Министерство науки и высшего образования Российской федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Инженерная школа энергетики

Направление 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника»

Отделение Электроэнергетики

Отчет по лабораторной работе № 7

«Профилактические испытания изоляции высоковольтного трансформатора»

по дисциплине: Техника высоких напряжений

Выполнил:

Студенты группы 5А93 ______________ Белокуров Д. В.

(дата, подпись) Комбатуров Т.Н.

Кутонов В.С.

Руденок В.А.

Селяев А. В.

Иванов К.В.

Проверил преподаватель: _____________ Шолохова И.И.

(дата, подпись)

Томск — 2022

Цель работы: знакомство с методами профилактических испытаний и приборами для испытаний изоляции высоковольтного трансформатора.

Краткие сведения

В процессе эксплуатации в изоляции электрических аппаратов возникают дефекты (увлажнение, загрязнение, возникновение трещин, воздушных включений и т.д.), постепенно приводящие к необратимому ухудшению свойств и характеристик изоляции, т.е. к старению изоляции.

Процесс образования дефектов и разрушения изоляции протекает вначале весьма медленно, но на последних стадиях имеет скачкообразный характер и заканчивается пробоем изоляции.

Задачей профилактических испытаний изоляции является обнаружение и оценка степени развития дефектов в изоляции, возникающих в процессе эксплуатации оборудования. Своевременное проведение профилактических испытаний позволяет выявить различные дефекты в начальной стадии их развития, с помощью комплекса профилактических

Для характеристики состояния изоляции составляется схема замещения; отклонение в величинах тех или иных элементов схемы позволяет определить характер возникающих в изоляции дефектов при помощи различных методов профилактических испытаний. Элементарная схема замещения изоляции приведена на рис.1.

Рисунок 1 - Схема замещения изоляции

Виды испытаний трансформатора:

1. Измерение сопротивления изоляции обмоток

Сопротивление изоляции между обмотками, а также сопротивление изоляции отдельных обмоток относительно земли является одним из важнейших показателей качества изоляции трансформатора. Сопротивлением изоляции R_из называется отношение приложенного напряжения к данному участку изоляции постоянного напряжения U к протекающему при этом токе I:

Рисунок 2 - Зависимость тока и сопротивления изоляции от времени приложения напряжения

2. Определение тангенса угла диэлектрических потерь (tg )

Величина tg , определяющая диэлектрические потери в изоляции на переменном напряжении, является одной из самых распространенных характеристик, значение которой используется как для оценки качества электроизоляционного материала, так и для оценки состояния изоляционного изделия. Для реально используемых изоляционных конструкций величина tg  в большинстве случаев позволяет сделать вывод о причинах ухудшения изоляции из-за ее общего увлажнения или загрязнения.

Тангенс угла диэлектрических потерь tg  представляет собой отношение активной составляющей тока к реактивной составляющей:

Тангенс угла диэлектрических потерь tg  представляет собой отношение активной составляющей тока к реактивной составляющей:

Появление в изоляции дефекта вызывает уменьшение его сопротивления и, следовательно, увеличение активного тока, реактивный ток (Ic) при этом почти не изменяется. Это вызовет увеличение tg .

Рисунок 3 - Векторная диаграмма токов через диэлектрик с потерями

3. Определение относительной влажности изоляции

Увлажненность изоляции исследуют путем измерения емкости обмоток на двух частотах при неизменной температуре 10 – 20 0С (метод «емкость – частота»).

Емкость объекта при неизменных температуре и частоте приложенного напряжения есть величина постоянная. При увеличении частоты емкость уменьшается. Эта зависимость является следствием процессов медленной поляризации.

Большое влияние на зависимость емкости от частоты оказывает увлажненность изоляции. Чем больше увлажнена изоляция, тем быстрее протекают процессы поляризации, тем больше емкость изоляции.

Рисунок 4 - Зависимость емкости изоляции от частоты: 1 – сухая изоляция; 2 – увлажненная изоляция

В сухой изоляции поляризация протекает медленнее, длительность процессов больше полупериода приложенного напряжения.

Рисунок 5 - Схема моста для определения тангенса угла диэлектрических потерь (tg ): С0 – эталонный конденсатор; Сх – испытуемый объект; Т– высоковольтный трансформатор; Д, Сх, Э, С0 – кабели для подсоединений; Р-5026 – мост переменного тока; ВП, НП – высокопотенциальный и низкопотенциальный выводы

4. Испытание пробы масла

Отбор масла из трансформатора и его испытание позволяет оценить состояние самого масла и в некоторой степени состояние остальной изоляции, находящейся в масле.

Трансформаторное масло, находясь в соприкосновении с окружающим воздухом, активно поглощает из него влагу и окисляется кислородом и озоном, что уменьшает его электрическую прочность. Кроме того, влага в масле легко переходит в гигроскопические материалы изоляции (бумажная и картонная изоляция), снижая ее электрическую прочность.

Электрическая прочность трансформаторного масла, заливаемого в электрооборудование, определяется классом номинального напряжения: при Uн = 15 кВ и ниже Uпр = 25 кВ, при Uн = 15–35 кВ – Uпр = 30 кВ, при Uн = 60  220 кВ – Uпр = 40 кВ, при Uн = 330 кВ – Uпр = 50 кВ.

5. Испытание электрической прочности изоляции обмоток трансформатора повышенным напряжением

Испытание повышенным напряжением промышленной частоты является заключительным этапом профилактических испытаний изоляции трансформатора. Оно проводится с целью определения запаса электрической прочности изоляции, а также для обнаружения дефектов, не выявленных с помощью предыдущих испытаний.

Величина испытательного напряжения определяется из учета возможных внутренних и атмосферных перенапряжений в действующих установках. Приложение повышенного напряжения создает в испытываемой изоляции увеличенную, по сравнению с рабочей, напряженность электрического поля, что позволяет обнаруживать дефекты в изоляции, вызывающие снижение электрической прочности.

Величина пробивного напряжения изоляции зависит от времени приложения напряжения, поэтому испытательное напряжение прикладывается в течение 1 мин. Более длительное приложение напряжения может вызвать тепловой пробой и при отсутствии дефектов.

Изоляция считается выдержавшей испытание, если не было слышно разрядов или колебания стрелки вольтметра и амперметра не указали на наличие разрядов.

Рисунок 6 - Электрическая схема испытания изоляции повышенным напряжением: Т1 – испытательный трансформатор; Т2 – испытуемый трансформатор; V– вольтметр

Опыт 1 – испытание изоляции масла

Таблица 1– Испытание масла

№ опыта	1	2	3	4	5	среднее
Пробивное напряжение, кВ	80	83	84	86	87	84

Вывод: масло имеет довольно высокое пробивное напряжение. Электрическая прочность трансформаторного масла, заливаемого в электрооборудование, определяется классом номинального напряжения: при Uн = 15 кВ и ниже Uпр = 25 кВ, при Uн = 15–35 кВ – Uпр = 30 кВ, при Uн = 60  220 кВ – Uпр = 40 кВ, при Uн = 330 кВ – Uпр = 50 кВ.

Следовательно, делаем вывод, что оно годится как изоляция для электрооборудования 330кВ.

Опыт 2 – определение относительной влажности изоляции

При неизменной температуре 10-20 С° были измерены величины ёмкостей при частотах 50 Гц и 2 Гц (метод ёмкость-частота).

Таким образом, отношение частот, равное:

Вывод: полученное значение соответствует пределу коэффициента . Следовательно, степень увлажнения в этом опыте является допустимой и безопасной.