2.4.2. Методы испытания электрической прочности изоляции

Изоляция электрических установок в условиях эксплуатации помимо рабочего напряжения подвергается воздействию внутренних и грозовых перенапряжений. Способность изоляции выдерживать перенапряжения проверяется путем испытания ее электрической прочности. Методы испытаний и значения испытательных напряжений нормируются ГОСТ 1516-97.

Испытания изоляции коммутационными импульсами напряжения или напряжением промышленной частоты. Испытания изоляции коммутационными импульсами напряжения (генераторы коммутационных импульсов) или напряжением промышленной частоты (испытательный трансформатор или каскад трансформаторов) позволяет проверить ее способность выдерживать расчетные значения внутренних перенапряжений. Форма апериодического коммутационного импульса: время подъема напряжения до максимума 250 мкс, длительность импульса от начала до момента, когда напряжение понижается до половины максимального значения 2500 мкс. Такими импульсами положительной и отрицательной полярностей могут проводиться испытания всех видов изоляции оборудования на номинальные напряжения до 500 кВ. Для отдельных видов электрооборудования установлены специальные формы коммутационных импульсов, в том числе колебательные коммутационные импульсы. Применение для испытаний коммутационных импульсов той или иной формы оговаривается в стандартах на электрооборудование. В настоящее время коммутационными импульсами испытывается оборудование на напряжение 330 кВ и выше. Нормированные значения напряжений коммутационных импульсов для оборудования приведены в ГОСТ 1516.1-97. Для оборудования на напряжения до 220 кВ испытания коммутационными импульсами заменяются испытаниями переменным напряжением. Такая замена допускается также для оборудования 330 кВ и выше.

Испытания изоляции грозовыми импульсами. Испытания изоляции грозовыми импульсами напряжения позволяют проверить ее способность выдерживать грозовые перенапряжения, ограниченные защитными устройствами. Испытания проводятся генератором импульсных напряжений (ГИН) стандартными импульсами 1,2/50 мкс с нормированными ГОСТ значением напряжения и полярностью (испытания полным импульсом). Помимо того, изоляция испытывается также импульсами, срезанными при предразрядном времени от 2 до 5 мкс (испытания срезанным импульсом).Сначала проводятся испытания полными импульсами, затем срезанными. В каждом виде испытаний к объекту прикладывается число импульсов в соответствии с ГОСТ. Результаты воздействия испытательных импульсов на объект оцениваются по осциллограммам напряжения

Особенности профилактических испытаний линейной изоляции, изоляции кабелей, трансформаторов, вращающихся машин. Профилактические испытания линейной изоляции заключаются в периодической проверке наличия дефектных изоляторов. Разработаны и внедряются в практику различные типы искателей, регистрирующих место повреждения в момент перекрытия изоляции. Состояние опорных изоляторов контролируется точно так же, как и линейных

Повреждения кабелей происходят, как правило, вследствие развития местных дефектов. Поэтому основным способом профилактического контроля состояния изоляции силовых кабелей с вязкой пропиткой (напряжением 3-35 кВ) является испытание их выпрямленным напряжением. Величина выпрямленного напряжения принята на основе эксплуатационного опыта и лежит в пределах (5-6)U_ном, время испытания – в пределах 5-10 минут. Следует заметить, что величины выпрямленных испытательных напряжений могут быть увеличены и до (7-8) U_ном без особой опасности для вполне здоровой изоляции, однако при этом будут выявляться дефекты, которые могли бы и не привести к повреждению кабеля в работе до следующих профилактических испытаний. Большинство энергосистем и предприятий испытывает кабели напряжением 6U_ном, а иногда 5 U_ном или 7U_ном в зависимости от конкретных местных условий. Испытываются кабели с помощью передвижных высоковольтных установок ( АКИ-50, АИИ-70). При испытании кабеля выпрямленным повышенным напряжением измеряются точки утечки и снимаются вольтамперные характеристики I_ут = f (U_исп). Величина тока в процессе испытания обычно не меняется. При наличии дефекта вольтамперная характеристика имеет резкий излом или ток в процессе испытания начинает непрерывно нарастать. В этом случае время испытания следует увеличить до стабилизации тока или пробоя изоляции. По отношению токов утечки в разных жилах определяется максимальный коэффициент асимметрии. Для здоровой изоляции этот коэффициент близок к единице. Увеличение коэффициента асимметрии до 2 и более указывает на наличие дефектов в изоляции.

Представление о состоянии (увлажнении, загрязнении) изоляции может также дать сопоставление величин токов утечки, полученных при данных испытаниях, с результатами предыдущих испытаний. После пробоя кабеля в месте повреждения «прожигают» хорошо проводящий канал с помощью газотронной установки (напряжение 3-6 кВ, ток до 5 А). Отыскание поврежденного участка (обычно с точностью ± 5 м) обеспечивается с помощью специальных искателей ИКЛ, работа которых основана на регистрации времени пробега электромагнитного импульса от места установки прибора до места повреждения и обратно.

Профилактические испытания кабельных линий можно также производить без отключения рабочего напряжения; т.е. под нагрузкой. Один из методов таких испытаний заключается в том, что в системе с изолированной нейтралью между нейтралью одного из трансформаторов и землей включается выпрямительная установка. При этом все три фазы оказываются по отношению к земле под пульсирующим напряжением, максимальная величина которого

U_исп = U_{исп выпр} + U_ном √2 / √3, кВ_{мах .}

Пульсирующее напряжение более опасно для кабельной изоляции, чем постоянное, и поэтому величина U_исп принимается в пределах 3U_ном. Такое напряжение является практически допустимым для всего оборудования, кроме вращающихся машин, которые должны быть отключены на время испытания.

Контроль состояния изоляции трансформаторов в процессе эксплуатации, а также во время и после окончания ремонта осуществляется с применением почти всех методов неразрушающих испытаний. Наиболее часто встречающимся дефектом трансформаторной изоляции является ее увлажнение. Однако, в процессе эксплуатации возможно также тепловое старение твердых компонентов изоляции, загрязнение масла, оседание грязи на изолирующих деталях, появление воздушных полостей и местных разрушений твердой изоляции в результате развития частичных разрядов.

Наличие загрязнения и увлажнения масла легко выявляются при периодических анализах проб масла. Поэтому с помощью измерения tgδ, R₆₀, (R₆₀/R₁₅) определяется в основном состояние твердой изоляции. Обычно при этом удается вполне надежно выяснить, увлажнена изоляция или нет, и принять правильное решение. Измерение tgδ, R₆₀, R₆₀/R₁₅ целесообразно проводить по зонам, например обмотка ВН-земля, ВН-НН, НН-земля (табл. 2.4.1). Сосредоточенные дефекты в виде проводящей дорожки между электродами, которая может образоваться при загрязнении и увлажнении твердой изоляции, можно выявить измерением токов утечки на выпрямленном напряжении.

В мощных трансформаторах высших классов напряжения развитие пробоя часто начинается с возникновения и развития частичных разрядов в изоляции. Поэтому индикация и оценка интенсивности ЧР может использоваться как метод профилактического контроля состояния изоляции.

Соответствие изоляции трансформатора требуемому уровню устанавливается с помощью испытания повышенным напряжением промышленной частоты. Величина испытательного напряжения принимается 0,75U_зав после мелкого текущего ремонта и 0,9U_зав после капитального ремонта с заменой изоляции обмоток.

Состояние изоляции обмоток вращающихся машин может быть оценено путем измерения tgδ, R₆₀, R₆₀/R₁₅ (или R_{10 мин} / R_{1 мин}). Эти характеристики позволяют определить степень увлажнения и общего старения изоляции. Сопротивление R₆₀ удовлетворительной изоляции превышает 1 Мом на 1 кВ номинального напряжения при температуре 75^º С, а отношение R₆₀/R₁₅ > 1,3 – при температуре 15-30^º С. Отношение R_{10 мин} / R_{1 мин} для сухой изоляции класса В превышает 2,5.

Измерение tgδ= f (U) при изменении напряжения от 0,5U_ном до 1,5U_ном позволяет выявить не только увлажнение или общее старение изоляции, но и напряжение начала ионизации. Возникновение ионизации при напряжениях, близких к номинальному, указывает на расслоение микалентной изоляции и появление в ней воздушных полостей. Дальнейшая работа такой изоляции недопустима.

Однако основным и наиболее эффективным методом контроля изоляции машин является испытание ее повышенным напряжением промышленной частоты. Кратность испытательных напряжений при профилактических испытаниях принята в пределах (1,3-1,7)U_ном.

Испытание постоянным ( выпрямленным) повышенным напряжением также позволяет выявить слабые места в изоляции. Одновременно производится измерение выявить слабые места в изоляции. Одновременно производится измерение зависимости величины токов утечки от величины испытательного напряжения. Пробою изоляции обычно предшествует заметный излом в ходе этой зависимости. С учетом упрочнения изоляции при постоянном напряжении значения выпрямленных испытательных напряжений принимаются в пределах (2-2,5)U_ном.

Витковая изоляция в условиях эксплуатации испытывается повышением напряжения на выводах возбужденной машины до 1,3U_ном.

Современные диагностические системы. Основу всех измерительных диагностических систем составляют первичные датчики, от точности и надежности которых зависит функциональность и эффективность работы всех измерительных систем. Для обеспечения работы своих приборов, регистрирующих частичные разряды, фирма Вибро-Центр выпускает широкий набор датчиков. Все эти датчики предназначены для регистрации "электрических" частичных разрядов в высоковольтном энергетическом оборудовании. Все датчики предназначены для работы на стандартную нагрузку 50 Ом, поэтому могут быть использованы для работы с измерительными приборами производства других фирм. Для приборов регистрации частичным разрядов акустическим способом, в приборах AR400 и AR700, используются акустические датчики производства других фирм. Датчики DB предназначены для установки на высоковольтных вводах трансформаторов и реакторов. Датчики DB позволяют контролировать ток проводимости и тангенс угла потерь вводов, а также регистрировать частичные разряды во вводах и внутри трансформатора. Это существенно повышает общую информативность систем контроля состояния изоляции под рабочим напряжением. Особенностью датчиков данного типа является установка элементов защиты от перенапряжений непосредственно в корпусе датчика. Датчик DRTD-3 предназначен для регистрации частичных разрядов в обмотках статора электрических машин. В качестве антенны ЧР используется термосопротивления, заложенные в обмотку электрической машины на заводе-изготовителе. Датчик включается в разрыв схемы измерения температуры. При помощи датчика из полного сигнала с термосопротивления выделяется высокочастотная составляющая, которая несет в себе информацию о частичных разрядах в обмотке.

Переносная комбинированная установка CDS применяется как универсальная система для диэлектрической диагностики кабелей с изоляцией CПЭ (РE/VPE), а также бумажно-масляных кабелей с использованием известных измерительных методов: изотермический анализ тока релаксации (IRC-анализ) и измерение возвратного напряжения (RVM-анализ). Комбинированная система благодаря небольшому зарядному напряжению абсолютно не разрушает кабель. Для PE/VPE кабелей с целью обработки результатов IRC-измерений используется модуль программного обеспечения, реализованный на базе нечеткой логики. Многоступенчатое интеллектуальное программное обеспечение, используемое для оценки результатов, учитывает специальные конструкционные особенности  кабеля и классифицирует состояние испытуемого объекта, выдавая информацию о прогнозируемой остаточной прочности.  Оценка кабеля методом RVM осуществляется по стандарту о характерных коэффициентах и пороговых значениях. Программное обеспечение содержит банк данных с автоматизированным информационным поиском банка данных для расчета.