Лекция 5 помехи при измерениях в лабораторияхвысокого напряжения

5.1. Заземление и экранировка залов высоковольтных лабораторий

Предприятия, исследовательские и учебные институты, связанные с исследованиями, разработкой, испытаниями и выпуском высоковольтных аппаратов, устройств и систем, как правило, располагают лабораториями высокого напряжения.

В лабораториях во время испытаний изоляции и при исследованиях пробоя вокруг испытуемого объекта в большом объеме создаются сильные электромагнитные поля. Поэтому устройство таких лабораторий с точки зрения безопасности и электромагнитной совместимости с окружающими объектами и собственными генераторными и измерительными устройствами должны отвечать ряду требований.

Если эксперименты проводятся с постоянным напряжением, то окружающие испытуемый объект изолированные предметы могут приобретать избыточный заряд относительно земли, который может долго сохраняться после проведения эксперимента и представлять опасность для персонала. Поэтому все находящиеся на испытательном поле металлические предметы, не находящиеся под напряжением, должны быть заземлены.

Такие объекты, как кабели и конденсаторы, после испытаний способны вследствие абсорбционных процессов и деполяризации диэлектриков восстанавливают и длительно сохраняют напряжение в отключенном состоянии. Особенно это касается мощных конденсаторных батарей, на которых после разряда в результате деполяризации диэлектрика заряды большого напряжения могут оставаться долгое время. Поэтому такие объекты после испытаний должны находиться в закороченном состоянии.

При проведении работ на переменном напряжении из-за наличия емкостных связей окружающих предметов с элементами устройств, находящихся под высоким напряжением через них протекают емкостные токи. На частоте 50 Гц эти токи невелики и неопасны, но они могут создавать помехи для некоторых видов измерений, например при измерениях тангенса угла диэлектрических потерь изоляции.

При импульсных напряжениях или при пробоях объекта исследования емкостные токи резко возрастают, потенциалы на незаземленных близко расположенных к разрядному контуру предметах могут достигать десятки киловольт; в лабораториях нередко наблюдается искрение в момент разряда между отдельными металлическими предметами.

Источник импульсных наведенных напряжений имеет разрядный контур, размещенный в зале или на площадке и включает в себя источник напряжения, испытуемый объект, и соединительные провода и шины. Система заземления выполняется или в виде сплошного металлического пола или в виде частой сетки из шин большого сечения, расположенной непосредственно под полом. На небольших расстояниях друг от друга располагаются зажимы для присоединения к заземлению генераторного и испытываемого оборудования. Обеспечение общего низкого сопротивления контура заземления относительно удаленных точек вне зала или испытательной площадки является излишним, так как практически всегда токи на землю замкнуты в пределах зала и напряжения прикосновения снаружи зала или на границе площадки отсутствуют. Однако нормативные правила требуют выполнить контур заземления с малым сопротивлением растекания, как это делается для распределительных устройств подстанций.

В испытательных лабораториях высокого напряжения должны использоваться стационарные заземляющие штанги, автоматически накладывающиеся после проведения опытов на объект испытаний, на шины, подводящие высокое напряжение для снятия зарядов с оборудования, на котором возможен остаточный заряд.

Устройство стационарной заземляющей штанги должно быть двухступенчатым. Сначала заземление производится через резистор, снимающий основной остаточный заряд, затем накоротко на землю. После срабатывания стационарных заземляющих штанг оператор должен проверить отсутствие заряда переносной заземляющей штангой.

Залы высокого напряжения желательно выполнять полностью экранированными. Назначение экрана - не создавать помех в соседних помещениях и на прилегающей территории, а также избавиться от радиопомех при измерениях от внешних источников.

Экран выполняют из металлических панелей, соединенных с каркасом зала. Для экранировки окон между стеклами устанавливают металлическую сетку, соединенную с экраном зала. Экраном обшивают двери и ворота в зал. Трудности возникают при обеспечении экранированного зала инженерными коммуникациями: электроснабжением, связью, вентиляцией, водоснабжением, и др. Одним из способов экранирования залов является наклеивание на стены и потолок медной фольги толщиной до 0.5 мм.

Весь комплекс мероприятий по экранированию должен обеспечивать требуемое затухание электромагнитных волн при их проникновении в зал. Качество экранировки определяется затуханием напряженности поля внутри зала при расположении высокочастотного передатчика вне зала. Для проведения исследований с чувствительной аппаратурой, например при измерении частичных разрядов в изоляции, требуется обеспечить затухание высокочастотных полей в пределах 60 – 80 дБ в диапазоне 20 кГц ‑ 200 МГц. Однако основные источники помех при измерениях находятся непосредственно в зале. Рассмотрим некоторые из них.