Испытательные установки высокого переменного напряжения

Испытательные установки высокого переменного напряжения предназначены для получения высокого регулируемого переменного напряжения, с помощью которого испытывают изоляцию повышенным напряжением.

Основным узлом установки является испытательный трансформатор, отличающийся от силового трансформатора аналогичного класса напряжения малой мощностью, ограниченным временем включения, малым запасом электрической прочности изоляции.

Испытательные трансформаторы имеют большой коэффициент трансформации и значительную индуктивность рассеяния. Испытательные трансформаторы большей частью являются однофазными и выполняются в трех модификациях: в изолирующем корпусе, в металлическом корпусе с одним вводом и в металлическом корпусе с двумя вводами.

Рис. 9.1. Испытательный трансформатор с двумя вводами

В связи со сложностью изготовления ввода на большое напряжение максимальное напряжение, на которое изготовлен трансформатор с одним вводом, составляет 1200 кВ, его общая высота составляет 15.5 м, из которой наружная часть ввода составляет более 9 м.

Конструкция испытательного трансформатора упрощается, если для вывода высокого напряжения из бака используются два ввода, каждый из которых рассчитан на половину номинального напряжения (рис. 9.1).

Обмотка низкого напряжения располагается на одном стержне сердечника и изолируется от него на половину номинального напряжения.

Обмотка высокого напряжения состоит из двух частей, расположенных на обоих стержнях магнитопровода. Средняя точка обмотки ВН соединяется с магнитопроводом и баком трансформатора. Один из концов обмотки ВН заземляется, и бак находится под половинным напряжением трансформатора.

Между обмотками ВН и НН располагают незамкнутый проводящий защитный экран, препятствующий передаче импульсов напряжения при перекрытии испытуемой изоляции через межобмоточную емкость.

Кроме того, в трансформаторе обычно имеется не изображенная на рис. 9.1 обмотка связи, состоящая из двух параллельно соединенных друг с другом частей, расположенных на разных сторонах сердечника. Эта обмотка улучшает связь полуобмоток трансформатора и снижает напряжение короткого замыкания.

Вторая обмотка НН используется при соединении трансформаторов в каскад с последовательным питанием для получения сверхвысоких испытательных напряжений. Обмотки ВН каскада соединяются последовательно, а питание каждого последующего трансформатора осуществляется через предыдущий (рис. 9.2).

При этом первый трансформатор оказывается более загруженным; для разгрузки иногда применяют с параллельным питанием повышающих трансформаторов через изолирующие трансформаторы.

Рис. 9.2. Схема каскада трансформаторов 3x750 кВ

Изоляторы схемы рис. 9.2 связаны друг с другом металлическими рамами для выравнивания распределения напряжения по колонкам изоляторов. Провода, соединяющие трансформаторы друг с другом, помещены в экраны, имеющие тот же потенциал, что и провода, но с большим радиусом, что препятствует возникновению короны.

Упрощенная схема испытательной установки переменного напряжения показана на рис. 9.3. Схема содержит испытательный трансформатор Т2 (или каскад трансформаторов), регулировочный трансформатор Т1, защитный резистор R1, предназначенный для демпфирования колебаний при пробое изоляции и снижения возникающих в обмотке трансформатора перенапряжений, и измерительные приборы.

Измерение напряжения на выходе установки может производиться по первичному напряжению испытательного трансформатора, как показано на рис. 9.3, а также вольтметр может присоединяться на отвод высоковольтной обмотки. Другие возможности измерения напряжения рассматриваются далее.

Рис. 9.3. Схема испытательной установки переменного напряжения

Для регулирования напряжения применяются регулировочные автотрансформаторы, индукционные регуляторы и двигатель-генераторные установки. Максимальная мощность регулировочных автотрансформаторов обычно не превышает 50-100 кВА.

При больших мощностях для плавного регулирования напряжения могут быть использованы индукционные регуляторы, представляющие собой трансформаторы с взаимно перемещающимися обмотками, не имеющие скользящих контактов и обеспечивающие плавное регулирование напряжения.

Двигатель-генераторные установки применяют для питания трансформаторов напряжением 500 кВ и выше и трансформаторных каскадов. Эти установки обеспечивают плавное регулирование напряжения, независимость испытательного напряжения от колебаний напряжения сети и синусоидальную форму испытательного напряжения.

амплитудного значения испытательного напряжения к действующему должно составлять , а частота испытательного напряжения не должна отличаться от 50 Гц более чем на 10%.

9.2. Испытательные установки высокого постоянного напряжения

Для получения высокого постоянного напряжения используют выпрямительные установки и электростатические генераторы. Последние позволяют получать наиболее высокие напряжения - вплоть до 30 МВ - но при малых токах, не более 1 мА. Поэтому при испытаниях изоляции применяют в основном выпрямительные установки.

Выпрямительные установки в принципе могут быть поделены на две группы: установки однополупериодного выпрямления и установки, построенные по схемам умножения напряжения.

В однополупериодных выпрямителях высокое переменное напряжение преобразуется в высокое постоянное напряжение с помощью выпрямителя и сглаживающего устройства.

Схема устройства изображена на рис. 9.4.

Рис. 9.4. Однополупериодный выпрямитель

В качестве выпрямительных элементов применяют последовательно включенные полупроводниковые диоды. Основную трудность составляет высокое обратное напряжение (2U _m в однополупериодных схемах), которое должно быть равномерно распределено по отдельным диодам.

Равномерности распределения достигают либо шунтированием диодов резисторами или конденсаторами, либо использованием диодов с лавинной обратной характеристикой (аналоги стабилитронов).

Напряжение на испытуемой изоляции при схеме рис. 9.4 пульсирует вблизи среднего значения. По нормам МЭК пульсация напряжения не должна превышать 5% от среднего значения напряжения.

Схемы умножения напряжения позволяют получить высокое постоянное напряжение от источника с гораздо меньшим напряжением, но сравнительно небольшой мощности в сопоставлении с однополупериодным выпрямителем.

На рис. 9.5 показана схема с удвоением напряжения, в которой С1 заряжается примерно до амплитудного значения в те полупериоды, в которые вентиль >V1 открыт. В полупериоды противоположной полярности открывается вентиль V2 и конденсатор C2 оказывается включенным на суммарное напряжение обмотки трансформатора и заряженного конденсатора С1. При отсутствии нагрузки конденсатор C2 заряжается до двойной амплитуды напряжения трансформатора. В этой схеме обратное напряжение на каждом из диодов равно удвоенной амплитуде напряжения трансформатора.

Рис. 9.5. Схема выпрямителя с удвоением напряжения

Максимальное напряжение, которое получено на выпрямительной установке, составляет 1.5 МВ.

В качестве характеристик постоянного напряжения, содержащего пульсации, используют следующие характеристики:

- полярность напряжения;

- среднее значение напряжения

- коэффициент пульсаций , который частот выражают в процентах от среднего значения.

РЕЗЮМЕ

Испытательные установки высокого переменного напряжения предназначены для получения высокого регулируемого переменного напряжения, с помощью которого испытывают изоляцию. Основным узлом установки является испытательный трансформатор, отличающийся малой мощностью, ограниченным временем включения, малым запасом электрической прочности изоляции.

Для получения напряжений выше 1000 кВ используют каскадное соединение испытательных трансформаторов. Схема испытательной установки содержит испытательный трансформатор или каскад, регулировочный трансформатор и защитный резистор.

Для получения высокого постоянного напряжения при испытаниях изоляции используют выпрямительные установки. Выпрямительные установки делятся на две группы: установки однополупериодного выпрямления и установки, построенные по схемам умножения напряжения.

Основная проблема высоковольтного выпрямителя - выравнивание обратного напряжения на последовательно включенных вентилях.

Контрольные вопросы

1. Какие типы трансформаторов Вам известны? Чем отличается

испытательный трансформатор от других трансформаторов?

2. Поясните принцип работы каскада трансформаторов.

3. Объясните назначение основных узлов испытательной установки высокого переменного напряжения.

5. Как устроена выпрямительная установка высокого постоянного напряжения?