Садовников М.Е. Надежность и диагностика электрооборудования: Учебное пособие к практическим занятиям

Подождите немного. Документ загружается.

Основная комплектация прибора: штатив, бинокль, видеокамера,

фотоаппарат, цифровая камера, компьютерная программа для анализа

полученных видеоизображений.

6.5. Испытание изоляции повышенным напряжением

Рассмотренные ранее электрические методы контроля изоляции

позволяют определить лишь среднее состояние изоляции, а сосредоточенные

местные дефекты могут быть обнаружены лишь при небольших размерах

испытуемого объекта или при наличии почти полного пробоя. Испытание

изоляции повышенным напряжением позволяет обнаружить сосредоточенные

местные дефекты и проверить наличие необходимого минимального запаса

электрической прочности изоляции.

На практике

используют несколько разновидностей данного метода.

6.5.1. Испытание повышенным переменным напряжением

промышленной частоты

Использование данного метода позволяет проверить изоляцию в тех же

условиях (распределение напряжения по толщине изоляции, характер

диэлектрических потерь), при которых она обычно работает.

Для испытания изоляции используют либо специальные, либо обычные

трансформаторы (рис.6.16). Мощность трансформатора (кВа) выбирается в

зависимости от емкости испытуемого объекта (пФ), частоты (Гц) и величины

испытательного напряжения (кВ

)

−

⋅⋅⋅= UCP

Емкость объекта может быть ориентировочно определена из справочных

данных или измерена экспериментально.

Данный вид испытаний не проводится для объектов с большой

емкостью, поскольку для этого необходим громоздкий и мощный

трансформатор, а использовать трансформатор небольшой мощности не

представляется возможным из-за опасности возникновения резонансных

явлений при насыщении материала его магнитопровода. При

этом возникает

опасность перенапряжений, которые могут вывести испытуемую изоляцию из

строя.

Этот метод не позволяет обнаружить некоторые виды внутренних

повреждений в сложной изоляции, такие как: разряды между внутренними

слоями изоляции; перекрытие больших воздушных включений; пробои

отдельных слоев изоляции. Такие повреждения определяются другими

методами. Например, методом частичных разрядов.

Рассмотрим методику подготовки к испытаниям.

Перед

началом испытаний необходимо:

9 Убедиться в отсутствии напряжения на испытуемом оборудовании и

оградить его от возможного прикосновения.

9 Очистить аппаратуру, подлежащую испытанию, от грязи, чтобы не

произошло ложного перекрытия изоляции.

9 Проверить расстояния между заземленными и токоведущими частями.

9 Проверить схему и предпринять меры для исключения попадания

испытательного напряжения на другие схемы.

9 Снять все заземления во вторичных цепях трансформаторов тока и

отключить вторичные обмотки трансформаторов напряжения.

Рис. 6.16. Схема испытания изоляции

повышенным напряжением

переменного тока промышленной

частоты.

ИЗ

mА

Сопротивление служит для ограничения тока

при пробое или перекрытии испытуемой

изоляции

Разрядник ограничивает

напряжение на уровне 1,1 от

испытательного

9 Отсоединить всю аппаратуру, которая по условиям эксплуатации не

допускает испытания повышенным напряжением.

9 Проверить изоляцию собранной для испытания схемы мегаомметром.

Установить соответствует ли измеренное сопротивление нормам.

9 После проверки изоляции подсоединить испытуемую схему к

испытательной установке.

Рассмотрим методику испытаний:

9 В процессе испытаний подъем испытательного напряжения

производится плавно, без толчков. Напряжение поднимается до величины

установленной руководящими докуметами для данного уровня рабочего

напряжения и типа электроустановки (табл.6.2).

9 Пока напряжение еще невелико, при помощи измерительной штанги,

необходимо убедиться в наличии испытательного напряжения на объекте и

затем продолжать его подъем до необходимой величины.

9 Если при повышении напряжения обнаружен резкий рост тока, то

необходимо снизить напряжение до нуля и выяснить причину роста.

9 Длительность приложения испытательного напряжения к испытуемой

установке нормируется и составляет 1 минуту. Превышать это время

запрещается, во избежание повреждения изоляции.

9 Перед отключением испытательной установки от источника питания

необходимо плавно снизить испытательное напряжение до нуля.

9 Далее, с проверенной схемы снимается остаточный заряд путем

соединения схемы с "землей", при помощи специальной штанги, через

дополнительное разрядное сопротивление (для ограничения тока разряда).

9 Схема повторно испытывается мегаомметром.

Изоляция считается выдержавшей испытание, если при проверке не

были обнаружены пробои изоляции, частичные разряды (колебание стрелки

миллиамперметра), резкие толчки тока и напряжения, характерные

потрескивания и разряды, появление дыма.

Кроме того, при повторной проверке мегаомметром, после испытаний

повышенным напряжением, сопротивление изоляции испытанной

электроустановки не должно уменьшиться.

Таблица 6.2.

Одноминутное испытательное напряжение промышленной

частоты для аппаратов, измерительных трансформаторов,

изоляторов и вводов

Испытательное напряжение, кВ

Эл. аппараты, трансформаторы

тока и напряжения

Изоляторы и вводы

Класс

напряжения,

кВ

Фарфоровая

изоляция

Другие виды

изоляции

Фарфоровая

изоляция

Другие виды

изоляции

до 0,69 1 1 - -

3 24 22 25 23

6 32 29 32 29

10 42 38 42 38

15 55 50 57 51

20 65 59 68 61

35 95 86 100 90

6.5.2. Испытание повышенным напряжением выпрямленного

тока

Данный вид испытаний применяется для объектов с большой емкостью

для облегчения испытательного устройства.

Выпрямленным напряжением испытывается изоляция обмоток статоров

генераторов, разрядников, кабелей, сборных и соединительных шин и

аппаратуры после ремонта.

При испытании выпрямленным напряжением изоляция работает не в тех

условиях, что при нормальной эксплуатации. Это происходит по следующим

причинам.

Распределение напряжения в изоляции на постоянном токе значительно

отличается от его распределения на переменном токе. Если на переменном токе

слои изоляции, прилегающие к токоведущим частям, оказываются под более

высоким напряжением (рис.6.17), чем среднее, то на постоянном токе

распределение напряжения равномерное.

В связи с этим, испытания выпрямленным напряжением той же

величины, что

и переменное промышленной частоты, приводит к недогрузке

по напряжению слоев изоляции, прилегающих к токоведущей части. Если

увеличить напряжение, до такого значения, чтобы эти слои были нагружены

нормально, то чрезмерно перегруженными окажутся наружные слои изоляции.

Кроме того, при использовании выпрямленного напряжения, в изоляции

не протекает ток заряда абсорбционной емкости (не считая

первого импульса

тока), а значит, изоляция оказывается в облегченных условиях.

Рис. 6.17. Распределение напряжения по толщине

изоляции при приложении к ней переменного

напряжения промышленной частоты и

выпрямленного напряжения.

Изоляция

Токоведущая

часть

"Земля"

На переменном токе

На выпрямленном токе

В связи с этим, испытательное напряжение выпрямленного токе

принимается в 1,5-2 раза выше, чем при переменном токе.

Для проведения подобных испытаний серийно выпускаются установки

типа АИД-70, АИП-70, а также эксплуатируется и более старая установка АИИ-

70.

Кроме функции испытания изоляции повышенным напряжением

выпрямленного тока, в подобных установках обычно присутствует

возможность испытания жидких

диэлектриков (трансформаторного масла) на

пробой переменным напряжением промышленной частоты. Кроме того, в

состав установок могут также входить приставки, позволяющие прожигать

поврежденную изоляцию кабеля, для обнаружения места ее повреждения.

Методика испытания, в при данном методе, соответствует методике

испытаний повышенным напряжением переменного тока промышленной

частоты.

Дополнительно, для учета погрешности от токов утечки в

самой

испытательной установке и соединительных проводах, производят измерение,

сначала, при отключенном испытуемом объекте (определяя ток утечки i

затем, при подключенном объекте (суммарный ток утечки i

Фактический ток утечки определяют по формуле:

iii

−=

При испытании выпрямленным напряжением о качестве изоляции можно

косвенно судить по току утечки, однако, прямой зависимости между величиной

этого тока и состоянием изоляции не установлено. Поэтому токи утечки

нормируются только для искровых промежутков вентильных разрядников, а

для остальных электроустановок критерием качества изоляции является

сопоставление результатов текущего испытания с предыдущими.

При испытании

кабелей дополнительным критерием качества изоляции

служат коэффициенты ассиметрии. Коэффициенты ассиметрии вычисляют как

отношения между токами утечки через изоляцию в разных жилах кабеля.

Кабель считается дефектным, если коэффициент ассиметрии больше 2.

Рассмотрим устройство и функционирование испытательной установки

типа АИИ-70 (рис.6.18).

Данная установка предназначена для:

9 кратковременного испытания электроустановок выпрямленным

напряжением до 70 кВ, при длительности не более 10 минут с интервалами

3 минуты;

9 продолжительного испытания выпрямленным напряжением,

длительностью до 8 часов;

9 кратковременного испытания переменным напряжением

промышленной частоты напряжением до 50 кВ, при длительности не более

1 минуты с интервалами 5 минут.

Работает установка следующим образом. Сетевое напряжение, через

блокировочные контакты SAB1 и SAB2 дверей установки и защитные

Рис. 6.18. Схема электрическая принципиальная испытательной установки типа

АИИ-70.

ТА

~220

Т1

Т2

μA

SAB1

SAB2

предохранители F1 и F2 подводится к регулировочному

автотрансформатору ТА, служащему для плавного изменения испытательного

напряжения и к трансформатору накала кенотрона Т1.

Включение высокого напряжения осуществляется автоматическим

выключателем QF. Расцепители автомата в сочетании с переключателем S1

позволяют осуществить "грубую" (замкнутое положение переключателя S1) и

"чувствительную" защиту испытательной установки.

Измерение величины испытательного напряжения производится

вольтметром kV на стороне

низкого напряжения, отградуированом в

киловольтах. Погрешность измерения испытательного напряжения не

превышает ±2%.

Конденсаторы С1 и С2 служат для защиты от перенапряжений в

первичной обмотке повышающего трансформатора Т2. С вторичной обмотки

трансформатора Т2 высокое напряжение поступает на однополупериодный

выпрямитель выполненный на кенотроне Л. Кенотрон включен катодом в

сторону трансформатора Т2 и на

испытываемую установку подается

выпрямленное напряжение отрицательной, относительно земли, полярности.

Резистор R1 служит для ограничения величины тока при пробое изоляции.

Для измерения тока утечки используют микроамперметр включенный в

анодную цепь кенотрона. Защита микроамперметра от перегрузок

осуществляется при помощи конденсатора С3 и разрядника FV.

Дополнительно прибор снабжен защитным ограждением и заземляющей

штангой для снятия

остаточного заряда с испытуемой установки, а также

сосудом с электродами для испытания жидких диэлектриков.

Мощность, потребляемая установкой от сети, составляет около 2 кВа.

6.5.3. Испытание изоляции при помощи индикатора

частичных разрядов

Внутренние (локальные) частичные разряды (ЧР) возникают в изоляции в

местах с пониженной электрической прочностью, например, в газовых

включениях или в прослойках пропитывающей жидкости. Все частичные

разряды делят на начальные и критические. Начальные электрические разряды

с кажущимся зарядом 10

-11

- 10

-12

Кл не вызывают быстрого пробоя изоляции,

однако, они, при длительном воздействии, приводят к ее старению. Длительное

воздействие достаточно интенсивных критических ЧР может привести к

пробою изоляции. Обычные методы испытания изоляции повышенным

напряжением не позволяют выявить указанные дефекты.

Частичные разряды характеризует ряд количественных параметров

описывающих интенсивность единичного частичного разряда (кажущийся

заряд

чр

; энергия единичного частичного разряда W

чр

) и интенсивность ЧР в

течение определенного интервала времени (частота следования разрядов n

чр

;

средний ток I

чр

; средняя мощность Р

чр

и квадратичный параметр D

чр

Существует несколько методов обнаружения ЧР:

9 Оптический (чувствительность до 0,001⋅10

-12

Кл).

9 Акустический (чувствительность 50⋅10

-12

Кл).

Рис. 6.19. Характерные зависимости tg

от величины испытательного

напряжения, где U

ЧР

- напряжение возникновения частичных разрядов.

Отсутствуют

частичные разряды

Количество включений,

в которых развиваются

ЧР, растет с

увеличением

напряжения

Имеются локальные

газовые включения, не

увеличивающиеся с

увеличением

напряжения

ЧР

Пробой изоляции

9 Косвенный электрический метод контроля наличия ЧР путем

построения зависимости tg

от приложенного испытательного напряжения

(рис.6.19). Данный метод обладает сравнительно низкой чувствительностью и

не позволяет определить все характеристики частичных разрядов.

9 Прямой электрический метод регистрации высокочастотных

колебаний в электрической цепи при возникновении ЧР (чувствительность 10

-14

- 10

-15

Кл). Этот метод на практике используют наиболее часто.

Существует несколько схем измерения параметров частичных разрядов

этим методом:

¾ Схема 1 (рис. 6.20). С включением измерительного элемента в цепь

заземления соединительного конденсатора.

Данная схема применяется, когда невозможно отсоединить один из

выводов испытуемого объекта от "земли", а также когда объект обладает

большой емкостью.

¾ Схема 2 (рис. 6.21). С включением измерительного элемента в цепь

заземления объекта испытания.

Измеритель

характеристик

частичных

разрядов

Рис. 6.20. Схема 1 измерения характеристик частичных разрядов,

где Z

- фильтр или защитное сопротивление для подавления внешних помех;

- соединительный конденсатор, служащий для создания пути прохождения тока

частичных разрядов;

- измерительный элемент (резистор или катушка индуктивности).

ИЗ