Промышленной частоты для испытания изоляции

Установки высокого напряжения промышленной частоты предназначены для испытания изоляции электрооборудования с целью координации ее электрической прочности со значениями воздействующих на нее внутренних перенапряжений. Возможные внутренние перенапряжения (например, при коротких замыканиях на землю или между фазами) близки к двойному номинальному значению. В соответствии с этим и определяется величина испытательного напряжения.

Главными элементами испытательных установок высокого напряжения промышленной частоты являются (рис.10.1): высоковольтный испытательный трансформатор Т, устройство для регулирования первичного напряжения РН, устройство для измерения высокого напряжения ДН, аппаратура для защиты от пробоев и средства техники безопасности.

Рис.6.1. Принципиальная схема испытания изоляции переменным напряжением частотой 50Гц.

Особенностью испытательных трансформаторов по сравнению с силовыми являются более высокий коэффициент трансформации, малая мощность и ограниченное время включения. Вследствие этого они в большинстве случаев имеют меньший запас электрической прочности. Изоляция испытательных трансформаторов испытывается напряжением (1,1 – 1,2)U_ном , в то время как для силовых трансформаторов оно выше номинального более чем в 2 раза. Это позволяет выполнить испытательные трансформаторы более компактными. Получили распространение испытательные трансформаторы трех типов:

1. В изолирующем бакелитовом корпусе с двумя фланцами-электродами, например, ТВО-140-50 (рис.10.2).

2. В металлическом корпусе с одним вводом, например, ИОМ-100 и ИОМ-500 (рис.10.3,а).

3. В металлическом корпусе с двумя вводами (рис.10.3,б).

Трансформаторы с одним вводом, как правило, имеют одну многослойную цилиндрическую обмотку высокого напряжения. Изоляционные цилиндры разной длины расположены на магнитопроводе ступенями и на каждом цилиндре намотан один слой обмотки – однослойный цилиндрический элемент (рис.10.3,а). Элементы обмотки соединены последовательно. Низковольтный конец обмотки соединяют с корпусом и с землей непосредственно или через измерительный прибор (амперметр).

У трансформатора с двумя вводами обмотки высокого напряжения выполняются из двух ступенчатых секций (рис.10.3,б). Средняя точка обмотки высокого напряжения электрически соединена с баком и с сердечником, поэтому вводы рассчитываются по 0,5 U_ном и имеют меньшие размеры и массу. Например, при напряжении 750 кВ вводы имеют изоляцию на 375 кВ. Сами трансформаторы устанавливаются на опорной изоляционной конструкции, также рассчитанной на напряжение 0,5 U_ном . При испытании фазной изоляции один из выводов трансформатора заземляется, а при испытании междуфазной изоляции оба вывода соединяют с фазами испытываемого электрооборудования.

Для получения сверхвысокого испытательного напряжения в несколько миллионов вольт от одного трансформатора возникают конструктивные трудности, связанные с устройством изоляции обмоток высокого напряжения и сооружением сложного ввода. Поэтому при напряжениях свыше 750 кВ применяют каскадное включение трансформаторов, при котором обмотки высокого напряжения трансформаторов включаются последовательно, а питание каждого последующего трансформатора осуществляется от предыдущего трансформатора. Последовательное соединение испытательных трансформаторов по каскадной схеме позволяет облегчить и упростить внутреннюю изоляцию трансформаторов. На рис.10.4 показана схема соединения каскада из трех трансформаторов по 750 кВ на напряжение 3х750 = 2250 кВ.

Для равномерного распределения напряжений по конструкции изоляторов на металлические рамы, связывающие изоляторы, подаются определенные потенциалы от элементов каскада и устанавливаются закругленные экраны. Каждый трансформатор каскада в зависимости от его места в последовательном соединении имеет различные условия работы и различные нагрузки. Поэтому трансформаторы выполняются неодинаковой мощности и имеют разные индуктивности рассеяния, что приводит к неравномерному распределению напряжения по ступеням в переходных режимах и значительной потере напряжения при нагрузке.

Рис.6.4. Схема соединения обмоток каскада 3х750кВ: 1 - трансформаторы 750кВ; 2 0 изоляторы; 3 – экраны.

Рассмотрим подробнее процесс испытания изоляции переменным напряжением. Принципиальная схема испытания изоляции напряжением промышленной частоты приведена на рис.6.1.

Испытательный трансформатор Т или каскад последовательно соединенных трансформаторов присоединяется к объекту испытания ОИ через защитный резистор R_защ , с помощью которого ограничивается до номинального значения ток при разряде на объекте, а также уменьшается крутизна среза напряжения на выводах трансформатора. Последнее важно для выравнивания распределения напряжения вдоль обмотки трансформатора при срезе, т.е. для уменьшения перенапряжений на его изоляции. Величина защитного резистора выбирается из расчета 1 Ом на 1 В номинального напряжения испытательного трансформатора. Параллельно объекту испытания подключен измерительный шаровой разрядник ИР, который может использоваться для измерения напряжения на объекте, градуировки делителя напряжения ДН или калибровки вольтметра V, включенного на стороне низшего напряжения трансформатора.

Шаровой разрядник ИР может служить и для защиты испытываемого объекта от случайного чрезмерного повышения напряжения. В этом случае пробивное напряжение разрядника настраивается на значение, равное 110-120 % испытательного. С целью демпфирования колебаний при разряде между шарами и уменьшения эрозии рабочих поверхностей шаров последовательно с ними включается балластный резистор R.

Напряжение на объекте испытания плавно изменяется с помощью регулятора напряжения РН. Регулятор напряжения должен обладать достаточной мощностью, обеспечивать необходимую плавность регулирования и стабильность напряжения, т.к. скачкообразное изменение напряжения может привести к преждевременному пробою или разряду. Кроме того, регулятор не должен допускать искажения синусоидальной формы высокого напряжения.

В качестве регулятора напряжения используются автотрансформаторы, жидкостные и проволочные реостаты и индукционные регуляторы. Наиболее простыми и доступными средствами регулирования являются автотрансформаторы (вариаторы) и реостаты. Однако наличие скользящих контактов снижает их надежность при коммутации больших токов. Бесконтактное и более плавное регулирование обеспечивают индукционные регуляторы. Они могут быть выполнены в виде заторможенной асинхронной машины с фазным ротором (потенциал-регуляторы) или в виде трансформатора со взаимно перемещающимися обмотками (схема Норриса).

Форма кривой напряжения на объекте испытания должна быть практически синусоидальной, т.е. суммарное напряжение высших гармоник в испытательном напряжении не должно превышать 5 % основной гармоники. Контроль формы напряжения производится с помощью делителя напряжения и осциллографа, которые могут использоваться также для измерения напряжения на объекте. Оба полупериода переменного напряжения по форме должны быть близки друг к другу. Частота напряжения должна быть от 40 до 62 Гц. Отношение амплитудного значения к действующему должно быть равно . За значение испытательного напряжения принимается условное действующее значение напряжение, определенное делением измеренного амплитудного значения на .

При испытательных напряжениях ниже 150 кВ допускается определять значения испытательного напряжения по его измеренному действующему значению, если отношение амплитудного значения к действующему равно . Действующее значение установившегося тока короткого замыкания на стороне высокого напряжения испытательной установки при напряжении испытания должно быть не менее 1 А. Это необходимо для того, чтобы пробой мог быть обнаружен и смогла бы сработать защита (автоматический выключатель на стороне низшего напряжения или реле максимального тока на стороне высшего напряжения).