3.4. Особенности измерений характеристик чр в силовых трансформаторах.

Измерения характеристик ЧР в силовых трансформаторах может быть произведено по схемам, приведенным на рис. 3.9.

Схема на рис. 3.9А (с соединительной емкостью С₀) наиболее чувствительна к ЧР у высоковольтных вводов обмоток трансформаторов. К емкости С₀ предъявляется ряд требований: конденсатор должен быть рассчитан на полное испытательное напряжение, не должен сам иметь частичные разряды и по величине емкости быть соизмеримым с входной емкостью трансформатора.

Рисунок 3.9. Схемы измерений ЧР в силовых трансформаторах.

Схема на рисунке 3.9Б (метод первой обкладки) также использует в качестве соединительной емкости емкость ввода трансформатора, при этом ввод трансформатора должен иметь возможность разземлять первую обкладку (нумерация обкладок от фланца).

Схема на рисунке 3.9В (метод нейтрали) наиболее простая. Однако импульс ЧР сильно затухает при распространении по обмотке к ИУ, поэтому схема малочувствительна к ЧР в высоковольтном вводе обмотки, где напряжение на главной изоляции наибольшее.

В схеме на рисунке 3.9Г (метод обмотки низшего напряжения) в качестве соединительной используют емкость между обмотками высшего и низшего напряжения. Такие схемы можно использовать только для трансформаторов с изолированной на полное напряжение нейтралью классов напряжения 35 кВ и ниже.

Чувствительность всех рассмотренных схем не сильно отличается друг от друга.

Для главной изоляции трансформатора напряжение по обмотке относительно «земли» изменяется по ее длине. При возникновении ЧР их амплитуда и форма импульса зависит от места возникновения ЧР. Поэтому при рассмотрении ВЧ-процессов, связанных с ЧР, необходимо учитывать распределенные параметры обмотки: индуктивность, емкость на землю (на магнитопровод, бак трансформатора, соседние обмотки низшего напряжения, потенциал которых можно принять равным нулю) и продольные емкости (между катушками, слоями и витками обмотки). Введем обозначения:

и - соответственно емкости элементов обмотки на землю и продольные емкости между элементами обмотки в расчете на единицу длины обмотки;

- индуктивность в расчете на единицу длины обмотки.

Тогда эквивалентная схема обмотки имеет вид, приведенный на рис. 3.10.

Рисунок 3.10. Эквивалентная схема замещения обмотки трансформатора при возникновении ЧР на расстоянии от ее начала.

Суммарные значения погонных параметров обмотки соответственно равны:

, , , - длина обмотки.

(3.15)

Индуктивность обмотки на высокой частоте будет определяться в основном индуктивностью рассеяния обмоток, поскольку на высокой частоте магнитная проницаемость магнитопровода блика к .

В месте возникновения ЧР наблюдается ступенчатый импульс напряжения, который, распространяясь по обмотке, деформируется и затухает. Передача по обмотке ступенчатого импульса напряжения происходит преимущественно емкостным путем. Затухание этого импульса при распространении по обмотке может характеризоваться коэффициентом равным отношению амплитуды импульса напряжения ЧР на линейном конце обмотки при ЧР у этого конца к амплитуде импульса напряжения ЧР на линейном конце обмотки при ЧР в какой-либо другой точке обмотки (на расстоянии от линейного конца обмотки). Коэффициент равен:

,

(3.16)

где - доля обмотки от линейного конца А до места возникновения ЧР (рис. 14.10).

(3.17)

Скачек напряжения, образующийся на линейном конце обмотки А за счет прохождения импульса ЧР по системе емкостей обмотки, может быть существенно (в десятки раз) меньше импульса напряжения в месте возникновения ЧР, если последний произошел на большом расстоянии от линейного конца.

На измерительном элементе кроме скачка напряжения возникает колебательная составляющая, распространяющаяся по обмотке за счет взаимоиндукции между элементами обмотки, которая при распространении по длине обмотки затухает значительно слабее, и при регистрации косвенно позволяет судить об истинной амплитуде напряжения ЧР и расстоянии

Из схем измерений ЧР (рисунок 3.5) следует, что измерение кажущегося заряда ЧР может быть произведено путем измерения тока во внешнем контуре. В таких схемах для измерения тока во внешнем контуре используется либо достаточно малое сопротивление << , либо высокочастотный трансформатор тока, представляющий собой пояс Роговского. Кажущийся заряд ЧР можно определить в результате интегрирования тока в измерительном контуре по времени с внесением поправочного коэффициента, учитывающего соотношение между емкостью испытуемого объекта и соединительной емкостью . При применении измерительного трансформатора тока должны быть выполнены условия, необходимые для измерения тока: нагрузочное сопротивление должно быть существенно меньше индуктивного сопротивления вторичной обмотки трансформатора тока в области используемого диапазона частот. При выполнении этих условий заряд , протекающий во внешнем контуре через измерительное сопротивление, определяется:

, где .

(3.18)

Кажущийся заряд будет равен (3.19) и для его определения в ИУ должен быть предусмотрен интегрирующий элемент.

(3.19)

Кажущийся заряд может быть также определен по амплитуде сигнала, получаемого схемой регистрации. В обоих случаях связь между амплитудой сигнала и определяется с помощью градуировки измерительной схемы совместно с объектом измерения генератором прямоугольных импульсов. Именно с градуировки начинается обследование объекта на наличие ЧР.

Исследования показали, что форма импульса тока имеет вид затухающих колебаний, частота которых лежит в диапазоне 5∙10⁶ – 10⁸ Гц. Этот же диапазон должно иметь измерительные устройства. Выбор параметров измерительной схемы должен хорошо согласовываться с параметрами объекта обследования и ожидаемыми параметрами ЧР. Ошибки при диагностике ЧР могут привести к тому, что трансформаторы, имеющие значительные повреждения в изоляции, могут быть признаны исправными, что может в дальнейшем привести к авариям в процессе эксплуатации.

Рассмотренные варианты находят применение при приемо-сдаточных и профилактических испытаниях изоляции высоковольтных конструкций.