АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО

"ФИРМА ПО НАЛАДКЕ, СОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ ТЕХНОЛОГИИ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ И СЕТЕЙ ОРГРЭС''

СБОРНИК МЕТОДИЧЕСКИХ ПОСОБИЙ ПО КОНТРОЛЮ СОСТОЯНИЯ ОБОРУДОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ

Раздел 1. Испытания изоляции электрооборудования. Общие методы

СЛУЖБА ПЕРЕДОВОГО ОПЫТА ОРГРЭС

Москва 1996

В настоящее время методы испытаний электрооборудования и методы измерения значений параметров, по которым производится оценка его состояния, описываются в различной справочной и технической литературе, что неудобно для практического использования персоналом энергопредприятий.

По запросу ОРГРЭС энергообъединения и энергопредприятия России активно поддержали предложение о необходимости разработки Методических пособий по контролю состояния оборудования электрических сетей.

Разработанный ОРГРЭС Сборник состоит из следующих разделов.

Раздел I. Испытания изоляции электрооборудования. Общие методы.

Раздел 2. Методы контроля состояния силовых трансформаторов, автотрансформаторов, шунтирующих и дугогасящих реакторов.

Раздел 3. Методы контроля состояния измерительных трансформаторов тока и напряжения.

Раздел 4. Методы контроля состояния коммутационных аппаратов.

Раздел 5. Методы контроля состояния токопроводов, сборных шин и ошиновок, опорных и подвесных изоляторов.

Раздел 6. Методы контроля состояния конденсаторов.

Раздел 7. Методы контроля состояния вентильных разрядников, ограничителей перенапряжений, трубчатых разрядников.

Раздел 8. Методы контроля состояния вводов, проходных изоляторов.

Раздел 9. Методы контроля качества электроизоляционных жидкостей.

Раздел 10. Методы контроля состояния стационарных свинцово-кислотных аккумуляторных батарей.

Раздел 11. Методы контроля состояния заземляющих устройств.

Раздел 12. Методы контроля состояния воздушных линий электропередачи.

Раздел 13. Методы контроля состояния кабельных линий.

В Сборнике представлено большинство известных методов контроля оборудования, рекомендуемых к использованию на энергопредприятиях, за исключением методов контроля с помощью инфракрасной техники и хроматографического анализа газов, растворенных в масле маслонаполненных аппаратов.

Газохроматографический анализ трансформаторного масла в настоящее время проводится на энергопредприятиях в соответствии с действующими "Методическими указаниями по диагностике развивающихся дефектов по результатам хроматографического анализа газов, растворенных в масле силовых трансформаторов: РД.34.46.302-89". Научно-исследовательские работы по дальнейшему развитию и расширению области применения газовой хроматографии продолжаются, и с учетом их результатов намечается выпуск методических указаний по газохроматографическому анализу других видов маслонаполненного оборудования высокого напряжения.

Что касается тепловизионного контроля различных видов оборудования и их составных частей, то в настоящее время ведутся работы по анализу и обобщению методов контроля с помощью разичных приборов инфракрасной техники, применяемых в энергообъединениях. По завершении этой работы ОРГРЭС сможет выпустить пособие по применению этих методов.

В некоторых разделах Сборника наряду с прогрессивными и эффективными методами контроля приведены давно известные, в определенной степени устаревшие методы по сравнению с теми, которые, например, применяются за рубежом, поскольку Сборник базируется на имеющихся в энергообъединениях аппаратуре и приспособлениях. Вместе с тем в Сборник впервые включены методы контроля состояния маслонаполненного оборудования под рабочим напряжением. Эти методы достаточно проверены на многих энергопредприятиях.

С выпуском данного Сборника появится возможность осуществлять контроль состояния электрооборудования по единым методикам. Это повысит степень достоверности результатов контроля, позволит производить их анализ, давать объективную оценку контролируемому оборудованию. Накопление результатов измерений дает возможность разработать в будущем более обоснованные браковочные нормы. Сборник может служить для обучения постоянно обновляемого персонала энергопредприятий.

Каждый раздел Сборника выпускается отдельно. По заказу энергообъединения (энергопредприятия) разделы могут быть скомплектованы в единый сборник в необходимом наборе.

Фирма ОРГРЭС просит энергообъединения и энергопредприятия присылать отзывы и предложения для корректировки Сборника при его последующих изданиях по адресу: 105023, Москва, Семеновский пер., д. 15.

ВВЕДЕНИЕ

В настоящем разделе Сборника описываются общие методы испытаний изоляции электрооборудования высокого напряжения, применяемые при эксплуатационном контроле: испытание приложением напряжения переменною и постоянного тока, а также измерение диэлектрических характеристик изоляции.

Приводятся общие методики, включающие описание методов и схем испытаний (измерений), испытательных установок и средств измерений, а также процедур проведения испытаний. Регламентируются способы измерений, обеспечивающие требуемую достоверность полученных данных. Особенности испытаний конкретных объектов и соответствующие, рекомендации приводятся в остальных разделах Сборника, где рассматриваются методы контроля отдельных видов оборудования.

При организации и проведении испытаний необходимо выполнять все требования действующих Правил техники безопасности при эксплуатации электроустановок и соответствующих разделов инструкций к испытательным установкам.

Испытания путем приложения напряжения и измерение диэлектрических характеристик (сопротивления, tg и емкости изоляции) относятся к тестовым методам контроля, при этом испытывается выведенный из работы (отключенный) объект, а источником испытательного напряжения является специальная испытательная установка (измерительное устройство).

Кроме того, в данном разделе описана методика функционального контроля изоляции путем измерения ее характеристик при воздействии рабочего напряжения без отключения оборудования.

Контроль изоляции электрооборудования высокого напряжения без отключения (под рабочим Напряжением) обеспечивает, повышение эффективности системы диагностирования его технического состояния. Появляется возможность автоматического контроля.

Повышение эффективности диагностирования достигается тем, что при испытаниях изоляция находится под воздействием эксплуатационных нагрузок (напряжения, температуры). Это обеспечивает выявление основных дефектов на ранних стадиях их развития. Эффективность контроля может быть повышена и за счет увеличения частоты испытаний, так при этом увеличивается вероятность своевременного обнаружения быстро развивающихся повреждений. Имеется также возможность выявления зависимостей наблюдаемых параметров от времени, температуры и других эксплуатационных факторов; такие зависимости позволяют более точно оценить характер и опасность дефекта.

Ввиду раннего выявления дефектов уменьшается ущерб от повреждений оборудования. Снижаются затраты на контроль: не надо выводить из работы все оборудование, отключается лишь то, в котором при испытаниях под напряжением выявлены дефекты. Стационарные схемы измерений и отсутствие необходимости в подготовке оборудования к испытаниям позволяют уменьшить трудозатраты на их проведение.

Контроль изоляции оборудования, находящегося под напряжением, выполняется с помощью специальной оснастки. При этом улучшаются условия труда персонала, ибо уменьшается объем работ, проводимых в зоне интенсивных полей на месте установки оборудования, и обеспечивается высокая безопасность проведения испытаний.

Система диагностирования без отключения оборудования создает возможность перехода к современной, более эффективной стратегии его обслуживания — по техническому состоянию. При этом экономический эффект определяется не только снижением аварийности оборудования, но и уменьшением затрат на проведение периодических планово-предупредительных ремонтов.

Применяются следующие системы контроля:

периодический контроль состояния изоляции с помощью переносных измерительных устройств;

автоматический контроль состояния изоляции с сигнализацией об опасном (предаварийном) ее ухудшении. При этом измерительные устройства устанавливаются на стационарном пульте контроля изоляции.

Система автоматического контроля может быть применена в составе АСУ-ТП подстанции. В этом случае на устройства АСУ-ТП возлагается управление измерениями, оценка их результатов и формирование сообщения о техническом состоянии объекта контроля.

1. ИСПЫТАНИЕ ИЗОЛЯЦИИ ПРИЛОЖЕННЫМ НАПРЯЖЕНИЕМ

1.1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Рекомендации относятся к эксплуатационным испытаниям электрооборудования и определяют методы и технические средства, применяемые для контроля изоляционных конструкций путем приложения напряжения, переменного или постоянного тока.

Рассматриваются методы испытаний напряжением переменного тока промышленной частоты и напряжением постоянного тока, полученного путем преобразования (выпрямления) переменного.

Испытательное напряжение превышает рабочее и его приложение создает в испытываемой изоляции повышенную напряженность электрического поля. Это позволяет обнаруживать дефекты, вызвавшие недопустимое для дальнейшей эксплуатации объекта снижение электрической прочности изоляции.

При испытании приложенным напряжением постоянного тока предусмотрено также измерение тока проводимости изоляционной конструкции. Значение тока проводимости дает дополнительную информацию о состоянии изоляции и для некоторых ее видов является диагностическим параметром.

Для исключения дополнительных повреждений изоляции объекта, заведомо подлежащего ремонту, испытанию приложением напряжения должны предшествовать осмотр и оценка технического состояния другими (неразрушающими) методами контроля.

Испытания приложенным напряжением не допускаются:

Испытания должны производиться в условиях, по возможности воспроизводящих эксплуатационные. Для этого необходимо подавать испытательное напряжение на тот электрод объекта, который в эксплуатации находится под напряжением, а также не допускать приближения посторонних предметов, искажающих электрическое поле испытываемого объекта. Расстояния до посторонних предметов должны превышать не менее чем в полтора раза расстояния по воздуху между заземленными и имеющими высокий потенциал электродами объекта.

При отсутствии необходимой испытательной установки допускается проведение испытаний изоляции объекта напряжением переменного тока по частям. Электродами, к которым прикладывается при этом испытательное напряжение, должны быть металлические элементы изоляционной конструкции (фланцы изоляторов, составляющих колонку, и т.п.). Испытательное напряжение, прикладываемое к части изоляционной конструкции, должно соответствовать доле рабочего напряжения на этой части (если другое не установлено нормами); рекомендуется увеличение расчетного значения испытательного напряжения на 10-20% (для учета неравномерности распределения напряжения).

1.2. ИСПЫТАНИЕ НАПРЯЖЕНИЕМ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

1.2.1. Испытательные установки

Установка для испытаний изоляции приложенным напряжением переменного тока состоит из регулировочного устройства, испытательного трансформатора, контрольно-измерительных приборов и средств защиты.

Схема установки (рис. 1) должна включать автоматический выключатель I, регулировочное устройство 2, измерительные приборы 3 и 4 для контроля режима установки, выключатель (рубильник) 5 для создания видимого разрыва в цепи питания, испытательный трансформатор 6 а также устройство для измерения испытательного напряжения 7 и защитный разрядник 8. Специализированные испытательные установки (в передвижных лабораториях, контейнерах и т.п.) имеют также системы сигнализации и блокировки от случайного включения напряжения.

Основное назначение автоматического выключателя 1 — быстрое отключение питания испытательного трансформатора при пробое или перекрытии объекта. Установка его срабатывания должна превышать ток потребления из сети при полном испытательном напряжении на объекте не более чем в два раза. Возможна установка защитного выключателя непосредственно перед испытательным трансформатором (вместо рубильника 5), однако при этом должны быть обеспечены блокировка и сигнализация, исключающие возможность случайного включения напряжения.

Рис. 1. Схема установки для испытания изоляции напряжением промышленной частоты

Разрядник 8, установка которого обязательна при испытании изоляции генераторов, обеспечивает защиту от недопустимого повышения испытательного напряжения. Пробивное напряжение разрядника устанавливается равным 1,1 испытательного. Рекомендуется применение шарового разрядника с диаметром шаров 2-10 см. Этот же разрядник можно использовать при градуировке устройства для измерения испытательного напряжения.

Мощность испытательного трансформатора устанавливается исходя из нагрузки его током емкости объекта и определяется допустимым нагревом обмоток.

Номинальная мощность испытательного трансформатора:

где номинальная мощность испытательного трансформатора, кВ-А;

испытательное напряжение, кВ;

номинальное напряжение обмотки ВН трансформатора, кВ;

угловая частота испытательного напряжения, рад/с;

ёмкocть изоляции объекта, пФ.

В установках для эксплуатационных испытаний электрооборудования могут быть применены специализированные испытательные трансформаторы, трансформатору напряжения и силовые трансформаторы. Основные характеристики этих трансформаторов приведены в приложении 1.

При использовании трансформаторов от маслопробойных установок следует иметь в виду, что средние точки их повышающих обмоток заземлены, а поэтому при испытании объектов с одним заземленным электродом может быть использована лишь половина обмотки. При применении в качестве испытательных трансформаторы напряжения типа НОМ могут быть перевозбуждены на 30-50% (при токе не превышающем допустимый по условиям нагрева). Силовые трансформаторы допускают по условиям нагрева кратковременную нагрузку по току до трехкратен от номинальной.

При отсутствии трансформатора с необходимым напряжением вторичной обмотки можно использовать последовательное включение трансформаторов.

Последовательное включение двух трансформаторов (рис. 2, а) применимо в случае, когда оба электрода объекта, могут бытъ, изолированы от земли. Трансформаторы работают в нормальных условиях. Испытательное напряжение равно сумме напряжений этих трансформаторов.

Рис. 1. Схемы последовательного включения испытательных трансформаторов:
TL1 и TL2 - испытательные трансформаторы;
TL3 – изолирующий трансформатор.

При каскадном соединении трансформаторов один из трансформаторов находится под высоким напряжением и должен быть изолирован от земли. Возбуждение этого трансформатора может производиться с помощью специальной обмотки первого трансформатора каскада (рис. 2 б) или через вспомогательный изолирующий трансформатор (рис. 2, в). При последовательном включении обмоток высокого напряжения двух трансформаторов типа НОМ допускается последовательное или параллельное включение их первичных обмоток без изолирующего трансформатора.

У трехфазных силовых трансформаторов может быть использовано как фазное напряжение, так и междуфазное. Использование междуфазного напряжения возможно лишь при полной изоляции нейтрали (на фазное напряжение). Расчетная мощность силового трансформатора, примененного в качестве испытательного, равна 1/3 номинальной (при использовании напряжения одной фазы) или 2/3 номинальной (при использовании напряжения двух фаз). Допускается перегрузка, ограничиваемая нагревом обмоток.

Мощность регулировочного устройства должна быть согласована с мощностью испытательного трансформатора. При отсутствии такой возможности регулятор выбирается исходя из тока, протекающего по цепи питания при испытании объекта, имеющего наибольшую емкость.

Регулировочное устройство должно обеспечивать регулирование испытательного напряжения от 25-30% до его полного значения. Регулирование должно быть практически плавным (со ступенями, не превышающими 1,5% от испытательного напряжения). Разрывы цепи при регулировании недопустимы.

Рекомендуется применение трансформаторных (автотрансформаторных) регуляторов. Использование реостатов или регулируемых дросселей, включенных последовательно в цепь питания испытательного трансформатора, нецелесообразно из-за возможных скачков испытательного напряжения вследствие резонансных явлений в испытательной схеме. Основные данные некоторых регулировочных устройств приведены в приложении 1.

Испытательное напряжение должно быть практически синусоидальным; содержание высших гармонических составляющих не должно превышать 5%. При использовании регуляторов с малым сопротивлением (например, автотрансформаторов) это требование выполняется и проверка формы кривой напряжения не нужна. Недопустимые искажения формы кривой испытательного напряжения возможны при использовании реостатного регулятора напряжения и питании устройства от фазного напряжения сети, особенно при токе нагрузки, сопоставимом с током намагничивания испытательного трансформатора. Применение такой испытательной установки допустимо лишь при контроле фарфоровой изоляции.

При испытаниях возможно возникновение скачков напряжения на объекте, вызванных резонансными явлениями в испытательной* схеме (резонансом напряжений или резонансом, токов).

В современных испытательных установках при соблюдении приведенных рекомендаций по выбору их элементов резонансные явления маловероятны.

Резонанс напряжений возникает в контуре, образованном емкостью объекта и включенными последовательно с ней индуктивностью рассеяния трансформатора и индуктивностью регулирующего устройства. Это возможно лишь при применении регулирующих устройств, имеющих большое реактивное сопротивление (регулируемых дросселей и т.п.). В таком случае перед испытаниями необходимо убедиться, что суммарное значение указанного индуктивного сопротивления испытательной установки, приведенное к стороне испытательного напряжения, будет меньше емкостного сопротивления объекта.

Резонанс токов возникает при равенстве емкостного сопротивления нагрузки и включенного параллельно ему индуктивного сопротивления испытательной установки. Резкое повышение испытательного напряжения при резонансе токов может возникнуть лишь при маломощном регуляторе и связано с тем, что при резонансе токов снижается ток через регулятор и, следовательно, падение напряжения на нем. Для исключения этого следует избегать случаев, когда нагрузка испытательного трансформатора будет менее 40%.

При испытании объектов, имеющих большую емкость, с целью уменьшения необходимой мощности испытательной установки и разгрузки питающей сети можно произвести компенсацию емкостного тока объекта. Компенсация производится подключением параллельно одной из обмоток испытательного трансформатора катушки индуктивности.

При подключении катушки индуктивности параллельно обмотке высокого напряжения уменьшается необходимая мощность всех элементов испытательной установки. При подключении ее параллельно обмотке низкого напряжения разгружается от тока объекта лишь регулировочное устройство.

Индуктивное сопротивление компенсирующей катушки в случае включения ее на стороне высокого напряжения следует выбрать близкой к значению емкостного сопротивления объекта. При компенсации на стороне низкого напряжения индуктивность должна быть в К2 меньше (К - коэффициент трансформации испытательного трансформатора). Предпочтителен режим недокомпенсации, когда индуктивный ток компенсации меньше емкостного тока объекта.

Нагрузка испытательной установки при компенсации емкостного тока на стороне высокого напряжения без учета активной составляющей тока равна:

где нагрузка испытательной установки, кВ-А;

угловая частота испытательного напряжения, рад/с;

С — емкость изоляции объекта, мкФ;

L — индуктивность компенсирующей катушки, Гн;

испытательное напряжение, кВ.

Как правило, мощность испытательного трансформатора не должна быть меньше 10% от требуемой для проведения испытаний без компенсации емкостного тока.

При компенсации емкостного тока, осуществляемой на стороне низкого напряжения, ориентиров очная нагрузка регулировочного устройства определяется по приведенной формуле, только значение компенсирующей индуктивности приводится к стороне высокого напряжения:

,

где L' — расчетное значение индуктивности, а К — коэффициент трансформации испытательного трансформатора.

Целесообразно применение компенсирующих катушек с линейной зависимостью тока от напряжения, для чего они должны выполняться с воздушным зазором в магнитопроводе. Минимальный зазор, обеспечивающий линейную характеристику, равен:

(При ),

где воздушный зазор, см;

средняя длина магнитопровода, см;

наибольшее напряжение на катушке, кВ;

п — число витков катушки;

S — поперечное сечение магнитопровода, см2.

Для компенсации емкостного тока на стороне высокого напряжения могут быть применены дугогасящие катушки, а на стороне низкого напряжения - сиговые реакторы. Рекомендуется применение резонансных испытательных трансформаторов, с большим током намагничивания. Большой ток намагничивания, компенсирующий ток объекта, обеспечивается наличием воздушного зазора в магнитопроводе. Изменением этого зазора и (или) изменением числа витков обмотки производится регулировка тока компенсации.

1.2.2. Измерение испытательного напряжения

Нормируется и подлежит измерению действующее значение испытательного напряжения. При практически синусоидальном напряжении и соответствующей градуировке могут быть использованы также устройства для измерения среднего и амплитудного значений. В случае, когда не исключено искажение формы кривой испытательного напряжения, рекомендуется измерение амплитудного значения; испытательное напряжение при этом принимается равным 1,41 нормированного действующего значения.

Суммарное значение относительной погрешности измерения испытательного напряжения не должно превышать 5%.

Рекомендуется применение измерительных устройств с основной погрешностью, не превышающей 3%.

Измерительные устройства с нормируемым приведенным значением погрешности (например, стрелочные приборы) должны иметь основную погрешность не более 1,5% (класс точности 1,5); при этом предел измерения выбирается таким, чтобы отсчет значения испытательного напряжения производился при показаниях устройства, превышающих 1/3 шкалы.

Основные схемы измерения испытательного напряжения приведены на рис. 3.

При измерениях прибором 1, включенным на стороне низкого напряжения, как правило, необходима предварительная градуировка или расчетное исключение погрешности от падения напряжения на сопротивлении рассеяния испытательного трансформатора. Это сопротивление имеет индуктивный характер, и протекание по нему емкостного тока объекта вызывает повышение испытательного напряжения, не учитываемое при расчете напряжения по коэффициенту трансформации.

Рис. 3. Схема измерения испытательного напряжения переменного тока:
TL — испытательный трансформатор;
TV — трансформатор напряжения;
Z1, Z2 — элементы делителя напряжения;
R — защитный резистор разрядника

При испытании изоляции генераторов эту схему измерений применять не следует. В остальных случаях поправку можно вводить расчетным путем. Напряжение на первичной обмотке трансформатора, измеряемое прибором 1, определяется по формуле

Где напряжение на первичной обмотке, В;

испытательное напряжение, кВ;

К — коэффициент трансформации трансформатора;

напряжение короткого замыкания испытательного трансформатора, %;

отношение тока обмотки высокого напряжения при испытании к номинальному току обмотки:

отношение испытательного напряжения к номинальному напряжению вторичной обмотки.

Некоторые испытательные трансформаторы имеют специальные отпайки от обмотки высокого напряжения для его измерения (прибор 2). Эта схема измерений является наиболее удобной и обеспечивает необходимую точность.

Ток потребления измерительного устройства не должен превышать 5% от номинального тока обмотки высокого напряжения трансформатора. Необходимую точность обеспечивает, также применение трансформаторов напряжения (прибор 3).

Для измерения испытательного напряжения на стороне обмотки высокого напряжения испытательного трансформатора могут быть

применены соответствующие киловольтметры 4 или же вольтметры с делителями напряжения 5.

При отсутствии аттестованных стандартных делителей напряжения возможно применение подходящих резисторов или конденсаторов с предварительной градуировкой измерительного устройства, проводимой, как правило, с помощью шарового разрядника 6. При применении нестандартных делителей необходимо принять меры для исключения погрешностей из-за токов со стороны находящихся под напряжением элементов испытательной установки (экранирование, увеличение тока делителя и т.п.).

Градуировка устройства для измерения испытательного напряжения по шаровому разряднику производится в следующей последовательности:

    1. установить между шарами расстояние, соответствующее амплитудному напряжению градуировочного напряжения (приложение 2);
    2. произвести несколько разрядов с целью приведения разрядника в рабочее состояние (очистить поверхность);
    3. произвести пять последовательных разрядов с интервалом в 1 мин с одновременным отсчетом показаний измерительного устройства; скорость повышения напряжения перед разрядом (выше половины ожидаемого значения) не должна быть более 3% от пробивного в секунду.

Среднее арифметическое значения полученных отсчетов измерительного устройства считается соответствующим разрядному напряжению приданном расстоянии между шарами.

Если один или несколько отсчетов при градуировке отклоняется от среднего значения более чем на 3°, то градуировку следует повторить.

Для приведения результатов градуировки к нормальным условиям значение разрядного напряжения разрядника следует умножить на коэффициент, зависящий от относительной плотности воздуха:

Относительная плотность р

0,75

0,8

0,85

0,9

0,95

1,0

1,05

1,1

1,15

Коэффициент КР

0,77

0,82

0,86

0,91

0,95

1,0

1,05

1,09

1,13

Нормальными условиями считаются: атмосферное давление Р =101,3 кПа (760 мм рт. ст.) и температура воздуха Т = 293 К (20 °С).

Относительная плотность воздуха

где Р — атмосферное давление;

t — температура воздуха, °С.

Если давление выражено в килопаскалях, то КР = 2,89, если в миллиметрах ртутного столба, то КР = 0,386.

Для избежания ошибок градуировки шаровой разрядник должен располагаться так, чтобы расстояние от заземленных предметов до шара, находящегося под напряжением, более чем в 15 раз превышало искровой промежуток.

Для устранения колебаний напряжения при разряде и защиты поверхности шаров последовательно с разрядником следует включить безиндуктивный резистор.

Испытательное напряжение к условиям испытаний не пересчитывается.

1.3. ИСПЫТАНИЕ НАПРЯЖЕНИЕМ ПОСТОЯННОГО ТОКА

1.3.1. Испытательные установки

Установка для испытании изоляции приложением напряжения постоянного (выпрямленного) тока состоит из регулировочного и выпрямительного устройства а также контрольно-измерительных приборов и средств защиты.

Выпрямительное устройство содержит испытательный трансформатор и выпрямитель с фильтром.

Схема установки (рис. 4) должна включал, автоматический выключатель 1, регулировочное устройство 2, амперметр 3 и вольтметр 4 для контроля режим выключатель (рубильник) 5 для создания видимого разрыва в цепи питания, испытательный трансформатор 6, выпрямитель 7 с фильтром 8, а также устройство для измерения испытательного напряжения 9 и разрядное устройство 10.

Рис. 4. Схема установки для испытания изоляции напряжением постоянного тока.

При измерении тока проводимости в состав испытательного устройства входя также соответствующее измерительное устройство.

Основное назначение автоматического выключателя 1 быстрое отключение питания при перегрузках испытательной установки или пробое (перекрытии) изоляции объекта.

Специализированные установки (например, в передвижных лабораториях и т.п.) имеют также системы сигнализации и блокировки от случайного включения напряжения и специальные устройства для автоматического заземления вывода высокого напряжения с целью снятия заряда емкости объекта и фильтра.

Ток проводимость, протекающий через изоляцию объекта при испытании, не превышает обычно 10 мА. При заданном испытательном напряжении по и определяет мощность трансформатора 6. Ток регулировочного устройства 2 согласуется с потреблением трансформатора и. как правило, определяется его током холостого хода. Нестабильность напряжения питания вызывает толчки тока в цепи объекта (тока заряда емкости объекта). Это существенно затрудняет измерение тока проводимости. Для исключения погрешностей измерения рекомендуется peгулятор напряжения питать через стабилизатор. Желательно применение малоинерционных электронных стабилизаторов или использование электронных peгуляторов с автоматической стабилизацией напряжения.

Вентили (диоды) выпрямителя 7 должны выбираться исходя из ожидаемого тока проводимости и обратного напряжения. Как правило, применяются полупроводниковые диодные сборки (столбы). Современные кремниевые диоды (см. приложение 1) имеют предельно допустимые значения прямого тока, значительно превышающие требуемые.

По условиям выдерживания обратного напряжения в большинстве случаев требуется последовательное соединение диодов и сборок. Значение обратного напряжения зависит от схемы выпрямителя; в рекомендуемые схемах оно равно удвоенному испытательному напряжению или части его, приходящейся на ступень выпрямления. Обратное напряжение определяется исходя из наибольшего напряжения испытательной установки.

При последовательном соединении диодов для обеспечения равномерного распределения обратных напряжений необходимо шунтировать каждый диод резистором. Сопротивление резистора -70 кОм на каждые 100 В обратного напряжения. Выпрямительные столбы типа КЦ можно включать последовательно без делителя, выравнивающего напряжение, но не более чем на обратное напряжение 30 кВ.

Схемы выпрямительных устройств определяются заданным значением испытательного напряжения. При испытательном напряжении до 50-60 кВ рекомендуется применение схемы однополупериодного выпрямления (рис. 5, а, б). При более высоких напряжениях целесообразны схемы выпрямителей с умножением напряжения (рис. 5 б, г, д).

Рекомендуется применение схем с заземлением одного из выводов трансформатора (рис. 5, д, б, д), однако при наличии трансформатора, имеющего соответствующую изоляцию, возможно применение и других схем выпрямителей (рис. 5, б, г).

Схемы с умножением выпрямленного напряжения позволяют при малой нагрузке получить напряжение постоянного тока, в несколько раз превышающее амплитудное напряжение трансформатора.

В основу этих схем положена схема удвоения (рис. 5, б). При последовательном соединении ступеней удвоения (рис. 5. д) может быть получено дальнейшее увеличение испытательного напряжения.

Рекомендуется применение схем выпрямительных устройств, дающих на объекте напряжение отрицательной полярности (по отношению к заземлению).

Напряжение на выходе выпрямительного устройства не является постоянным. Для выделения постоянной составляющей применяется фильтр — сглаживающий (накопительный) конденсатор.

В ряде случаев необходимость в специальном конденсаторе фильтра отсутствует; его роль например, при испытаниях кабелей) выполняет емкость объекта.

Рис. 5. Схемы выпрямительных устройств:
1 — трансформатор; 2 - выпрямитель; 3 - объект; VD — вентиль; С — накопительный конденсатор; С , R — емкость и сопротивление изоляции объекта

Конденсатор фильтра заряжается через выпрямитель током испытательного трансформатора с разряжается током проводимости объекта. Это вызывает пульсацию испытательного напряжения, относительное значение которой (коэффициент пульсации):

гдеток проводимости объекта, мА;

испытательное напряжение, кВ;

частота напряжения сети, Гц;

суммарная емкость конденсатора фильтра и объекта, мкФ;

сопротивление изоляции объекта, МОм.

Нормируемое значение коэффициента пульсации напряжения испытательной установки = (1-5) 102 (1-5%).

Меньшие значения относятся к случаю испытаний, при которых измеряется ток проводимости. При >5% будет недопустимой погрешность измерения испытательного напряжения.

Емкость фильтра (с учетом емкости объекта) не должна быть менее (мкФ).

гденормируемый коэффициент пульсации, %,

сопротивление изоляции объекта, МОм.

Данные конденсаторов, применяемых в качестве фильтров, приведены в приложении 1.

Напряжение холостого хода на выходе испытательной установки без умножения напряжения равно амплитудному значению напряжения испытательного трансформатора. При реально встречающихся сопротивлениях изоляции объекта и правильном выборе емкости фильтра с учетом малого падения напряжения в современных выпрямителях можно считать, что испытательное напряжение на объекте будет близким к расчетному в режиме холостого хода.

В схемах с умножением напряжения пульсация увеличивается и необходимо учитывать падение напряжения в выпрямительном устройстве, равное, где п - число ступеней удвоения напряжения, частота напряжения сети, С - емкость конденсатора ступени. Поэтому целесообразно использование лишь 2-3-х ступеней умножения.

Необходимая емкость конденсатора ступени удвоения:

гдеемкость конденсатора, мкФ;

допустимый коэффициент пульсации,

сопротивление изоляции объекта, МОм;

коэффициент, зависящий от числа ступеней удвоения (п).

Ориентировочные значения .

п

1

2

3

1

7

20

1.3.2. Измерение испытательного напряжения и тока проводимости

Точность измерения испытательного напряжения и тока проводимости определяется не только погрешностями измерительных устройств, но и наличием пульсации выпрямленного напряжения. Пульсация дает дополнительную погрешность измерения, зависящую от типа примененного прибора (измерителя среднего, действительного или амплитудного значения).

Для обеспечения необходимой точности измерений пульсация напряжения испытательной установки не должна превышать допустимое значение, установленное исходя из целей испытания (см. п. 1.3.1). В дальнейшем следует исходить из того, что это требование выполняется.1

'Особенности измерений испытательного напряжения и тока проводимости разрядников не рассматриваются.

Суммарное значение относительной погрешности измерения испытательного напряжения, а также тока проводимости не должно превышать 5% (если иное не установлено нормами).

Рекомендуется применение измерительных устройств с основной погрешностью не превышающей 3%. Измерительные устройства с нормируемым значением погрешности (например, стрелочные приборы) должны иметь основную погрешность не более 1,5% (класс точности 1,5); при этом предел измерения выбирается таким, чтобы отсчет значения измеряемой величины производился при показаниях устройства, превышающих 1/3 шкалы.

Основные схемы измерения испытательного напряжения приведены на рис. 6.

При измерении прибором 1 на стороне низкого напряжения испытательного трансформатора или приборами 2 и 3 на стороне высокого напряжения испытательное напряжение можно принять равным

гдедействующее значение напряжения переменного тока;

коэффициент приведения к стороне высокого напряжения испытательного трансформатора.

Рис. 6. Схема измерения испытательного напряжения постоянного тока;
TL — испытательный трансформатор; TV — трансформатор напряжения; VD — вентиль; СФ — конденсатор фильтра; R — добавочный резистор; R1, R2— элементы делителя.

Для прибора I, включенного на стороне низкого напряжения, пересчет ведется по номинальному коэффициенту трансформации испытательного трансформатора. Показания прибора 2 на выводах специальной измерительной части обмотки высокого напряжения приводятся к выводу ВН по паспортным данным трансформатора; при этом ток потребления прибора 2 не должен превышать 5% от номинального тока вторичной обмотки испытательного трансформатора. При использовании измерительного трансформатора (прибор 3) для расчета используется его номинальный коэффициент трансформации.

В случаях, когда необходима повышенная точность измерения испытательного напряжения (например, при испытаниях кабелей с определением тока проводимости), рекомендуется применение измерительных устройств постоянного тока. Ими могут быть кило-вольтметры 4 (в основном электростатической системы) или приборы постоянного тока с добавочными резисторами или делителем (вольтметры 6, миллиамперметры 5). При отсутствии аттестованных стандартных делителей напряжения или добавочных резисторов возможно применение подходящих резисторов с предварительной градуировкой измерительного устройства, проводимой, как правило, с помощью шарового разрядника (см. п. 1.2.2). Допускается градуировка по показаниям приборов переменного тока 2 и 3 при режиме холостого хода испытательной установки.

Схемы измерения тока проводимости изоляции приведены на рис. 7, а.

Рис. 7. Схемы измерения тока проводимости изоляции:
1- прямая схема включения 2 - перевернутая схема включения; Э - экран, Б - бандаж

Предпочтительной является схема включения измерительного прибора (микроамперметра) в цепь заземления низкопотенциального вывода объекта (прибор 1, прямая схема включения). При невозможности реализации прямой схемы включения применяется перевернутая (прибор 2). Схема с включением прибора в заземление испытательного трансформатора (обратная) не рекомендуется из-за опасности недопустимых погрешностей измерения

Пределы измеряемых значений при контроле изоляции от 1 до 1000 мкА. Обычно применяются микроамперметры магнитоэлектрической системы с изменяемыми пределами измерении (10-30-100-300-1000 мкА). Микроамперметр должен иметь защиту от перегрузки и импульсов тока заряда емкости объекта.

При измерениях необходимо принять меры для исключения погрешности от паразитных токов в схеме - токов, вызванных испытательным напряжением и протекающих через измерительный прибор, минуя контролируемую изоляцию. Источниками такой погрешности, как правило, являются токи на поверхности изоляционной конструкции и (при высоких напряжениях) токи короны на проводах между измерительным устройством и объектом.

Исключение влияния паразитных токов производится экранированием (рис. 7, б, в). Экран должен охватывать корпус измерительного устройства и провод, соединяющий его с объектом. Ток поверхностной утечки исключается путем наложения на поверхность изоляции вблизи электродов бандажей, соединенных с экранами.

Еще одним источником погрешности измерения тока проводимости могут быть импульсы тока заряда (разрядах) емкости объекта при изменениях напряжения питания. Для исключения этих импульсов следует применить стабилизацию напряжения питания. Снижение амплитуды импульсов тока в цепи объекта может быть достигнуто путем увеличения емкости фильтра; она должна в несколько раз превышать емкость объекта.

1.4. ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЙ. МЕРЫ БЕЗОПАСНОСТИ

Испытания приложенным напряжением должны проводиться специально обученным персоналом с соблюдением действующих Правил техники безопасности при эксплуатации электроустановок.

Для обеспечения безопасности персонала и целости оборудования изоляционные расстояния по воздуху между элементами испытательной установки, находящимися под испытательным напряжением, и заземленными предметами должны быть не менее следующих:

Испытательное напряжение, кВ

20

30

40

50

60

70

80

90

100

150

200

250

300

Изоляционное расстояние, см:

для напряжения переменного тока

5

10

20

25

30

40

45

50

60

80

90

120

140

для напряжения постоянного тока

5

5

10

15

20

25

30

35

40

60

80

90

100

Для напряжения переменного тока указано действующее значение напряжения.

Во избежание перекрытия воздушных промежутков между токоведущими частями, находящимися под рабочим напряжением, и частями этого же оборудования, на которые подается испытательное напряжение переменного тока, расстояния между ними не должны быть менее следующих:

Номинальное напряжение установки, кВ

6

10

15

20

35

Минимальное изоляционное расстояние, см

12,5

15

20

25

50

В этом случае перед испытанием необходимо убедиться, что испытательное напряжение не находится в противофазе с рабочим.

Подъем напряжения на испытуемом оборудовании следует начинать с наименьшего возможного значения, но не превышающего 30% испытательного напряжения.

Дальнейшее повышение напряжения до нормированного испытательного следует производить со скоростью, позволяющей получить надежный отсчет по приборам (примерно за 20-30 с). После установленной выдержки времени производится быстрое плавное снижение напряжения до нуля; допустимо отключение напряжения при его значении, не превышающем 30% испытательного.

Во время испытания должно проводиться непрерывное наблюдение с безопасного расстояния за состоянием объекта, а также за показаниями измерительных приборов испытательной установки.

При испытаниях напряжением переменного тока объектов с органической изоляцией после снятия напряжения и наложения заземления рекомендуется ощупать ее доступные поверхности, чтобы убедиться в отсутствии местных нагревов.

Объект считается выдержавшим испытания, если:

Допускается возникновение слабых скользящих разрядов по поверхности фарфоровой и аналогичной изоляции. Для объектов с органической (литой) изоляцией такие разряды, приводящие к повреждению поверхности, недопустимы.

При испытании напряжением постоянного тока с измерением тока проводимости браковочным критерием также считается рост тока проводимости при неизменном напряжении на объекте.

После окончания испытаний напряжением постоянною тока объект должен быть разряжен - снят заряд ею емкости. Это производится с помощью разрядного устройства, которым соединяются соответствующие выводы объекта.

Разрядное устройство должно иметь изоляцию, обеспечивающую безопасность оператора, а в цепи разряда — сопротивление, ограничивающее ток разряда.

Разрядное устройство должно присоединяться непосредственно к электродам объекта, минуя цепи испытательной установки и тем более устройства для измерения тока проводимости.

При большой емкости изоляции объекта ее заряд содержит значительную энергию, которая выделяется в разрядном устройстве. Разрядное сопротивление без разрушения должно выдерживать разрядный ток и не перекрываться испытательным напряжением. Сечение токоведущих цепей разрядного устройства должно быть не менее 4 мм2. При небольшой емкости объекта в качестве разрядного может быть применен проволочный резистор 50-150 Вт; при больших емкостях — изоляционная трубка, залитая водой. Рекомендуется выбирать разрядное сопротивление около 10-50 Ом на киловольт испытательного напряжения.

Для снятия абсорбционного заряда изоляции разряд объекта должен быть длительным — не менее 5-10 мин. Перед прикосновением к электродам даже разряженного объекта необходимо наложение заземления.

Аналогичным способом производится разряд емкости фильтре.

2. ИЗМЕРЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ИЗОЛЯЦИОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

2.1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Рассматриваются методы измерения характеристик изоляционных конструкций, определяемых свойствами диэлектриков (диэлектрические характеристики). Контролируемые параметры: сопротивление, тангенс угла диэлектрических потерь и емкость изоляции.

Измерения производятся на выведенном из работы (отключенном) оборудовании.

Достоверность измеренного значения параметра зависит от погрешности измерительного устройства и от влияния на результат измерения внешних факторов (помех). К ним относятся паразитные токи в схеме измерений, токи влияния, погодные условия.

Паразитными называются токи, возникающие под действием напряжения измерительной установки и проходящие через измерительное устройство, минуя объект измерения. Эти токи протекают по так называемым паразитным связям между источником напряжения измерительной установки и элементами измерительного устройства, а также по паразитным связям в измерительном устройстве и в объекте.

Токами влияния называются токи, возникающие под действием рабочего напряжения электрической установки, в которой находится контролируемый объект, и проходящие через измерительное устройство. К ним относятся токи промышленной частоты и ее гармонических составляющих, протекающие по электрическим и электромагнитным связям между элементами схемы измерений (включая объект) и оборудованием, находящимся под рабочим напряжением. Кроме того, токи влияния протекают в измерительной установке при наличии разности потенциалов между точками заземления ее элементов.

В эксплуатационной практике точность измерения, как правило, определяется погрешностями из-за влияния внешних помех. Поэтому схемы измерений и процедура их проведения установлены исходя из необходимости уменьшения этих погрешностей. Для этого используются экранирование, исключение погрешностей расчетными методами, применение помехоустойчивых измерительных устройств.

Влияние условий измерений (влажности воздуха, загрязнения поверхности объекта) в основном проявляется в изменении паразитных связей объекта контроля. Для уменьшения этого влияния измерения следует производить при сухой погоде, предварительно очистив изоляционные поверхности от загрязнений.

Ввиду температурной зависимости значении параметров изоляции измерения должны производиться при температуре, близкой к нормированной. В случаях отклонения температуры изоляции более чем на 5°С от нормированной необходимо приведение результатов измерений к базовым условиям (сопоставимому виду), установленным в нормативных документах.

В изоляции оборудования высокого напряжения обычно сильно выражены абсорбционные процессы, проявляющиеся в зависимости тока проводимости (сопротивления) изоляции от длительности приложения напряжения. Поэтому перед измерениями на постоянном токе, особенно при повторных приложениях напряжения, необходимо устранить накопленный в изоляции абсорбционный заряд, закоротив не менее чем на 5 мин выводы объекта.

При наличии в объекте контроля обмоток, индуктивность которых может исказить результаты измерении (например, в трансформаторах), при подготовке к испытаниям необходимо закоротить их выводы.

2.2. СХЕМЫ ИЗМЕРЕНИЙ. ЭКРАНИРОВАНИЕ

2.2.1. Измерительные установки

Установка для измерения характеристик изоляции электрооборудования состоит из измерительного устройства (средства измерения), источника измерительного (испытательного) напряжения и шин (проводов), соединяющих их с объектом контроля. Источник напряжения может быть конструктивно объединен со средством измерения. При высоком напряжении или при большой мощности источника применяется раздельная компоновка элементов измерительной установки.

По месту средства измерения (СИ) в цепи измерительной установки различают прямую (нормальную), перевернутую и обратную схемы включения.

В прямой схеме (рис. 8, а) СИ расположено между низкопотенциальным выводом изоляции объекта и заземлением. СИ в этой схеме находится под небольшим потенциалом относительно земли. Прямая схема включения обладает наибольшей помехозащищенностью и применяется во всех случаях, когда доступны оба вывода объекта (при контроле оборудования, имеющего специальные измерительные выводы, в лабораторных условиях и т.п.).

Рис. 8. Схемы включения средства измерений:
1 — источник испытательного напряжения; 2 — объект; 3 — средство измерений

В перевернутой схеме (рис. 8. б) СИ включено в цепь испытательного напряжения между источником и объектом. Эта схема позволяет производить измерения на объектах, у которых один из выводов не может быть отключен от заземления. Недостатком перевернутой схемы является то, что СИ находится под высоким напряжением относительно земли. Это усложняет его конструкцию и затрудняет производство измерений.

Обратная схема (рис. 8, в) отличается тем, что СИ включается в цепь заземления источника напряжения. Обратная схема включения, как и перевернутая, позволяет производить измерения на объектах с одним, заземленным выводом. Однако конструкция измерительной установки в этом случае существенно усложняется. Широкого распространения обратная схема не получила.

2.2.2. Паразитные токи в схеме измерений

Источником паразитных токов в схеме измерений является напряжение измерительной установки. Паразитные токи протекают от вывода источника напряжения и соединенных с ним проводов на заземленные или имеющие низкий потенциал элементы схемы.

Характерные пути протекания паразитных токов в схеме измерений и соответствующие им проводимости паразитных связей приведены на рис. 9. В установках постоянного тока пути протекания паразитных токов определяются сопротивлениями изоляции конструктивных элементов и наличием короны. В установках переменного тока паразитные токи имеют, как правило, емкостный характер; активная составляющая их вызвана диэлектрическими потерями по пути протекания.

Рис. 9. Пути протекания паразитных токов в схеме измерений:
1 — источник напряжения; 2 — средство измерений; 3 — объект

От шин (проводов), соединенных с выводом источника напряжения, текут токи Iп1 , Iп2 (на землю) и Iп3 (на низкопотенциальный вывод объекта). Внутри источника напряжения имеется несколько путей протекания паразитных токов от измерительного напряжения и напряжения сети питания; они определяют суммарный ток Iп4. Устранение погрешностей измерения, связанных с паразитными токами, производится экранированием элементов схемы измерения или введением расчетных поправок в полученные результаты. Экранирование является основным методом исключения паразитных токов. Введение поправок допустимо лишь в случае, если полное экранирование всех элементов схемы произвести невозможно.

В зависимости от схемы включения через СИ протекают разные составляющие суммарного паразитного тока. В соответствии с этим используются разные способы экранирования.

В прямой схеме включения СИ через его измерительный элемент протекает ток Iп3, обусловленный проводимостью между проводом, подключенным к источнику напряжения и проводом от низкопотенциального вывода объекта к СИ. Остальные паразитные токи замыкаются помимо СИ и погрешности в результаты измерений не вносят. Исключение тока Iп3 производится заземленным экраном Э, охватывающим измерительный элемент СИ, низкопотенциальный вывод объекта и соединяющий их провод (рис. 10, а).

В перевернутой схеме включения СИ через его измерительный элемент протекают токи Iп2 и Iп3. Остальные паразитные токи замыкаются помимо СИ. Ток Iп2 проходит через СИ лишь той его частью, которая обусловлена проводимостью на землю измерительного элемента и участка провода между ним и объектом (включая и вывод объекта). Для исключения тока Iп2 указанные элементы охватываются экраном, присоединенным к соответствующему выводу источника напряжения (рис. 10, б). При этом исключается и ток Iп3.

В обратной схеме включения СИ через его измерительный элемент протекают все указанные паразитные токи. Полное экранирование в обратной схеме (рис. 10, в) обеспечивается двумя экранами. Экран Э1, охватывает провод, идущий от источника измерительного напряжения, и сам источник. В качестве экрана источника напряжения обычно используется его кожух. Изоляция экрана Э1, от провода должна выдерживать полное напряжение источника. Кроме того, в установках переменного тока необходимо обеспечить экранирование по цепям питания. Для этого источник измерительного напряжения должен иметь специальную конструкцию или (как на рис. 10, в) используется разделительный экранированный трансформатор. Наружный экран Э2 заземляется.

Pиc. 10. Экранирование измерительных устройств
Обозначение тe же, что и на рисунке 9

В измерительных устройствах обычно имеются внутренние экраны, обеспечивающие защиту от паразитных токов. К зажимам этих экранов следует присоединять и наружные экраны схемы измерений. Кроме решения основной задачи — отведение паразитных токов — экранирование обеспечивает также снижение уровня токов влияния, протекающих через измерительный элемент СИ.

В тех случаях, когда полное экранирование осуществить сложно (например, при обратной схеме включения), погрешность можно исключить расчетным путем. Для этого измерения проводят дважды: сначала измеряют сумму тока объекта и паразитных токов, затем только паразитные токи (объект отключен).

Расчетное исключение погрешности возможно только при аддитивной помехе, т.е. когда измерение суммы токов производится в области линейности СИ. В измерительных установках постоянного тока результат измерения вычисляется как разность данных, полученных при первом и втором измерениях. В установках переменного тока необходимо учитывать не только модули, но и фазы измеряемых токов.

При больших уровнях помех расчетное исключение паразитных токов нецелесообразно. Значение параметра, определенное как разность больших, значений, полученных в результате измерений, будет иметь недопустимую погрешность.

До сих пор рассматривались паразитные токи, причиной появления которых является электрическое поле. В установках переменного тока паразитные токи могут возникать и при воздействии электромагнитных полей. ЭДС, индуктированные при этом в измерительных цепях, создают в замкнутых контурах токи, накладывающиеся на измеряемые и являющиеся источниками погрешностей.

Обычно при конструировании СИ площадь контуров, в которых может индуктироваться паразитная ЭДС, делают минимальной и при необходимости ставят электромагнитные экраны. Поэтому в условиях эксплуатации возможны лишь остаточные погрешности из-за неудачного взаимного расположения СИ и элементов установки, имеющих большие внешние электромагнитные поля (регуляторы, трансформаторы).

Наиболее подвержены электромагнитным влияниям высокочувствительные узлы СИ, имеющие в своем составе трансформаторы, дроссели и т.п. Влияние электромагнитных наводок устраняется изменением взаимного расположения элементов установки (путем удаления СИ от влияющих аппаратов). Остаточная почетность исключается расчетом по результатам двух измерений, проведенных с изменением направления тока в узле, подверженном влияниям.

В мостах переменною тока элементом, наиболее чувствительным к электромагнитным помехам, является указатель равновесия. Для исключения этой погрешности необходимо произвести два уравновешивания моста, причем второе с переменой полярности включения указателя равновесия в диагональ моста. За результат измерения принимается полусумма полученных данных.

2.2.3. Паразитные связи объекта измерений

Погрешности измерений могут быть также следствием паразитных связей объекта измерений с окружающими его предметами. Кроме того, погрешности измерений могут появиться из-за ряда конструктивных особенностей объекта (наличие обмоток, шунтирование измерительных элементов и т.п.).

На схеме (рис. 11) емкость СХ объекта представлена в виде цепочки из нескольких последовательно соединенных конденсаторов. Такое представление ближе к реальному объекту, так как в значительном количестве случаев изоляция оборудования высокого напряжения выполняется в виде ряда последовательно включенных секций (аппаратная изоляция конденсаторного типа и т.п.). Пути паразитных токов показаны включением соответствующих проводимостей.

Паразитный ток Iп5 вызывается в основном утечками по поверхности контролируемого объекта между его электродами, а также током короны на проводах схемы измерений. Токи Iп6 и Iп7 протекают по частичным емкостям изоляционной конструкции объекта относительно заземленных деталей или деталей, находящихся под напряжением измерительной установки. Паразитный ток Iп8 обусловлен емкостью и проводимостью деталей объекта, связанных с источником напряжения. В ряде случаев ток Iп9 может протекать по частям изоляции объекта, включенным параллельно области, параметры которой надо измерить. Ток Iп9, проникает по емкостям и проводимостям, шунтирующим измерительный элемент СИ.

Токи Iп5, Iп9 и частично Iп8 создают погрешности при измерениях на постоянном и переменном токе. Токи Iп6 и Iп7 только при переменном токе. Соответственно в дальнейшем будут рассмотрены и методы их исключения.

Рис. 11. Паразитные связи объекта измерений
Обозначения те же, что и на рис. 9

Ток Iп5 зависит от степени загрязненности поверхности изоляционной конструкции, от ее увлажнения. Поэтому основным способом снижения погрешностей измерения по этой причине является очистка поверхности. В случае, если очистка не помогла, то паразитные токи следует отводить с помощью охранных электродов (колец), соединенных с экраном измерительной схемы. Охранные кольца могут исказить электрическое поле объекта, вызвав тем самым дополнительные погрешности. Поэтому экранирование должно производиться с осторожностью. Охранные кольца следует накладывать вблизи соответствующих электродов объекта так, чтобы осуществить полное прилегание кольца ко всей поверхности изолятора.

Погрешности измерения, вносимые токами Iп6 и Iп7, также нередко связаны с состоянием поверхности объекта. Пути для этих токов могут быть образованы, например, емкостью между обкладками ввода с конденсаторной изоляцией и проводящими загрязнениями на поверхности фарфоровой покрышки или неправильно установленными охранными электродами. Существенные погрешности измерения могут быть обусловлены нарушением правил подготовки объекта к проведению испытаний при котором возникают дополнительные паразитные связи (испытание вводов трансформатора, обмотки которого не закорочены, наличие около ввода лестницы, с помощью которой собирали схему измерений и т.п.).

Паразитный ток Iп6 так же как и ток Iп5, увеличивает по сравнению с действительным измеренное значение tg. При измерении при прямой схеме включения СИ наличие тока Iп7 приводит к снижению измеренного значения tg. Поэтому существует реальная опасность, что ухудшение состояния изоляции может быть замаскировано паразитными связями объекта.

Паразитный ток Iп8 вносит погрешности измерения при перевернутой схеме включения СИ. Основной способ исключения этих погрешностей — уменьшение тока Iп8 путем изменения схемы измерений или подачи на части объекта мешающие измерению потенциала экрана схемы.

Путем соединения с экраном схемы измерений отдельных проводящих элементов конструкции объекта или при установке соответствующих экранов (проводящих колец) можно также ограничить объем контролируемой изоляции. Такой контроль отдельных частей объекта позволяет уточнить зону дефекта и установить степень его развития.

Этот способ используется, например, при контроле силовых трансформаторов: характеристики изоляции одной из обмоток можно определить, подав на другие обмотки потенциал экрана, исключив тем самым протекание через СИ токов через их изоляцию. Такие же схемы применяются при контроле отдельных зон изоляции вводов.

К недопустимой погрешности результатов измерений может привести также шунтирование входа СИ. Под входом СИ понимается его измерительный элемент (первичный преобразователь), по которому протекает измеряемый ток.

При шунтировании входа проводимостью Y9 (см. рис. 11) по ней будет протекать паразитный ток Iп9, являющийся частью подлежащего измерению тока объекта.

Погрешность зависит от характера входного сопротивления СИ и шунтирующей его проводимости. Более подробно способы ее исключения будут рассмотрены при описании конкретных схем измерения.

2.3. ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ

2.3.1. Схемы и средства измерений

Сопротивление изоляции определяется по току, проходящему через нее, при приложении напряжения постоянного тока. При напряжениях до нескольких киловатт для измерения применяются мегаомметры. При более высоких напряжениях используются источники выпрямленного напряжения и измеряется ток проводимости — величина, обратная сопротивлению.

Мегаомметр (рис. 12) состоит из источника напряжения постоянного тока и измерительного элемента (прибора), измеряющего ток Iх через изоляцию объекта. Шкала прибора градуируется в значениях сопротивления; для этого напряжение источника U должно быть стабильным. Применяются и логометрические измерители, показания которых пропорциональны частному от деления напряжения на измеряемый ток. Объект с сопротивлением изоляции Rх и емкостью Сх, присоединяется к выводам "rх" и "-" мегаомметра. Вывод "Э" предназначен для присоединения цепей экранирования (их сопротивление относительно вывода "rх" обозначено резистором Rп). Схемы включения мегаомметра — прямая и перевернутая: соответственно заземляются выводы "Э" или "-". Наиболее часто применяется перевернутая схема включения.

Экранирование применяется в случаях, когда необходимо исключить влияние поверхности изоляционной конструкции или ограничить область контролируемой изоляции. Для исключения влияния состояния поверхности на наружной части изоляционной конструкции около электрода, соединенного с выводом "rх" мегаомметра, устанавливается экранирующее кольцо из мягкого провода, соединяемое с выводом "Э". Для ограничения контролируемой области изоляции потенциал экрана мегаомметра подается на соответствующий электрод (рис. 13).

Сопротивление, включенное между выводами "Э" и "rх'' (Rп, см. рис. 12), в схемах с экранированием шунтирует измерительный элемент мегаомметра, чем может внести недопустимую погрешность в измерения. Наименьшее допустимое значение этого сопротивления нормируется; оно не должно быть меньше 1% конечного (наибольшего) значения шкалы на данном пределе измерений. Желательно чтобы сопротивление цепей экранирования в 50-100 раз было больше, чем сопротивление измерительного элемента мегаомметра (резистор R0, см. рис. 12).

В качестве измерительного элемента в большинстве мегаомметров используется вольтметр, измеряющий падение напряжения U0 на образцовом резисторе R0 от измеряемого тока (рис. 14, а). Этот резистор служит и дня изменения пределов измерения. Шкала прибора, измеряющего напряжение U0, градуирована в единицах сопротивления.

Рис. 12. Схема измерений мегаомметром:
1 — средство измерений; 2 — объект; U — источник напряжения; А - измеритель тока

Рис. 13. Экранирование при измерении сопротивления изоляции:
а — исключение влияния поверхности изолятора; б — исключение влияния изоляции обмотки ПН трансформатора; 1 — объект; 2 — экранное кольцо (бандаж); 3 — мегаомметр

В современных мегаомметрах применяются измерители тока на операционных усилителях, которые позволяют реализовать логометрические схемы измерений. В такой схеме (рис. 14, б) ток на выходе операционного усилителя DA1 определяется током Iх объекта, а ток на выходе второго усилителя DA2 — током Iu, пропорциональным напряжению U. Усилители выполнены логарифмирующими и измеряемая прибором разность их токов не зависит от напряжения; шкала прибора — логарифмическая.

Основные характеристики выпускаемых промышленностью мегаомметров приведены в табл. 1 и 2.

Рис. 14. Структурные схемы мегаомметров

Таблица 1
Основные данные мегаомметров

Характеристики

Тип мегаомметра

Ф 4102М/1

Ф 4102М/2

Ф 4102М/3

Ф 4108М/1

ЭС 0202/1

ЭС 0202/2

Источник питания

Химический, сеть

Химический, сеть

Химический, сеть

Сеть

Генератор, сеть

Генератор, сеть

Масса (без химических источников), кг

2,1

2,1

2,5

3,2

2,0

2,0

Габаритные размеры, мм

305125155

305125155

305125155

305125155

166130200

166130200

Ток короткого замыкания на выходах (не менее), мА

0,5

0,5

1,0

1,0

0,3

0,3

Ток нагрузки по цепям экрана, мА

0,5

0,5

0,5

5,0

   

Наименьшее сопративление цепей экрана, МОм

--

--

--

--

10

100

Предельное значение тока влияния, мкА

350*

350

500

500

50

500

Время заряда объекта емкостью 0,5 мкФ, с

15

15

15

15

15

15

Измерительный преобразователь

Логарифмический

Логарифмический

Линейный

Линейный

Логарифмический

Логарифмический

* при измерительном напряжении 100 В – 50 мкА.

Таблица 2
Пределы измерений и основные погрешности мегаомметров

Тип мегаомметра

Номинальноенапряжение, В

Диапазон измеряемых сопротивлений,МОм

Участки диапазона с относительным погрешностью

Примечание

менее 15%

менее 30%

Ф 4102М/1

100

0-30

0,03-30

0-2000

30-1000

500

0-150

0,15-150

0-10000

150-5000

1000

0-300

0,3-300

0-20000

300-10000

Ф 4102М/2

1000

0-2000

75-1000

0-20000

750-4000

2500

0-5000

190-2500

0-50000

1900-10000

Ф 4108М/1,2

1000-2500

0-50

Относительная погрешность измерения на отмеченных участках шкалы не более 10%

5-100

5-50

50-1000

50-500

500-10000

500-5000

5000-100000

5000-50000

ЭС 0202/1

100

0-1000

0,05-1000

250

0-1000

0,05-1000

500

0-1000

0,05-1000

ЭС 0202/2

500

0-10000

0,5-10000

1000

0-10000

0,5-10000

2500

0-10000

0,5-10000

2.3.2. Погрешности измерения и их исключение

Основным диагностическим показателем при контроле электрооборудования по сопротивлению изоляции является его изменение. Поэтому точность контроля определяется относительной погрешностью измерения.

Для эксплуатационного контроля допустимой является относительная погрешность измерения сопротивления изоляции, не превышающая 15%. При определении коэффициента абсорбции (отношения R60/R15) следует использовать-мегаомметры, обеспечивающие погрешность измерения менее 10%.

Перечисленные в табл. 1 и 2 мегаомметры обеспечивают необходимую достоверность результатов измерений, проводимых в эксплуатационных условиях. Ранее выпускавшиеся мегаомметры типов Ф 4100 и Ф 4101 при влиянии эксплуатационных факторов дают

более высокие погрешности измерения и для диагностики изоляции их применять не следует.

В ряде конструкций мегаомметров последовательно с образцовым резистором R0 включают ограничивающий резистор R, защищающий источник напряжения от перегрузки. Это создает высокое выходное сопротивление мегаомметра, что при малых сопротивлениях изоляции является причиной пониженного по сравнению с номинальным значением напряжения на объекте. В табл. 1 приведены данные о токе короткого замыкания между выводами мегаомметра, по которому можно оценить выходное сопротивление и вычислить напряжение на объекте.

Высокое выходное сопротивление мегаомметра может внести погрешность в результаты измерения коэффициента абсорбции (отношения R60/R15). В начале измерения, когда токи абсорбции еще велики, эквивалентное сопротивление объекта мало. При этом напряжение на объекте будет ниже нормированного. С ростом этого сопротивления напряжение на объекте увеличивается, что приводит к дополнительному заряду абсорбционной емкости и последующему изменению сопротивления. Как следствие, результаты измерений мегаомметрами, имеющими разное выходное сопротивление, не совпадут.

Еще одна погрешностъ измерения сопротивления изоляции, определяемая абсорбционными процессами, может возникнутъ из-за остаточного заряда емкости объекта. Поэтому перед повторным измерением сопротивления изоляции необходимо не менее чем на 5 мин соединить выводы объекта, создав путь для стекания абсорбированного заряда.

Возможность получения напряжения на объекте ниже номинального значения следует учитывать также и в случае, когда производится испытание изоляции приложенным напряжением, источником которого является мегаомметр.

В мегаомметрах без стабилизации выходного напряжения (например, в мегаомметрах старых типов, со встроенным генератором) возможно протекание зарядных токов емкости объекта, искажающих результаты измерений. Эти токи возникают при уменьшении испытательного напряжения и протекают через измерительный орган мегаомметра, вызывая броски стрелки прибора. Перед отсчетом показаний мегаомметра необходимо повысить частоту вращения генератора до прекращения таких бросков.

Токи влияния промышленной частоты, протекая по входным цепям мегаомметра, из-за нелинейности установленных там элементов могут вызвать недопустимую погрешность измерения. Защита от токов влияния имеется лишь в приборах, перечисленных в табл. 1, причем не всегда она бывает достаточной. В этом случае избавиться от погрешности измерения можно лишь уменьшив ток влияния.

2.4. ИЗМЕРЕНИЕ ТАНГЕНСА УГЛА ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ И ЕМКОСТИ ИЗОЛЯЦИИ

2.4.1. Схемы и средства измерений

Для эксплуатационного контроля применяется схема измерений с мостом Шеринга.

Мостовая схема измерений (рис. 15) состоит из контролируемого объекта с параметрами Сх и tg(плечо Z1), образцового конденсатора c0 (плечо Z1) и цепей уравновешивания (плечи Z3 , Z4 и указатель равновесия УР). Измерительным элементом схемы (первичным преобразователем), через который протекает ток объекта, является плечо Z3 (резистор R3).

Мост может использоваться при прямой, перевернутой и обратной схемах включения. При прямой схеме заземляется точка 2 моста; при перевернутой схеме — точка 1, а при обратной — точка 3. Обратная схема включения иногда называется схемой с заземленной диагональю.

Рис. 15. Мостовая схема измерений:
1 — объект контроля; 2 - средство измерении (измерительный мост); 3 - источник напряжения

Процесс измерения заключается в уравновешивании (балансировке) мостовой схемы, для чего поочередными изменениями сопротивления резистора R3 и емкости конденсатора С4 , производят выравнивание напряжений плеч Z3 и Z4, моста. При равновесии моста, что устанавливается по отсутствию показании указателя равновесия, выполняется равенство Z1 • Z4, = Z2 • Z3 , исходя из которого определяются параметры изоляции контролируемою объекта:

tg

В рассматриваемой мостовой схеме определяются параметры изоляционной конструкции, соответствующие последовательной схеме замещения (конденсатор без потерь с последовательно соединенным резистором, потери в котором эквивалентны диэлектрическим потерям в изоляции).

Для расширения пределов измерения емкости параллельно резистору R3 включается шунт; измерением сопротивления резистора R4 можно изменить пределы измерения tg.

Для упрощения расчетов сопротивление резистора выбирается равным 10 n/, где п — целое число. Тогда при промышленной частоте () tg = 10n+2 C4. Если значение C4 выразить в микрофарадах, то значение измеренного tgопределяется следующими соотношениями:

R4 Ом

100/

1000/

10000/

tg

0,01 C4

0,1 C4

C4

tg%

C4

10 C4

100 C4

При наличии помех (тока влиянии) возможны случаи, когда ток образцового конденсатора отстает по фазе от тока, протекающего по плечу Z3 моста и являющегося суммой тока объекта и тока помех. При этом для измерения так называемого отрицательного значения tg конденсатор C4 , следует включать параллельно резистору R4 значение tg рассчитывается по формуле

tg(-) = - .

Серийно выпускаемый измерительный мост Р5026 (цепи уравновешивания) и образцовый конденсатор Р5023 обеспечивают возможность измерений при высоком напряжении до 10 кВ (три диапазона измерений емкости — Al, A2 и A3) и при низком напряжении (50 В от встроенною трансформатора, диапазоны А4 и А5). Предусмотрено два диапазона измерения tg: N = 1 (R4 = 10000/) и n = 0,1 (R4 = 1000/).

Упрощенная схема моста в диапазонах измерений на высоком напряжении приведена на рис. 16.

В диапазоне Al ток объекта протекает только по резистору R3 моста; в диапазонах A2 и A3 включаются шунты (R'ш + R”ш или R'ш). Переключатель SA2 позволяет присоединить конденсатор C4 к резистору R4 (измерение положительных значений tg) к резистору R4 (измерение отрицательных значений tg). Диапазоны измерений значений tg устанавливаются переключателем SА3 путем изменения сопротивления R4 (R'4 или R”4). В модернизированном мосте Р5026М имеется еще один диапазон измерений tg при R = 15915 Ом.

Все элемецты схемы помещены внутри экрана ("Э"), изолированного от заземляемого корпуса на рабочее напряжение моста 10 кВ (для проведения измерений при перевернутой схеме включения).

Рис. 16. Схема моста Р5026 в устройствах для эксплуатационных измерений:

Основные характеристики моста Р5026 и формулы для расчета результатов измерений приведены в табл. 3.

При измерениях следует выбирать такой (диапазон емкостей), при котором уравновешивание производится не менее чем тремя декадами резистора R3. Диапазон и теряемых отрицательных значений tg при включенном шунт (диапазоны емкости A2 и A3) значительно уже, чем при измерениях без шунта.

Поэтому при измерениях в условия интенсивных влияний, когда возможно отрицательное значение tg, мост Р5026 следует использовать в диапазоне А1.

Схема установки для измерения tg и емкости изоляции оборудования в условиях эксплуатации (рис. 17) должна состоять из измерительною устройств (мocтa), испытательного трансформа, фазорегулятора, регулятора напряжения и коммутатора (переключателя) фазы питающею напряжения мостовой схемы. Кроме того, должны быть предусмотрены устройство (вольтметр) для измерения напряжения, подаваемого на объект, и выключатель (рубильник) в цепи питания установки. Применение фазорегулятора необходимо лишь в установках, предназначенных для измерений в условиях сильных влиянии (см. п. 2.4.3).

Таблица 3
Основные характеристики моста Р5026 (диапазоны измерений при высоком напряжении)

Диапазоны измерения емкости

Диапазоны измерения tg

Диапазоны рабочих напряжений, кВ

Наибольший ток объекта, А

Формулы для расчета

Обозначение

С пФ

Обозначение

tg

С, пф

tg

N = 1

5-10-3-1,0

С4

А1

100-104

3-10

3-10-2

N= 0,1

5-10-3-1,0

0,1С4

А2

104-105

N = 1

5-10-3-1,0

3-10

3-10-1

С4

A3

105-106

N = 1

5-10-3-1,0

3-5

3

С4

На пределе А1: tg(-) = - tg

На пределах А2 и A3: tg(-) = - tg

Пределы допустимого значения основной погрешности:

мост Р5026 Схх = ±2,5% и tg = ±(0,05tg+ 3,10-3);

мост Р5026М Схх = ±2% и tg = ±(0,05tg+ 2,10-3).

Обозначения: c0 — емкость образцового конденсатора Р5023, пФ; С4 — отсчет емкости магазина плеча Z4 моста, мкФ; R3 — отсчет сопротивления магазина плеча Z3 моста, Ом; R— отсчет сопротивления магазина плеча Z3 моста без показаний потенциометра, Ом.

Рис. 17. Схема измерительной установки:
1 — предохранитель, выключатель; 2 — фазорегулятор; 3 — регулятор напряжения: 4 — вольтметр; 5 — коммутатор фазы напряжений;6 — испытательный трансформатор: 7 — измерительное устройство (мост); 8 — объект контроля.

Мощность трансформатора определяется емкостью объекта контроля и не должна, быть меньше чем:

.

Где угловая частота сети питания;

емкость объекта, мкФ;

номинальное напряжение установки, кВ.

Минимально необходимая мощность трансформатора для контроля оборудования высокого напряжения при = 10 кВ и емкости объектов:

до 1000 пФ (вводы, трансформа горы тока) - 30 В-А;

до 10000 пФ (трансформаторы малой мощности) — 300 В-А;

до 100000 пФ (мощные трансформаторы) — 3 кВ-А;

В большинстве случаев в качестве испытательных трансформаторов могут быть использованы трансформаторы напряжения, кратковременная (одноминутная) мощность которых равна:

для НОМ-6 — 1,5-кВ.А;

для НОМ-10 — 3,5 кВ-А.

Мощность фазорегулятора и регулятора напряжения должна быть не ниже расчетной мощности трансформатора. Рекомендуется применение фазорегуляторов типов МАФ (0,22 кВ-А) или ФР (0,5-2 кВ-А). При мощности до 2 кВ-А может быть использован регулятор напряжения РНО-250-2; при больших мощностях — регулятор АОСН-20-220 (до 5 кВ-А).

2.4.2. Погрешности измерения и их исключение

Суммарная относительная погрешность определения параметров изоляционных конструкций в условиях эксплуатации не должна превышать:

при измерении tg изоляции — 10%;

при измерении емкости — 3%.

Для обеспечения указанной точности измерений необходимо отвести от измерительного элемента паразитные токи и исключить погрешность от токов влияния.

В области предельных (браковочных) значений параметра требования к точности измерений, как правило, выполняются. В области малых значений tg изоляции контролируемых объектов возможна существенная погрешность измерения из-за недостаточной точности средства измерения — моста Р5026. Нормируемая для этого моста предельная погрешность при малых значениях (tg3 10-3) сопоставима с реальным значением tg изоляции, не имеющей дефектов. Кроме того надо учитывать возможность остаточной погрешностиtg= (2-3)10-3, связанной с большим уровнем внешних помех (даже при применении всех методов их исключения).

Указанные причины усложняют использование результатов измерений для ранней диагностики изменений состояния изоляции, ибо при этом основным показателем является изменение значения контролируемого параметра. Влияние погрешности моста можно уменьшить, проводя повторные измерения той же установкой (передвижной лабораторией). В этом случае из разности последующих измерений, определяемой для оценки изменения изоляции, систематическая составляющая погрешности моста будет исключена. Целесообразно использование моста Р5026М, имеющего лучшие точностные характеристики.

Следует добиваться малых значений суммарной относительной погрешности определения емкости изоляции объектов с изоляцией конденсаторного типа (вводы, трансформаторы тока), ибо повреждение изоляции даже одной секции (между двумя соседними обкладками) является опасным дефектом. В этом случае также рекомендуется применение моста Р5026М.

Чувствительность мостовой схемы определяется чувствительностью указателя равновесия. Наименьшие выявляемые значения изменений измеряемых параметров:

.

Приведенные соотношения указывают на достаточно простой способ определения чувствительности моста при измерениях. Для этого после уравновешивания схемы следует изменить по очереди значения C4 и R3 до появления отчетливых показаний указателя равновесия. Полученные значения и определяют реальную чувствительность.

При избыточной чувствительности указателя равновесия, усложняющей уравновешивают схемы, можно, определив указанным способом, что точность измерения достаточна, не добиваться равновесия моста при наибольшей чувствительности указателя.

Шунтирование измерительного элемента моста (плеча Z3,) приводит к погрешностям измерения tg и емкости. Шунтирующими элементами могут быть сопротивление Rn и емкость Сn между проводами схемы и экранами (проводимость Y9 — см. рис. 11). При контроле ряда аппаратов в схему измерений входит значительная шунтирующая емкость между выводом "Сx" моста и заземленными частями конструкции. Сопротивление Rn вносит погрешность в измеренную емкость объекта, а емкость Сn — в значение измеренного tg изоляции.

Из-за шунтирования сопротивления Rn при балансе мостовой схемы будет получено значение R3., отличающееся от действительного на ∆R3. Допустимое значение Rn определяется допустимой погрешностью определения емкости:

Наличие емкости Сn приводит к изменению фазы напряжения U3 на плече Z3 моста.

Погрешность измерения определяется фазовым углом плеча Z3. Наличие шунтирующей емкости увеличивает измеренное значение tg . Эта погрешность:

.

При допустимых погрешностях измерения = 1% и = 10-3 значения , а

Для моста Р5026 наибольшее значение измерения R3 = 2 кОм; R3 = 10000/ Ом и C0 = 50 пФ. При этих данных предельные (значениях шунтирующих элементов: 100, R3 = 200 кОм,

Для исключения недопустимой погрешности измерения tg, вызванной шунтированием плеча Z3 емкостью, необходимо или соответственно уменьшить сопротивление R4 моста, или вычесть из результата измерения поправку.

Для моста Р5026 эта поправка в зависимости от отношения шунтирующей емкости к емкости объекта составляет

20

50

100

150

200

 

При R4=10000 /(N=1)

При R4=1000 / (N=0,1)

Наибольшее значение погрешности от шунтирования моста емкостью наблюдается при измерениях tg трансформаторов тока с изоляцией звеньевого типа (). При измерениях мостом Р5026 на пределе N=0,1 (R4 = 1000/ ) погрешностью от шунтирования можно пренебречь.

При отсутствии данных о значении шунтирующей емкости или при необходимости определения tg изоляции с повышенной точностью действительное значение tg можно получить расчетом по результатам двух измерений при разных значениях. В этом случае:

где— результаты измерений при соответственно.

При использовании моста Р5026 первое измерение можно произвести на пределе N = 1, а второе — на пределе N = 0,1; при этом К = 10, а результат измерения рассчитывается по приведенной формуле.

Шунтирование емкостью плеча Z4 моста также приводит к погрешности измерения. Измеренное значение tg будет меньше действительного на . Поэтому нельзя существенно увеличивать длину экранированного провода к образцовому конденсатору сверх имеющейся в комплектующем мост кабеле.

Погрешность измерения tg может быть следствием наличия емкости элементов схемы моста относительно его экрана. При измерениях с повышенной точностью, например, при контроле изоляционного масла указанную погрешность также надо исключить. В мосте Р5026 для этого используется устройство защитного потенциала. Между точкой "Д" моста и его экраном этим устройством подается напряжение, равное напряжению на диагонали с указателем равновесия. Таким образом значительно уменьшаются паразитные токи между экраном и плечами Z3 и Z4 моста, являющиеся источником погрешности. При эксплуатационных измерениях устройство защитного потенциала применять нельзя.

Для диагностирования целесообразно иметь данные о параметрах отдельных областей (зон) объекта. При этом улучшается выявляемость дефекта и облегчается определение его местонахождения. Измерение характеристик изоляции объекта по зонам производится путем подачи потенциала экрана в соответствующие точки схемы. Тем самым от измерительного элемента СИ отводятся токи, проходившие через остальную (неконтролируемую) часть изоляции.

В случае отсутствия в конструкции объекта электродов, на которые можно подать потенциал экрана, используются временно устанавливаемые накладные электроды (например, для исключения паразитных токов по поверхности изоляции).

В качестве примера на рис. 18 приведена схема измерения характеристик изоляции наружных слоев ввода. Для исключения погрешности от тока через главную изоляцию вывод ВН ввода соединен с точкой экрана, а на изолятор измерительного вывода наложен бандаж из провода, также соединенный с экраном схемы.

Рис. 18. Схема экранирования при контроле наружных слоев изоляции ввода:
1 – объект, 2 – измерительное устройство; С1 - основная изоляция;С3 — изоляция наружных слоев, ВН — вывод высокого напряжения; И – измерительный вывод; Б – бандаж.

2.4.3. Токи влияния и их исключение

Токи влияния электрического поля протекают по емкостным связям объекта контроля с находящимися под рабочим напряжением элементами распределительного устройства (оборудованием, системой шин и т.п.). Некоторая часть тока влияния связана с короной на этих элементах. Источниками токов влияния являются фазные напряжения сети.

Ток влияния определяется габаритными размерами контролируемого объекта, его расположением и номинальным напряжением распределительного устройства.

Протекая через измерительный элемент СИ и складываясь с подлежащим контролю током через изоляцию объекта, ток влияния является источником погрешностей измерения. Наибольшая погрешность измерения tg соответствует случаю, когда ток влияния близок по фазе или сдвинут на 180° по отношению к активной составляющей тока объекта; наибольшая погрешность измерения емкости будет при совпадении фаз тока влияния и реактивной составляющей тока объекта.

Уровень помех, создаваемых током влияния, характеризуется коэффициентом влияния — отношением модуля тока влияния к модулю тока через объект. При прочих равных условиях коэффициент влияния и, следовательно, погрешность измерения будут обратно пропорциональны емкости объекта. Наибольшие погрешности от токов влияния наблюдаются при контроле вводов и трансформаторов тока.

Обычно ток влияния, протекающий в прямой схеме включения измерительного устройства, много меньше тока влияния при перевернутой схеме включения.

Ток рабочего режима, протекающий по токоведущим частям распределительного устройства, также является источником токов влияния, индуктируемых в замкнутых контурах схемы измерений. Наиболее чувствительным элементом в этом случае является измерительный мост, что учитывается при его конструировании. Кроме того, всегда можно изменить положение моста так, чтобы уменьшить индуктивную связь с влияющим элементом.

Помехи в схеме измерений, вызванные обоими влияющими факторами, имеют одинаковый характер; методы их исключения из результатов измерений различий не имеют. В дальнейшем будут рассматриваться лишь влияния электрического поля как основные.

Получить достоверные результаты при измерениях в условиях влияний можно следующими способами:

Уменьшить ток влияния можно отключив соседние с контролируемым объекты или установив вокруг него заземленные экраны (сетки). Этот метод для обычных эксплуатационных измерений нецелесообразен; возможно применение его лишь в исключительных случаях.

Повышение испытательного напряжения не всегда возможно, так как необходим специальный высоковольтный образцовый конденсатор, мощный источник напряжения и при перевернутой схеме мост с соответствующей изоляцией.

Способ измерений с применением помехоустойчивого СИ наиболее удобен в эксплуатационных условиях и обеспечивает необходимую Достоверность полученных данных.

Используется частотное разделение контролируемого тока и тока влияния. Частота напряжения измерительной установки отличается от промышленной, причем фильтр указателя равновесия обеспечивает подавление помех от токов влияния.

Применяются устройства с частотой напряжения 25 или 100 Гц. При частоте 25 Гц выявляемость дефектов, связанных с увлажнением изоляции, несколько повышается. При частоте 100 Гц наблюдается небольшое снижение значения tg изоляционных конструкций с преобладанием масла (по сравнению с измеренным при частоте 50 Гц).

При контроле современного, особенно герметизированного оборудования, эти обстоятельства не имеет существенного значения. Выявляемость основных наблюдаемых дефектов такого оборудования практически не зависит от частоты испытательного напряжения (выбранной в указанных пределах).

Наиболее широкое применение получил расчетный метод исключения погрешности, особенно в сочетании с методом измерений при совмещении фаз тока объекта и тока влияния.

Исключение погрешности от токов влияния расчетным методом производится по результатам двух измерений, проведенных при фазах напряжения испытательной установки, отличающихся на 180° (метод двух измерений). Расчет результата измерений производится по формулам:

Одним штрихом обозначены результаты первого измерения, а двумя штрихами — результаты второго измерения.

Значения tg подставляются в формулу с тем знаком, с каким они были получены при измерениях.

Если результаты обоих измерений емкости не отличаются более чем на 10%, то допускается расчет по упрощенной формуле

tg=0,5 (tg' + tg").

Расчетное исключение погрешностей по методу двух измерений следует применять в случаях, когда оба измеренные значения tg положительны. При получении при одном измерении отрицательного значения tg можно предварительно снизить погрешность подбором фазы сети питания измерительного устройства и лишь потом производить исключение остаточной погрешности расчетом.

Приведенные формулы верны при любом токе влияния. Однако на практике невозможно обеспечить измерение без погрешностей и при значительных токах влияния, когда при одной из полярностей питания будет измерено большое отрицательное значение tg , расчетное значение tg , определенное как разность больших значений, будет иметь недопустимое отклонение от действительного. В этом случае измерения следует производить методом совмещения фаз, а остаточную погрешность исключать расчетом по приведенным формулам.

Метод измерений путем совмещения фаз тока через объект и тока влияния заключается в предварительном выборе фазы напряжения, подаваемого на объект, таким образом, что при обоих измерениях, проведенных при отличающихся на 180° фазах питания измерительного устройства, будут получены одинаковые или хотя бы положительные значения tg. Остаточная погрешность измерения исключается расчетным методом, описанным в предыдущем разделе.

Схема измерительного устройства для измерений методом совмещения фаз (см. рис. 17) содержит фазорегулятор, коммутатор фазы питания (0-180°), регулятор напряжения с испытательным трансформатором и измерительный мост. Для измерений при прямой схеме включения заземляется точка "Э" моста и соединенный с ней вывод трансформатора; для измерений при перевернутой схеме заземляется другой вывод трансформатора.

Выбор фазы напряжения питания измерительного устройства производится методом последовательных приближений (табл. 4).

Если оба значения tg , полученные при измерениях на этапах 4 и 5, будут положительными, по ним можно рассчитать действительные значения параметров. При получении на одном из этапов отрицательного значения tg процесс коррекции фазы (этапы 3, 4 и 5) следует повторить еще один-два раза. Наибольшая точность измерений будет получена при полном совпадении фаз тока через объект и тока влияния; при этом практически совпадают результаты измерений tg при фазах напряжения питания, отличающихся на 180°. Если tg-tg5•10-3, то в качестве действительного значения tg принимается полусумма измеренных.

Следует учитывать, что при некоторых дефектах изоляции действительное (измеренное) значение tg даже при отсутствии помех может быть отрицательным. Поэтому, получив при обоих измерениях с переменой на 180° фазы питания отрицательные, но близкие по значению результаты, следует прекратить коррекцию фазы питания фазорегулятором и по данным этих уравновешиваний моста рассчитать значения контролируемых параметров.

При прямой схеме включения измерительного устройства не обязательна расшиновка ряда объектов (трансформаторов тока, вводов). Достаточно отключить типы ближайшими разъединителями и выбрать испытательный трансформатор, имеющий необходимую мощность.

При этом надо учитывать возможность дополнительной погрешности оттока влияния, протекающего с шин через испытательный трансформатор. Падение напряжения от тока влияния на сопротивлении короткого замыкания трансформатора входит в напряжение, подаваемое на мостовую схему, причем при перемене фазы питания на 180° фаза этого падения напряжения не меняется. В итоге при перемене на 180° фазы питания напряжение на мостовой схеме меняется на угол, отличающийся от 180°. Это вызывает дополнительную погрешность при методах измерений, основанных на двух уравновешиваниях моста с переменой фазы питания на 180°.

Значение рассматриваемой погрешности связано с токами влияния, протекающими через измерительный орган и через трансформатор, и сопротивлением короткого замыкания трансформатора.

Наибольшее значение погрешности определения tg:

где — ток влияния, протекающий через измерительное устройство;

— ток влияния, протекающий через трансформатор;

— емкость объекта;

— напряжение испытательной установки;

— сопротивление короткого замыкания трансформатора.

Для измерительных устройств с трансформатором НОМ-10 наибольшее допустимое значение тока, стекающего с шин через трансформатор 5 мА. Если ток превышает это значение, надо принять меры по его снижению или расшиновать объект. В ряде случаев снижение рассматриваемого тока влияния может быть получено путем соединения вместе шин трех фаз объекта. Решение об отказе от расшиновки объекта принимается после проверки отсутствия недопустимой погрешности.

Коэффициент влияния (отношение тока влияния, протекающего через объект, к измеряемому току) может быть определен по результатам двух измерений, проведенных с изменением на 180° фазы напряжения питания:

В случае, когда , например, при измерениях методом совмещения фаз:

Таблица 4
Последовательность операций по измерению и емкости изоляции методом совмещенных фаз

Этап

Условная фаза питания (положения коммутатора)

Устанавливаемые значения плеч моста

Операция

С4

R3

1

Соответственно ожидаемому

--

Изменяя R3 и вращая фазорегулятор, уравновесить мост

2

180°

То же, что и на этапе 1

Полученное на этапе 1

Уравновесить мост изменяя R3 и С4 фазорегулятор - в положении, выбранном на этапе 1

3

180°

Полусумма начального и полученного на этапе 2

Полученное на этапе 2

Уравновесить мост изменяя R3 и вращая фазорегулятор

4

То же, что и на этапе 3

Полученное на этапе 3

Уравновесить мост изменяя R3 и С4 фазорегулятор - в положении, выбранном на этапе 3

5

180°

Полученное на этапе 1

Полученное на этапе 4

Уравновесить мост изменяя R3 и С4 фазорегулятор - в положении, выбранном на этапе 1

Примечание: Получив на этапе 2 отрицательное значение , для определения значения С4 на этапе 3 использовать расчетное значение: С4R3/R4.

3. ИЗМЕРЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ИЗОЛЯЦИИ ПОД РАБОЧИМ НАПРЯЖЕНИЕМ

3.1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Контроль изоляции оборудования под рабочим напряжением обеспечивает возможность раннего выявления дефектов. Появляется возможность повышения эффективности контроля путем увеличения частоты испытаний. Улучшаются условия работы персонала и повышается безопасность проведения измерений.

Рассматриваются методы и технические средства, применяемые для контроля электрооборудования под рабочим напряжением путем выявления измерений диэлектрических характеристик изоляции.

Приведена методика измерений контролируемых параметров. Способы оценки состояния изоляции под рабочим напряжением описаны в разделах, относящихся к контролю конкретных видов оборудования.

3.2. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ И КОНТРОЛИРУЕМЫЕ ПАРАМЕТРЫ

Основная область применения рассматриваемых методов — контроль оборудования с бумажно-масляной изоляцией конденсаторного типа (вводов, трансформаторов тока). Возможен также контроль масло-барьерной изоляции.

Контролируемые параметры:

Для оценки состояния изоляционной конструкции используются данные об изменении этих параметров во времени:

где tgт, Cт, Yт — текущие значения параметров в момент очередного контроля;

tgи, Си , Yи — значения параметров, измеренные при вводе объекта в эксплуатацию или при начале контроля под напряжением.

Параметр является обобщенным:

Контроль по параметрам и ∆С/С позволяет уточнить характер дефекта и более точно прогнозировать его развитие.

Для определения значений контролируемых парам сэров применяются неравновесно-компенсационный и мостовые метода измерений.

Допускается производство контроля диэлектрических характеристик одним из указанных методов.

Неравновесно-компенсационный метод измерений позволяет одновременно контролировать все три фазы объекта. Определяется относительное изменение модуля комплексной проводимости изоляции (параметр ). Процесс измерения этого параметра не требует больших затрат времени и высокой квалификации персонала. Поэтому измерения параметра используются в качестве метода экспресс - контроля, предназначенного для выявления существенных изменений состояния изоляции. Процесс измерений легко автоматизировать для получения сигнала о наличии развивающихся дефектов изоляции.

Мостовые методы измерений позволяют определить значения параметров и ∆С/С каждой фазы объекта. Мостовые методы используются для периодического контроля.

Мостовые методы измерения tg и емкости изоляции и неравновесно-компенсационный метод контроля за изменением ее комплексной проводимости взаимно дополняют друг друга. При организации непрерывного или достаточно частого контроля за изменением комплексной проводимости контроль по tg и емкости не обязателен; измерение мостом целесообразно проводить лишь в случае обнаружения существенных изменений параметров изоляции с целью уточнения характера дефекта.

3.3. ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ

Основным условием обеспечения безопасности персонала и исключения вероятности повреждения контролируемого оборудования является наличие стационарной схемы присоединения измерительных устройств.

Контроль под рабочим напряжением возможен лишь у оборудования, имеющего вывод от низкопотенциального электрода изоляционной конструкции, через который протекает подлежащий измерению ток. К этому выводу присоединяется измерительное устройство.

Выводами от низкопотенциальных электродов являются:

- измерительный или специальный (ПИН) вывод высоковольтного ввода;

- вывод от экрана реактора типа РОДЦ;

- вывод от наружной обкладки или экрана трансформатора тока.

Могут использоваться и другие заземляемые элементы оборудования (например, нижние фланцы конденсаторов связи).

Все объекты, переводимые на контроль под напряжением, необходимо оборудовать специальными устройствами присоединения (УПО). УПО должно обеспечивать безопасность персонала и защиту контролируемого оборудования при воздействиях перенапряжений и обрывах в измерительных цепях. Должна быть создана возможность производства измерений на действующем оборудовании без вмешательства в режим его работы. Присоединение измерительных устройств и все связанные с этим операции следует производить в зоне обслуживания, вдали от токоведущих частей, без подъема на оборудование.

Схема устройства присоединения, обеспечивающая выполнение изложенных требований безопасности (рис. 19), состоит из шунта 1, устанавливаемого около вывода низкопотенциального электрода, и сборки зажимов 2, расположенной в зоне обслуживают. Шунт и сборка соединяются кабелем 3.

Основная функция шунта - защита объекта контроля. Сопротивление резистора тунга выбирается таким, чтобы падение напряжения на нем при обрыве кабеля не превышало безопасных для оборудования значений. От импульсных воздействий низкопотенциальный вывод объекта защищается разрядником FV1. Основная функция сборки защита оператора и измерительного устройства.

Для этих целей служат защитный резистор и разрядники FV2. Выходное сопротивление устройства присоединения:

Рис. 19. Схема устройства присоединения:
1 – шунт; 2 – сборка; 3 – кабель связи.

Описанное устройство может быть применено в системах непрерывного или периодического контроля. Шунт и защитный резистор, элементами измерительной являясь цепи, должны иметь высокую стабильность сопротивления; применяются проволочные резисторы.

На вводах, имеющих специальный вывод (вывод ПИН), изоляция которого допускает возможный обрыв цепи заземления, установка резистора шунта не обязательна. Следует при этом учитывать, что при обрыве кабеля между шунтом и сборкой на специальном выводе появится напряжение 4 кВ.

При наличии в схеме УПО шунтов необходимо разделение цепей заземления фаз. При соединении их в одной точке возможно появление недопустимых погрешностей измерения. Если резисторы шунтов не устанавливаются возможно заземление в одной точке защитных резисторов сборки зажимов; эта точка должна использоваться также и для заземления измерительной цепи.

В системах периодического контроля применяются более простые устройства присоединения, в которых низкопотенциальный вывод объекта постоянно заземлен, причем заземление отключается лишь после присоединения измерительного устройства. В устройстве присоединения (рис. 20, а) заземляющий контакт сблокирован с зажимом для присоединения моста так, что это исключает самопроизвольный разрыв измерительной цепи при переключениях и измерениях. Недостатком этой схемы является возможность появления высокого напряжения в измерительных цепях при случайном обрыве заземления измерительного устройства. В схемах (рис. 20, б и в) этот недостаток устранен; при обрыве измерительной цепи ток объекта замыкается через стабилитроны VD1 и VD2 или через нелинейное сопротивление ограничителя перенапряжений RU.

Рекомендуется применение стабилитронов средней или большой мощности с напряжением стабилизации, превышающим 5 В при допустимом токе перегрузки не менее 150 мА (типов КС456, КС468, КС620, КС630). Могут быть применены ограничители перенапряжений типа ОПИ-0,38, Следует только учитывать, что остаточное напряжение на стабилитронах КС620 и КС630 при обрыве измерительной цепи будет в пределах 100-200 В.

Рекомендуемые для стационарных схем контроля устройства присоединения приведены в приложении 3. Серийно они не выпускаются, но могут быть изготовлены в энергосистеме.

Рис. 20. Упрощенные схемы УПО для периодического контроля (для одной фазы объекта)

3.4. МЕТОДЫ И СХЕМЫ ИЗМЕРЕНИЙ

3.4.1. Неравновесно-компенсациониый метод

Метод основан на измерении суммы токов, протекающий через изоляцию трех фаз трехфазного объекта или грех объектов одной группы (рис. 21).

При равенстве токов исправных объектов и симметрии фазных напряжений сети эта сумма практически равна нулю. При их различии производится начальная регулировка (балансировка) и теряемых токов. Дефект в изоляции одной из фаз вызывает увеличение тока через нее, соответственно увеличивается суммарный ток; ею значение пропорционально изменению комплексной проводимости изоляции: .

Рис. 21. Неравновесно-компенсационный метод измерений

Напряжение на выходе первичного преобразователя:

,

где ток, соответствующий изменению комплексной проводимости изоляции ;

коэффициент трансформации тока трансформатором ТА;

сопротивление нагрузки;

напряжение на объекте при измерении тока .

Для определения значения контролируемого параметра необходимо провести два измерения: сначала измеряется напряжение , соответствующее сумме токов объектов (току), а затем отключаются цепи двух фаз и измеряется напряжение , соответствующее току одной фазы.

Значение контролируемого параметра определяется делением результатов указанных измерений:

Вероятность одновременного и одинакового изменения диэлектрических характеристик всех трех фаз объекта столь мала, что рассматриваемый метод может быть применен для эксплуатационного контроля. Уточнение фазы объекта производится измерениями мостовым методом.

Схема измерений неравновесно-компенсационным методом (рис. 22) состоит из устройства присоединения, первичного преобразователя контролируемых токов и измерительного устройства.

Рис. 22. Схема измерений неравновесно-компенсационньэм методом:
1 — объект контроля; 2 - устройство присоединения объекта;3 — первичный преобразователь; 4 - измерительное устройство; 5 - фильтр; 6 — измеритель

В качестве первичного преобразователя используется трансформатор ТА, с помощью которого производится, суммирование измеряемых токов, разделение цепей заземления объектов и преобразование их суммы в напряжение пропорциональное контролируемому параметру. Сопротивления переменных резисторов в цепях первичных обмоток образуют с выходными сопротивлениями устройства присоединения делители тока, с помощью которых производится первичная балансировка схемы измерений при ее наладке (балансировка трехфазной системы измеряемых токов).

Измерительное устройство является селективным милливольтметром, оно имеет фильтр для подавления помех от высших гармонических составляющих и собственно измеритель. Фильтр измерительного устройства должен обеспечивать подавление третьей и высших гармонических составляющих не менее чем в 300 раз (50 дБ).

До организации производства специальных измерительных устройств для периодического контроля неравновесно-компенсационным методом можно использовать простое устройство с селективным милливольтметром общепромышленного применения (рис. 23).

Рис. 23. Устройство для измерений неравновесно-компенсационным методом

Данные ТА: n1 = n2 = n3 = 250 витков, n4 = 750 витков, провод ПЭВ-0,4. Сердечник Ш20х30 мм. = 100 Ом

Устройство состоит из трансформаторного сумматора токов ТА, резистора для регулирования чувствительности, коммутатора SA и милливольтметра (например, типа У2-8). Класс точности милливольтметра — не хуже 4,0. Сумматор изготавливается самостоятельно.

Устройство может быть применено при токах объекта I = 30-150 мА. Используется система балансировки токов объекта, находящаяся в устройствах присоединения УПО.

При токе I = 30 мА и верхнем пределе шкалы = 0,1:

При градуировке (= I): напряжение = 1000 мВ.

3.4.2. Мостовые методы

Методы основаны на сравнении тока, протекающего через изоляцию объекта, с известным током. Сравнение (по модулю и фазе) производится мостовым измерительным устройством (МИУ).

Схемы измерения различаются способами построения ветви сравнения. Применяются схемы с образцовым конденсатором (рис. 24, д) и с образцовым объектом (рис. 24, б). В первой схеме используется образцовый конденсатор, питаемый от трансформа напряжения TVтой системы шин, к которой подключен контролируемый объект. Вторая схема обеспечивает сравнение параметров двух аналогичных объектов данною распределительного ycтройства.

Схема измерений с образцовым конденсатором (рис. 25, д) содержит измерительный мост, конденсатор н разделительный трансформатор.

Как правило, используется мост с шунтом плеча R3 (диапазон измерения моста А2 или A3); возможно применение моста без этого шунта. В качестве образцового использован слюнной конденсатор низкого напряжения (типа ССГ на 350 или 500 В С0 = 1000 пФ). Конденсатор следует поместить в экран.

Трансформатор TL обеспечивает раздельное цепей заземление объекта и трансформатора напряжения TV системы шин. Рекомендуется применение трансформаторов напряжения типа УТН-380/100 или НОС-0,5-380/100.

Схема измерений с образцовым объектом (схема сравнения объектов) — рис. 25, б — состоит из измерительною моста и внешнего шунта плеча . Трансформатор тока ТА необходим для разделения цепей заземления объектов. Рекомендуется применение трансформаторов тока типа И 55/1 (0.5:0,5 А) или И-56М (l:1 А).

Для нормальной работы трансформатор тока, должен быть, нагружен на небольшое и стабильное сопротивление. Поэтому мост должен включаться по схеме с шунтом плеча R4, (диапазон измерения А2).

Рис. 24. Мостовые методы измерений

Рис. 25. Схема мостовых измерительных устройств

Резисторы шунта и изготавливаются при монтаже МИУ и помещаются в отдельном корпусе — экране = 15,9 Ом; =3167,1 Ом.

В данной схеме обычно производится сравнение параметров однотипных объектов, поэтому целесообразно, чтобы были равны сопротивления частей шунтов, включенных в цепи тока объектов ()

Для сохранения достаточного диапазона измеряемых значений tg и с целью упрощения расчетных формул следует принять . Поэтому измерения при рассматриваемой схеме в диапазоне N = 0,1 (включен резистор R4 сопротивлением 318,3 Ом) не допускаются.

Результаты измерений рассчитываются по формулам; приведенным в табл. 5.

Таблица 5
Формулы для расчета результатов измерений МИУ с мостом Р5026

Схема(рис.)

Диапазоны измерений

Параметры

А

N

-

1 (25. а)

1

1

С4

2 (25. а)

2

1

С4

3(25. б)

2

1

0,5 С4

С4 — в микрофарадах:

s — сопротивление потенциометра плеча R3 (десятые доли Ома).

При расчетах принято:

Ом; Ом;

Ом;

где — выходное сопротивление устройства присоединения.

Принято, что

В схемах 1 и 2 .

В схеме 3 коэффициент трансформации ТА Кс = 1. Для выбора диапазонов измерения емкости мостом Р5026 по схемам 1 и 2 (с образцовым конденсатором) могут быть использованы данные табл. б.

Таблица 6
Диапазоны измеряемых емкостей объектов

Номинальное напряжение сети, кВ

Диапаэоны иэмеряемых емкостей, пФ

Схема 1

Схема 2

110

15-11ОО

700-11000

220

7,5-550

350-5500

330

5-370

230-3700

500

5-250

150-2500

750

5-160

100-1600

Расчет произведен по формулам табл. 5, данные округлены. Принято, что сопротивление плеча R3 моста изменяется от 10 до 2000 Ом;

= 15,9 Ом; = 3183 Ом (N = 1); С0=1000 пФ. Выходное сопротивление устройства присоединения = 1 кОм. В качестве трансформатора TL применен трансформатор НОС-0,5-380/100 В.

15. ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ И ИХ ИСКЛЮЧЕНИЕ

Погрешность измерения при контроле оборудования под напряжением определяется, как правило, влиянием, внешних факторов; погрешности собственно измерительных устройств при правильном их применении на результат измерения существенно не влияют.

К внешним факторам относятся токи влияния со стороны находящихся под напряжением элементов распределительного устройства и состояние поверхности контролируемых объектов. Полностью устранить влияние внешних факторов нельзя. Однако, поскольку контролируемыми параметрами являются изменения характеристик изоляции, систематические (постоянные) составляющие погрешности измерений исключаются и на результат не влияют. Необходимо лишь вести последующий контроль в условиях, близких к исходным. Для этого повторные измерения следует проводить при практически неизменной схеме распределительного устройства; по крайней мере все соседние присоединения должны быть включены. Не должны существенно отличаться и погодные условия, определяющие изменение состояния поверхности объекта и вызываемое этим изменение паразитных токов в схеме измерений.

Нормируются следующие допустимые значения суммарной погрешности измерения текущих значений параметров:

.

Эти нормы, определяемые реально достижимой в условиях эксплуатации точностью измерений, обеспечивают возможность своевременного выявления развивающихся дефектов изоляции.

При контроле неравновесно-компенсационным методом значение параметра определяется прямыми измерениями. Точность измерения методом, описанным в п. 3.4.1, вполне достаточна для целей эксплуатационного контроля.

Одним из источников погрешностей измерения является нарушение первоначального баланса суммируемых токов объекта. Стабильность системы балансировки должна обеспечиваться конструктивно соответствующим выбором резисторов и (см. рис. 22).

Дополнительная погрешность измерении может быть вызвана изменением степени симметрии фазных напряжений сети. Эта погрешность легко выявляется при анализе результатов измерении на нескольких объектах (особенно в случае, когда в данном распределительном устройстве контролируется и ТН). После ликвидации несимметрии измерения следует повторить. Для исключения погрешности из результатов контроля можно вычесть общее для всех объектов увеличение измеренного значения параметра.

Точность измерений мостовыми методами, описанными в п. 3.4.2, достаточна для целей эксплуатационного контроля.

Измеряемый под рабочим напряжением ток кроме подлежащего контролю тока через изоляцию объекта включает ток влияний. Ввиду этого, а также из-за наличия фазовых сдвигов в цепи образцового конденсатора или диэлектрических потерь объекта сравнения измеренное значение изоляции объекта не равно действительному; однако его изменение полностью определяет подлежащее контролю изменение диэлектрических потерь изоляции и поэтому может использоваться для оценки ее состояния. Необходимо лишь при измерениях соблюдать требования, изложенные в п. 3.6.

Погрешность измерения емкости изоляции сравнительно невелика, однако для оценки состояния объекта необходимо также рассматривать лишь изменение емкости.

Неэквипотенциатьность точек заземления в измерительной схеме может явиться причиной недопустимых погрешностей измерения. Поэтому во всех схемах измерений должна быть лишь одна точка заземления. Для гальванического разделения цепей применяются трансформаторы: сумматор ТА с тремя первичными обмотками в схеме измерений неравновесно-компенсационным методом (см. рис. 22) и разделительные трансформаторы ТА и TL в мостовых схемах (см. рис. 25).

При периодическом контроле, когда можно применить УПО без шунтов (см. рис. 20), допускается использование упрощенных схем без разделительных трансформаторов тока; при этом заземление схемы измерений производится также только в одной точке.

3.6. ОРГАНИЗАЦИЯ И ПРОВЕДЕНИЕ ИЗМЕРЕНИЙ

Проведение измерений под рабочим напряжением разрешается только на оборудовании, оснащенном устройствами присоединения, обеспечивающими безопасность производства работ.

Измерения должны выполняться специально обученным персоналом, имеющим опыт контроля изоляции оборудования высокого напряжения.

Все работы по подготовке и выполнению измерений на месте установки электрооборудования с помощью передвижных измерительных устройств должны производиться с соблюдением требований действующих Правил техники безопасности при эксплуатации электроустановок.

Перед монтажом схемы измерений и до подачи на измерительное устройство напряжения питания все корпуса приборов, должны быть, соединены с зажимом заземления.

Подключение измерительного устройства к УПО должно производиться с применением диэлектрических перчаток.

Работы на месте установки оборудования относятся к категории работ, выполняемых по распоряжению, и должны производиться бригадой, включающей не меню двух человек. Работы по проведению измерений со стационарного пульта контроля изоляции могут выполняться одним лицом.

Для обеспечения необходимой достоверности полученных данных периодические измерения следует проводить при следующих оптимальных внешних условиях:

Все повторные измерения следует производить в условиях, близких к тем, при которых производились первичные измерения (при начале контроля под напряжением).

При организации контроля под рабочим напряжением неравновесно-компенсационным методом должна быть проведена наладка схемы измерений, заключающаяся в балансировке измеряемой трехфазной системы токов.

Для этого путем поочередного изменения сопротивлений резисторов Rc делителей токов фаз (см. рис. 22) производится выравнивание (симметрирование) токов: при этом их сумма должна быть близкой к нулю. Балансировка производится методом последовательных приближений при чувствительности измерительного устройства, обеспечивающей верхний предел измеряемого значения параметра .

Необходимая чувствительность измерительное о устройства устанавливается градуировкой его в схеме измерений, для чего после предварительной балансировки токов от суммирующего трансформатора отключаются дне фазы объекта и регулировкой сопротивления R нагрузки сумматора и (или) изменением чувствительности измерителя указа гель его устанавливается на верхней отметке шкалы. После градуировки измерительного устройства к сумматору обратно подключаются цепи всех трех фаз объекта, а чувствительность измерителя увеличивается в 10 или в 20 раз; при этом верхний предел измерения устройства будет соответственно равен = 0,1 или = 0,05. Затем производится корректировка баланса токов до получения показаний измерители .

По окончании наладки схемы измерений регулировочные органы резисторов фиксируются и в дальнейшем выбранные значения сопротивлений резистора Rс не должны изменяться. Нарушение начальной симметрии токов, вызванное нарушением баланса, исключает возможность дальнейшего контроля объекта.

При текущих (повторных) измерениях неравновесно-компенсационным методом следует:

При проведении измерений мостовым методом с использованием передвижного устройства следует:

Примечание. Балансировку моста следует окончить при такой чувствительности указателя равновесия, при которой изменение емкости С4 плеча моста, соответствующее значению (0,1%), даст отклонение стрелки указателя не менее 1 мм;

Для оценки состояния объекта необходимо определить значения контролируемых параметров.

Результаты измерений параметра у используются без дополнительной обработки. Значения контролируемых параметров и ∆С/С определяются по данным, полученным в результате очередного контроля, и результатам первых измерений, проведенных при начале контроля под напряжением:

;

где

Индекс "т" обозначает данные текущих измерений, а индекс "и" — данные первых измерений (исходные данные).

Если при очередном контроле методом сравнения двух объектов отмечено увеличение значения и емкости изоляции, то объектом, у которого растут значения контролируемых параметров, как правило, является объект Сх. В обратном случае, включая рост отрицательных значений , объектом с увеличенными значениями или емкости является объект c0.

Примечание. При некоторых видах повреждений бумажно-масляной изоляции развитие дефектов может привести к уменьшению . Поэтому при обнаружении существенных изменений необходимо провести дополнительные измерения параметров контролировавшихся объектов, сравнивая их с остальными однотипными объектами данного РУ. Анализ полученной совокупности данных позволит выявить объект с повреждением изоляции.

Оценка состояния изоляции контролируемых объектов производится с учетом действующих норм в соответствии с указаниями по методикам контроля конкретных видов оборудования.

Приложение 1
ХАРАКТЕРИСТИКИ ОБОРУДОВАНИЯ, ИСПЫТАТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ

1. Основные данные испытательных трансформаторов

Тип

Номинальное напряжение, кВ, на стороне

Мощность, кВ-А, в режиме

Наибольшее напряжение, кВ, в режиме

ик %

ВН

НН

длительном

испытательном

длительном

кратковременном

ИОМ 35-70/30

35/70

0.2

15

30

7

ИОМ 35-70/100

35/70

0,2

25

100

7

ИОМ 100/20

100

0,2

10

20

--

9

ИОМ 100/25

100

0,2

15

25

67

100

10

0,38

ИОМ 100/100

100

0,2

60

100

67

100

10

0,38

ТВО-140/50

100

0,19

--

5

--

--

ИОМ 15/10 15 0,2 5 10 -- 3

Примечание: Режим испытании (кратковременная нагрузка) - три цикла одноминутной нагрузки с трехминутными перерывами. Пауза между двумя испытаниями - не менее 6О мин.

Кратковременный подъем напряжения - продолжительностью до 30 мин.

2. Характеристики силовых трансформаторов, используемых в качестве испытательных

Тип

Номинальное напряжение, кВ, на стороне

Мощность, кВА

ик %

ВН

НН

ОМ-4/6

6

0,23; 0,4

4

4

OM-4/1O

10

0,23; 0,4

4

4

ОМ-5/15

15

0,22; 0,38

5

7,5

ОМ-10/6

6

0,23; 0,4

10

4

ОМ-10/10

10

0,23; 0,4

10

4

ОМ-10/27.5

25

0,23

10

10

ОМ-33/35

35

0,4

20

5

ОМ-66/35

35

0,22; 0,38

50

4,5

 

3. Нагрузочные характеристики трансформаторов напряжения

Тип

Номинальный коэффициент трансформации

Максимальная мощность, кВ А, в режиме

Максимальный ток обмотки НН, А, в режиме

длительном

испытательном

длительном

испытательном

НОМ-6 6000/100

0,6

1,5

6

15

НОМ-10 10000/ 100

0,72

3,5

7.2

35

НОМ-15 5000/100

0,84

4,0

8,4

40

НОМ-35 35000/100

2,0

6,0

12

60

НКФ-110

110000/100 √3

--

11

--

--

Примечание: Режим испытании (кратковременная нагрузка) - три цикла одноминутной нагрузки с двухминутными перерывами.

4. Основные данные регулировочных устройств

Тип

Напряжение, В

Мощность, кВ А, в режиме

Наибольший регулируемый ток, А, в режиме

первичное

вторичное

длительном

кратковременно

длительном

кратковременно

PHO 250-2

127, 220

0-250

2

--

5

8

АОСН-20-220

127, 220

5-240

3

5

12

20

AOMH-40-220

127, 220

5-240

6

10

24

40

POTM-80/0,5

220, 380

0-220

80

--

364

 
   

0-380

   

211

 

POTM-100/0,5

220, 380

0-220

100

--

455

 
   

0-380

   

264

 

Примечание: Кратковременный режим работы – не более 1 часа.

5. Технические данные выпрямительных столбов кремниевых диодов

Тип

Прямой ток (среднее значение), А

Падение напряжение при прямом токе, В

Допустимое обратное напряжение, В

Обратный ток при обратном напряжении, мкА

Примечание

СТОЛБЫ

КЦ105В

0,1

11

6000

100

Рабочая среда – воздух или трансформаторное масло

КЦ105Г

0,075

7

8000

100

КЦ105Д

0,05

7

10000

100

КЦ108В

0,1

7

6000

100

КЦ109А

0,3

7

6000

10

КЦ114А

0,05

22

4000

10

КЦ114Б

0,05

10

6000

10

 

КЦ201Б

0,5

3

4000

30

 

КЦ201В

0,5

6

6000

30

 

КЦ201Г

0,5

6

8000

30

 

КЦ201Д

0,5

6

10000

30

 

КЦ201Е

0,5

10

15000

30

 

КЦ202А

0,5

3

2000

100

 

КЦ202Б

0,5

3

4000

100

 

КЦ202В

0,5

6

6000

100

 

КЦ202Г

0,5

6

8000

100

 

КЦ202Д

0,5

6

10000

100

 

КЦ202Е

0,3

10

15000

100

 

СДЛО.4-750

0,4

75

75000

400

Рабочая среда – трансформаторное масло

СДЛО.4-1250

04

120

125000

400

СДЛО.4-1500

0,4

135

150000

400

СДЛ2-100

2

12

10000

1000

2СДЛ2-100

2

24

20000

1000

 

5СДЛ2-100

2

60

50000

1000

 

7СДЛ2-100

2

84

70000

100

 

ДИОДЫ

2Д220Г

3

1,5

1000

45

Рабочая среда - воздух

2Д330Г

3

1,5

1000

45

КД227Ж

3

1,6

800

80

Конденсаторы, применяемые в выпрямительных устройствах

Тип

Номинальное напряжение, кВ

Емкость, мкФ

Примечание

ИК25-12

25

12

Силовой, импульсный

МК40-5

40

5

 

ИК50-2

50

2

 

ИК100-0,25

100

0,25

 

ИK100-0,4

100

0,4

 

ИК200-0,1

200

0,1

 

ИМ40-0,3

40

0,3

 

ИМ 40-0,9

40

0,9

 

ИМ60-0,2

60

0,2

 

ИM100-0,l5

100

0,15

 

ИMK40-0,3

40

0,3

 

ИМК100-0,05

100

0,05

 

ФМ-40-68

40

0,068

Для фильтров

ФМ-63-33

63

0,033

 

ФM-100-15

100

0,015

 

ФМ-100-22

100

0,022

 

ФЧ-110-0,0075

110

0,0075

 

ФК-200-0,015

200

0,015

 

К75-22

20

0,25

Для цепей постоянного тока в корпусе

К75-22

30

0,1

То же

К75-22

30

0,25

 

К75-22

40

0,1

 

К75-51

100

0,047

Для цепей постоянного тока без корпуса

К75-51

100

0,1

То же

К75-51

160

0,022

 

К75-51

160

0,047

 

К75-51

250

0,022

 

Приложение 2
ПРОБИВНЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ ШАРОВЫХ РАЗРЯДНИКОВ

Искровой промежуток, см

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

1,2

1,5

2,0

2,4

2,8

3,0

3,5

4,0

5,0

Пробивное напряжение, кВ, при диаметре шара, см

                                 

2,0

11,2

14,4

17,4

20,4

23,2

25,8

28,3

30,7

--

--

--

--

--

--

--

--

--

6,25

--

14,2

17,2

20,2

23,2

25,2

28,1

31,9

37,5

45,5

58,5

67,5

75,0

79,5

--

--

--

12,5

--

--

15,8

19,9

23,0

25,0

28,9

31,7

37,4

45,5

59,0

70,0

80,0

85,0

97,0

108

129

Примечание:

  1. Один шар заземлен

  2. Нормальные условия: атмосферное давление 101,3 кПа (760 мм рт. ст.), температура воздуха 293 К (20ْС);

  3. Сопративление защитного резистора:

    • При градуировке – 10-20 Ом на вольт измеряемого напряжения;

    • При испытаниях (для защиты объекта) – 2-5 Ом на вольт испытательного напряжения.

Приложение 3
КОМПЛЕКТ УСТРОЙСТВ ПРИСОЕДИНЕНИЯ

Комплект устройств присоединения (УПО) предназначен для обеспечения подключения измерительного устройства к низкопотенциальному выводу объекта (измерительный или специальный вывод ввода или трансформатора тока, выводы экранов реактора и т.п.) с целью измерения характеристик изоляции оборудования при рабочем напряжении.

Устройство присоединения:

Устройство присоединения позволяет измерять характеристики изоляции объекта как мостовым, так и неравновесно-компенсационным методами, а также контролировать интенсивность частичных разрядов. Конструкция УПО дает возможность переходить к любой из схем измерения без снятия рабочего напряжения с объекта.

Устройство присоединения для одного объекта (трехфазная группа) состоит из трех шунтов (датчиков), устанавливаемых в непосредственной близости к низкопотенциальным выводам, и групповой коммутационной сборки с зажимами (ГКС), располагаемой в зоне обслуживания.

Шунтом являются резисторы, которые включаются в цепь заземления низкопотенциального вывода объекта. Для защиты резисторов и низкопотенциального вывода при перенапряжениях параллельно резисторам установлен искровой промежуток.

Групповая сборка содержит дополнительные резисторы и разрядники для защиты персонала, регулировочные резисторы, коммутирующее устройство, а также зажимы для присоединения кабелей линий связи к стационарным измерительным устройствам.

Шунт соединяется с ГКС радиочастотным коаксиальным кабелем типа РК или экранированным проводом. Кабель (провод) должен быть надежно защищен от повреждения гибким шлангом или помещен в трубу.

На объектах с постоянной вибрацией (силовых трансформаторах, реакторах) кабель должен иметь гибкую многопроволочную жилу. В остальных случаях возможно использование кабеля (провода) с однопроволочной центральной жилой диаметром не менее 9,5 мм.

Перечень рекомендуемых устройств присоединения и области их применения приведены в табл. П3.1.

Таблица П3.1
Перечень устройств присоединения

Тип

УПО

Шунт

ГКС

Рисунок***

Область применения

Тип

Количество

Тип

Количество

УПО I

3

I

1

П3.1

Вводы трансформаторов 500 и 750 кВ, имеющие специальный вывод (ЛИН) и оборудованные защитой КИВ-500

П3.5

П3.6

УПО II

1а*

3

1

1

П3.7

Вводы реакторов 500 и 750 кВ, имеющие измерительный вывод и оборудованные защитой КИВ-500

П3.8

УПO III

1б**

3

II

1

П3.2

Вводы трансформаторов 110-330 кВ, имеющие специальный вывод (ПИН)

УПО IV

II

3

II

1

П3.3

Трансформаторы тока 330, 500 и 750 кВ серий ТФРМ (ТРИ) и ТФКН

П3.9

П3.10

УПО V

III

3

III

1

П3.4

Реакторы 500 и 750 кВ (контроль обмотки)

П3.11

П3.12

* С фланцем.
** Для вводов с измерительным выводам - с фланцем
***Размеры на рисунках приведены для справок

Устройства присоединения УПОI и УПОII имеют в ГКС переключатели, позволяющие поочередно включать цепи защиты или устройств контроля изоляции. Одновременная (параллельная) работа защиты КИВ-500 и устройств контроля диэлектрических характеристик невозможна из-за высокого входного сопротивления защиты. По этой же причине шунты в УПOI и УПОII выполнены без резисторов. При включенной защите имеется возможность измерения частичных разрядов; прибор при этом присоединяется через конденсаторы С1-СЗ (см. рис. П3.1). Предусмотрены также выводы для присоединения калибратора схемы измерения частичных разрядов.

Шунт 1а предназначен для установки на специальном выводе ввода (см. рис. П3.6). Для установки на измерительном выводе необходимо использование переходного фланца (см. рис. П3.7 и П3.8).

Другие устройства УПО (см. рис. П3.2, П3.3, П3.4) используются для оборудования вводов 110-330 кВ, трансформаторов тока, реакторов.

Переменные резисторы R7-R12 (см. рис. П3.1), R4-R9 (см. рис. П3.2) и аналогичные им предназначены для балансировки схемы при измерениях неравновесно-компенсационным методом. Мостовое измерительное устройство присоединяется к цепям объекта помимо этих резисторов.

Сборка схемы измерений производится с помощью соответствующих вставок в соединитель ГКС. На схемах показаны перемычки в вставках, применяемых в схемах дистанционного контроля; с помощью таких вставок к цепям объекта присоединяются линии связи, идущие к пульту контроля изоляции. Назначение контактов в специальных вставках, предназначенных для присоединения переносных приборов, приведено в табл. П3.2.

Таблица П3.2
Контакты вставки соединителя ГКС для присоединения измерительных устройств

Схема измерений

Вывод к устройству

Номера контактов в ГКС для типов УПО

I

II

III

IV

V

VI

Неравновесно-компенсационная

Фаза А

5

5

5

5

5-1

1

А

7

7

7

7

7

4

Фаза В

13

13

13

13

13.2

2

В

15

15

15

15

15

4

Фаза С

16

16

16

16

16-3

3

С

18

18

18

18

18

4

Мостовая

Фаза А

8

8

8

8

8-11

5

А

7

7

7

7

7

4

Фаза В

9

9

9

9

9-14

6

В

15

15

15

15

15

4

Фаза С

10

10

10

10

10-20

7

С

18

18

18

18

18

4

Рис. П3.1. Принципиальная электрическая схема устройства присоединения объекта УПО I

Рис. П3.2. Принципиальная электрическая схема устройства присоединения объекта УПО III

Рис. П3.3. Принципиальная электрическая схема устройства присоединения объекта УПO IV

Рис. П3.4. Принципиальная электрическая схема устройства присоединения объекта УПО V

Рис. П3.5. Шунт типа la:
1 – штуцер; 2 — втулка; 3 — корпус; 4 — разрядник; 5 — прокладка.

Рис. П3.6. Установка шунта типа 1а на вводе 750 кВ автотрансформатора:
1 — шунт; 2 — металлорукав; 3 — коаксиальный кабель; 4 — коробка специального вывода; 5 — прокладка (резина); 6 — специальный вывод ввода

Рис. П3.7. Установка шунта типа 1а на вводе 750 кВ реактора:
1 — металлорукав; 2 — коаксиальный кабель; 3 — шунт; 4 — измерительный вывод ввода; 5 — переходный фланец.

Рис. П3.8. Переходный фланец

Рис. П3.9. Шунт типа И:
I — разрядник; 2 — резисторы.

Рис. П.3.10. Установка шунта типа П на панели нулевых выводов трансформатора тока ТФРМ-750:
I — шунт типа III; 2 — изоляционная панель нулевых выводов; 3 — коробка нулевых выводов; 4 — коаксиальный кабель; 5 — заземляющая бобышка; 6 — нулевой вывод.

Рис. П3.11. Шунт типа Ш:
I — корпус, 2 — резистор; 3 — штуцер; 4 — разрядник