Раздел 3. Испытательные установки и измерения высоких напряжений

Глава 1. Испытательные установки высокого напряжения

Термин “испытательное напряжение” имеет узкий смысл, ограниченный специальной областью техники высоких напряжений, связанной с разработкой и электрическими испытаниями электротехнического оборудования ЛЭП и его элементов. Так как в этой области встречаются предельно высокие (до нескольких мегавольт) напряжения, как стационарные (постоянные и переменные напряжения), так и чрезвычайно кратковременные (импульсы нано- и микросекундного диапазонов).

Для большинства видов изоляции разрядное напряжение зависит от наибольшего мгновенного значения приложенного напряжения U_м, а значение испытательного напряжения равно U_м/ .

Требуемое испытательное переменное напряжение определяется главным образом теми электрическими воздействиями, которые испытывает аппарат при работе в сети. С помощью кратковременных испытательных воздействий должно быть получено подтверждение, способен ли аппарат выдержать длительные воздействия при эксплуатации в течение десятков лет, а также кратковременно возникающие перенапряжения. Так как большинство применяемых жидких и твердых изоляционных материалов в большей или меньшей степени стареет и их электрическая прочность снижается со временем, то испытательное напряжение должно быть существенно больше, чем рабочее. При разработке изоляции нового электрооборудования испытания проводятся еще большими напряжениями, чтобы оценить степень надежности изоляции.

Для этого в лабораториях имеются специальные испытательные трансформаторы, номинальное напряжение которых в 2 - 5 раз (в зависимости от вида оборудования и класса напряжения) превышает рабочее напряжение трехфазных линий электропередачи.

§1.1. Испытательные трансформаторы

Номинальное напряжение трансформатора U_н однозначно определяется его назначением, а номинальная мощность Р за исключением редких случаев определяется емкостной нагрузкой, так как испытуемая изоляция обладает небольшими диэлектрическими потерями. Поэтому типовая (номинальная) мощность пропорциональна емкостной реактивной мощности.

Р_н = k U_н² С_р, (3.1)

где С_р – наибольшая емкость испытуемых объектов; k – коэффициент пропорциональности, учитывающий: а) разброс емкости объектов испытаний; б) емкость соединительных проводов, связывающих трансформатор и объект, и экранирующих электродов может оказаться большой в случае, если при напряжении в несколько сотен киловольт требуется обеспечить отсутствие частичных разрядов (ЧР) во всем испытательном контуре; в) дополнительную нагрузку, которую создают измерительного устройства на стороне высокого напряжения, например измерительные шаровые разрядники и емкостные трансформаторы напряжения.

Так как пробой изоляции в большинстве случаев происходит в момент достижения напряжением максимального значения U_м, а из-за емкостного характера нагрузки фазовый угол между напряжением и током близок к /2, то мгновенное значение тока в момент пробоя (кз) трансформатора очень мало.

Испытательный трансформатор из-за своей высокой индуктивности рассеяния L_ не в состоянии за короткое время обеспечить номинальный ток через пробитый объект. Большая часть необходимой для пробоя энергии поступает от емкости, включенной на стороне высокого напряжения, т.е. С_р и другого оборудования. Если же для завершения пробоя потребуется больше энергии, то напряжение резко понижается, что сказывается на процессе пробоя. Типичным случаем аналогичного взаимного влияния процесса пробоя и мощности источника является случай испытаний загрязненных изоляторов, когда при пробое по загрязненной поверхности проходят нелинейные токи порядка нескольких ампер. Чтобы это не влияло на процесс пробоя, напряжение источника не должно упасть больше чем на 5 % или ток короткого замыкания всего устройства не должен быть ниже определенного значения в зависимости от соотношения общих активных и реактивных сопротивлений испытательного контура и испытательного напряжения. Поэтому при испытаниях загрязненной изоляции необходимо выбирать трансформатор большей мощности.

Испытательные трансформаторы редко работают в длительном режиме, при котором существуют границы допустимой нагрузки по условиям нагрева обмоток возбуждения или низкого напряжения. Параметры обмоток высоких напряжений определяется по соображениям механической прочности, и они обычно нагреваются незначительно.

На испытательные трансформаторы не воздействуют внешние перенапряжения, поэтому изоляция испытательных трансформаторов испытывается в течение одной минуты напряжением в 1,2 – 1,3 раза превышающим номинальное.

Испытательные трансформаторы выполняются всегда однофазными, от них получают высокое напряжение относительно земли.

Особенности схем и конструкций трансформаторов обусловлены тем, что из экономических соображений целесообразно выполнять обмотку высокого напряжения в виде единой катушки лишь при напряжении до нескольких сотен киловольт. При больших напряжениях исполняется несколько секций обмотки, и общие изоляционные проблемы решаются путем обеспечения изоляции отдельных секций.