной установки, последовательное (б) и параллельное (в) соединения обмоток испытательных трансформаторов источника высокого напряжения:
Т - трансформаторы; Соб — емкость объекта испытания; 1 — пульт управления; 2 — регуляторы напряжения; 3 — фильтр сетевой; 4 — шкаф силовой; 5 — барабан с кабелями; 6—дроссели регулировочные LI —L3; 7 — трансформатор нижней ступени типа ИОМ-100/100; 8 — фильтр; 9 — трансформаторы верхней ступени типа ИОМ-100/20; 10 — экран электростатический; 11 — приборы контроля испытательного напряжения; 12 — изоляторы опорные
Для уменьшения собственных частичных разрядов в испытательной установке и уменьшения напряжения их зажигания следует применять схему с последовательно включенными трансформаторами второй ступени.
Настройка источника высокого напряжения в резонанс осуществляется регулировочными дросселями L2 и L3 путем смещения их магнитопроводов в процессе регулирования верхней ступени.
Для регулирования напряжения питания трансформатора типа НОМ-100/100 применены два регулятора типа РНО, обеспечивающие при токе до 40 А диапазон регулирования напряжения от 0 до 380 В.
Источник высокого напряжения, примененный при испытании оборудования ячеек КРУЭ напряжением 110 кВ, обеспечивал при трех испытательных трансформаторах напряжение порядка 190 кВ при токах нагрузки до 0,2 А. Настройка источника в резонанс во всех случаях производится при подсоединенной нагрузке.
Соединительная линия высокого напряжения (в дальнейшем линия) предназначена для ввода высокого испытательного напряжения в испытуемые элементы КРУЭ, регистрации и измерения частичных разрядов, а также испытания изоляции элегазового оборудования повышенным напряжением переменного тока.
Линия (рис. 33) состоит из отдельных герметичных узлов, соединяемых болтовыми соединениями фланцев корпусов и монтируемых для большей жесткости на специальной металлической раме. К герметичным узлам линии относятся: высоковольтный ввод 1 "элегаз - воздух", к которому подсоединяют высоковольтный вывод верхней ступени источника высокого напряжения; блок фильтра 3; соединительный конденсатор 4 с высоковольтным и низковольтным электродами; разъединитель; емкость калибровочная 5; стыковочный корпус 6 со съемной штангой.
К линии относится также блок регистрации частичных разрядов 9 с входным устройством 8. L Индуктивный фильтр выполнен из 18 катушек, намотанных на тороидальный сердечник проводом диаметром 0,25-0,3 мм (число витков в катушке 240-260). Катушки насаживаются на стеклоэпоксидный стержень, с обеих сторон оканчивающийся электростатическими экранами с защитными разрядниками. Схема фильтра и частотная характеристика приведены на рис. 34. Разрядники типа Р-21 защищают фильтр от пробоя. Каждая катушка имеет алюминиевые выравнивающие экраны. Экраны соединены с началом катушки, и, таким образом, потенциал выносится на экран. Диаметр экранов 120 мм. Катушки отделены друг от друга изоляционными кольцами.
Рис. 34. Фильтр индуктивный:
а — схема; б — частотная характеристика
Сетевой фильтр представляет собою индуктивно-емкостный фильтр. Он состоит из двух блоков: один блок подключается непосредственно экранированным кабелем к блоку регистрации Частичных разрядов, а второй - через автоматический выключа- 1 — ввод; 2 — корпус соединительный; 3 — фильтр индуктивный; 4 — конденсатор соединительный с высоковольтным и низковольтным электродами; 5 — конденсатор калибровочный; 6 — корпус стыковочный; 7 — объект испытания; 8 — входное устройство; 9 — блок измерительный; 10 — осциллограф
Катушки блоков (по две в каждом блоке) наматывают на пермаллоевом сердечнике марки ПМ-70 из провода сечением 0,75-1,2 мм2 по 200 витков. Намотка катушек в блоке осуществлена встречно. Каждая катушка зашунтирована на землю через конденсатор типа МБГО на номинальное напряжение 1 кВ емкостью 2-4 мкФ.
Пульт управления изготовлен в виде отдельных блоков: управления и регистрации частичных разрядов. Пульт запитывается от сети при помощи двухжильного кабеля, намотанного на барабан. На барабане имеются кабель для подсоединения регулятора напряжения к трансформатору первой ступени источника напряжения и многожильный кабель для подключения цепей управления.
Блок управления регулятором напряжения включает отдельно управление нижней ступенью источника высокого напряжения и управление верхними ступенями, испытательными трансформаторами высокого напряжения. Блок имеет блокировку от включения напряжения толчком, которая обеспечивается самовозвратом регуляторов в положение "нуля"; сигнализацию положения коммутирующих аппаратов в схеме; кнопку аварийного отключения источника высокого напряжения; приборы, контролирующие напряжение на ступенях источника. Ток, потребляемый при испытаниях из сети, измеряют амперметром. Вольтметры, измеряющие напряжения на ступенях трансформаторов, размещены у основания верхней ступени источника.
Блок регистрации частичных разрядов включает измеритель частичных разрядов типа MUT-8c резистором Н-18; измеритель сигнала частичных разрядов (вольтметр типа B3-13, дополненный трехзвенным ЯС-фильтром с резисторами до 10 кОм и емкостями по 300 пФ, включенным параллельно детектору на выходе широкополосного фильтра); осциллограф для измерения амплитуд частичных разрядов; калибровочный генератор типа РЕТ-2; сетевой фильтр, включенный в одну из фаз питания и нуль, служащий для подавления высокочастотных помех в сети питания приборов.
В силовом шкафу смонтированы автоматические воздушные выключатели и рубильник (видимый разрыв).
Подготовку установки начинают с проверки готовности к работе источника высокого напряжения. Для этого собирают электрическую схему испытаний. Заземляют высоковольтный вывод источника с помощью переносной заземляющей штанги. Обмотки трансформаторов высокого напряжения второй ступени в зависимости от требуемого тока нагрузки и значения испытательного напряжения соединяют последовательно или параллельно. Соединение производят с помощью соединительных шин - труб диаметром не менее 45 мм.
При последовательном соединении шину одним концом прикрепляют к высоковольтным вводам первой ступени и одного из трансформаторов второй ступени, второй шиной соединяют ввод второго трансформатора с объектом испытания и фильтром. Обмотки низкого напряжения трансформаторов соединяют каждую со своим дросселем. При параллельном соединении высоковольтные вводы трансформаторов второй ступени соединяют одной шиной, другая шина при этом соединяет ввод трансформатора первой ступени с экраном одного из вводов трансформаторов второй ступени. Обмотки низкого напряжения трансформаторов соединяют последовательно, регулирующие дроссели также соединяют последовательно.
При сборке схемы обращают особое внимание на надежность заземлений между отдельными ступенями источника высокого напряжения: каждая установка должна быть заземлена не менее чем тремя переносными заземлениями.
