книги из ГПНТБ / Грудинский, П. Г. Техническая эксплуатация основного электрооборудования станций и подстанций

миллиампер. Очень велик и активный ток внешней иониза­ ции воздушной прослойки между изоляцией и стенкой паза машины, устранить влияние которой при испытании обмо­ ток; уже уложенных в пазы машины, практически невоз­ можно.

По сравнению с этими токами активная и реактивная со­ ставляющие тока абсорбции и сквозной проводимости на­ столько невелики, что изменение свойств изоляции практи­ чески не влияет на значение tg б, которые и для неповреж­ денной изоляции имеют величину примерно 10—20%. Уве­

в связующем изоляции, которые, как показывает опыт, существенно не отражаются на электрической прочности изоляции генератора в целом. Увлажнение изоляции и ее деталей (например, прокладок) повышает tg б и отражается на результатах измерений, однако оно оказывает еще боль­ шее влияние на величину коэффициента абсорбции, измере­ ние которого проще, чем определение tg б. Измерение tg б рекомендуется производить для вводов со сложной изоля­ цией, для обмоток трансформаторов, для изоляционных масел, для деталей выключателей и разрядников и т. п. Соответствующие нормированные значения приведены в гла­ вах, посвященных отдельным видам оборудования.

Для измерения tg б у оборудования, находящегося в эксплуатации, когда один из электродов изолирующей конструкции заземлен, приме­ няется высоковольтный мост, собранный по перевернутой схеме (рис. 3-8). В этой схеме узел А заземлен, узел В находится под напряжением, т. е. схема выполнена обратно тому, как это делается в нормальной

70

схеме. В перевернутой схеме измерительная часть моста находится под напряжением, так что управление переменным сопротивлением R3 и емкостью С4, а также чувствительным индикатором И осуществляется при помощи изолирующих рукояток. Указанный на схеме экран Э защищает измерительную установку (в том числе эталонную емкость CN) от вредных внешних полей и влияний. Питание на установку пода­

ется от испытательного трансформатора Тр.

Рабочее напряжение моста обычно выбирается в пределах 5— 10 кВ.

Для контроля увлажнения изоляции можно использо­ вать зависимость емкости изоляционной конструкции от температуры или от частоты приложенного напряжения. Емкость объекта при увлажнении изоляции увеличивается, так как часть слоев изоляции оказывается как бы зашунтированными проводимостью влаги и паров. Чем тоньше остав­ шийся сухой слой, тем больше емкость. При повышении тем­ пературы проводимость влаги и ее паров возрастают, по­ этому влажная нагретая изоляция обусловливает большую емкость, чем сухая холодная.

При применении метода «емкость — температура» изме­ рение емкости производится при двух значениях темпера­ туры, например при 20 и 80 °С. При идеально сухой изоля­ ции отношение этих емкостей близко к единице, при увлаж­ ненной — больше единицы. Предельно допустимым значе­ нием этого отношения является:

С80/С20 1,2 или 100 (С80 - С20)/С20 < 20%, (3-8)

однако для отдельных видов оборудования, как это будет сказано в соответствующих главах, предъявляются более жесткие требования.

Опыт применения этого метода показал, что он дает хо­ рошие результаты. Однако нагрев и охлаждение контроли­ руемого объекта, необходимые для измерения С20 и С80, требуют много времени, поэтому вместо метода «емкость — температура» предпочтительно использовать метод «ем­ кость — частота».

В методе «емкость — частота» измерение емкости произ­ водится при двух частотах: 2 Гц и 50 Гц. Быстрая поляриза­ ция отражается одинаково на результатах обоих измерений, медленная же успевает повлиять на результаты только при влажной изоляции и только при измерении емкости при ча­

71

для ряда объектов установлены еще более жесткие нормы, о чем сказано в соответствующих главах. Измерения емко­ стей производятся при температуре +20 °С.

Для контроля влажности изоляции по методу «емкость— частота» применяется прибор, делающий измерения очень простыми. Принци­ пиальная схема прибора пока­

Изана на рис. 3-9. Прибор полу­

Контроль изоляции по показателю tg 6, по методам «емкость — температура» и «емкость — частота» имеет мень­ шую область применения, чем контроль по сопротивлению и применяется для трансформаторов силовых и измеритель­ ных, для масла, для вводов со сложной изоляцией.

Новые виды изоляции, со связующим составом на основе синтетических материалов, являются влагостойкими и мо­ нолитными. Поэтому по отношению к ним методы контроля, имеющие целью оценку степени увлажнения, не могут быть эффективными.

3-4. Испытание изоляции повышенным напряжением

Испытание изоляции повышенным напряжением позво­ ляет выявить сосредоточенные местные дефекты и прове­ рить, сохранила ли она необходимый запас прочности.

72

Испытание может быть произведено переменным или по­ стоянным током и применяться для контроля главной или витковой изоляции. При испытании главной изоляции переменным током воспроизводятся условия работы, соот­ ветствующие эксплуатационным. При этом возникают по­ тери в диэлектрике, напряжение в изоляции распределяется пропорционально емкостям ее элементов. Однако испыта­ тельное оборудование для контроля изоляции крупных объектов получается громоздким, так как емкостный ток может быть значительным, что требует соответствующей мощности испытательных трансформаторов. При постоянном токе испытательное оборудование легче, но условия испыта­ ния изоляции облегчаются по сравнению с переменным током — отсутствуют потери в изоляции, напряжение рас­ пределяется пропорционально сопротивлениям. Чтобы сде­ лать испытания на постоянном токе эффективнее, нужно в несколько раз повысить испытательное напряжение по сравнению с испытанием при переменном токе.

Испытание повышенным напряжением переменного тока главной изоляции (т. е. изоляции обмоток машин, тран­ сформаторов и распределительных устройств относительно корпуса и проводников других фаз) производится, как пра­ вило, при промышленной частоте. При испытании изоляция оказывается между двумя'электродами, к одному из них — проводникам — прикладывается напряжение от испыта­ тельного трансформатора, другой электрод — корпус — заземляется. Трехфазные обмотки испытываются пооче­ редно пофазно, для чего необходимо демонтировать соеди­ нения в нуле обмотки и заземлить все обмотки, кроме испы­ туемой. При испытании вводов напряжение приклады­ вается между арматурой и проходным стержнем, при испы­ тании опорных изоляторов — между двумя арматурами.

Для тех объектов, у которых соединения между фазами обмотки выполнены пайкой, допускается отказ от пофазных испытаний. В этих случаях проверяется только главная (корпусная) изоляция, междуфазовая изоляция остается неиспытанной.

На рис. 3-10 изображена схема испытаний изоляции переменным током промышленной частоты как для контроля главной (корпусной) и междуфазной изоляции, так и только корпусной.

Для того чтобы испытания повышенным напряжением не оказывали вредного влияния на изоляцию, необходимо пра­ вильно выбрать величину и продолжительность приложения

73

напряжения. Чем выше испытательное напряжение, тем на более ранних стадиях могут быть выявлены дефекты и тем реже можно производить испытание. Однако при повыше­ нии напряжения возникает опасность поверждения здоровой изоляции и увеличивается число пробоев в местах небольших дефектов, что повышает расходы на ремонт оборудования.

Установить расчетным путем оптимальную кратность испытательного напряжения по отношению к рабочему не

Л

Рис. 3-10. Принципиальная схема испытания изоляции повышенным напряжением промыш­ ленной частоты.

а — для корпусной и междуфазной изоляции каждой из фаз; б — схема соединения обмоток трансформато­ ра при испытании корпусной изоляции всех трех фаз; Р — разрядник; ИЧР — индикатор частичных раз­ рядов; Тр — испытательный трансформатор; ТН —

трансформатор напряжения.

представляется возможным. Кратность должна быть ниже той, которая принята на заводе для контроля состояния изоляции при изготовлении электрооборудования и должна, по-видимому, снижаться по мере старения изоляции. Но скорость снижения электрической прочности изоляции пока не поддается определению. Кратность испытательного на­ пряжения поэтому установлена опытным путем, и по мере накопления опыта в рекомендуемые нормы вносятся изме­ нения. Представление о действующих нормативах дает табл. 3-1, из которой можно видеть, что при повышении рабочего напряжения кратность, а следовательно, и запас прочности изоляции постепенно снижаются.

74

СП П р и м е ч а н и е . В скобках указаны значения для электрооборудования с облегченной изоляцией.

Продолжительность приложения испытательного на­ пряжения должна быть небольшой для того, чтобы избе­ жать повреждения органической изоляции из-за иониза­ ционных процессов. С другой стороны, она должна быть достаточной для развития частичного (неполного) разряда и даже для развития разряда до пробоя. Практика пока­ зала, что при испытании органической изоляции для этого достаточно 1 мин, а для неорганической — около 5 мин.

Перед проведением испытания схема опробуется, защитный раз­ рядник регулируется так, чтобы он срабатывал при напряжении нес­

по достижении 30% испытательного может быть снято толчком. Во все время проведения испытания за объектом ведется наблюдение.

Изоляция считается выдержавшей испытания, если за время при­ ложения повышенного напряжения не отмечено разрядов. Обнаруже­ ние разрядов производится по характерным колебаниям стрелки вольт­ метра и на слух. При испытаниях могут иметь место и частичные, неза­ вершенные пробои. Такие пробои могут быть двух родов: скользящие разряды в узких щелях в толще изоляции и искровые разряды во внеш­ них воздушных промежутках и вдоль поверхности изоляции. Второй вид разрядов часто наблюдается в электрических машинах. Частичные пробои могут и не перейти в полный при одноминутной выдержке времени и остаться незамеченными. Для выявления их используется индикатор частичных разрядов (обведен пунктиром на рис. 3-10).

Принцип работы индикатора частичных разрядов основан на улав­ ливании высокочастотных колебаний в начальной стадии развития разряда, называемого частичным пробоем. Схема прибора показана на рис. 3-11. Прибор подключается к испытательной цепи через раздели­ тельную емкость Ср, которая служит заградительным фильтром для рабочей частоты Колебания, возникающие в изоляции при частичном разряде, возбуждают в колебательном контуре прибора незатухающие периодические колебания с частотой собственных колебаний контура. Эти колебания обнаруживаются на шкале индикатора, включенного че­

76

рез усилитель и выпрямитель. Частота настройки контура ИЧР выбира­ ется в несколько десятков' килогерц.

Испытательное напряжение при применении ИЧР должно быть ниже критического, при котором возникает внешняя ионизация. Кри­ тическое напряжение определяется по кривой зависимости tg б от приложенного напряжения и равно напряжению, при котором наблю­ даются перелом кривой и последующее резкое возрастание tg б, как это показано на рис. 3-12.

Установка для испытания повышенным напряжением переменного тока должна не только обеспечить необходимую величину напряжения, но и быть достаточно мощной. Необходимая мощность установки зави­

чины), то его номинальная мощность должна не менее чем в и нонлШп раз превышать мощность, необходимую для проведения испытания, так как иначе трансформатор будет перегружен.

Перегрузка по току опасна не для трансформатора, — он может выдержать значительные кратковременные перегрузки, — а для объек­ та, так как при насыщении стали сердечника может возникнуть резо­ нанс напряжений, при котором значительно возрастет напряжение на испытываемом объекте. Поэтому испытательные установки должны иметь значительную мощность.

Из-за большой мощности испытательных установок пе­ ременного тока, их большой массы и габаритов применение их ограничивается обычно напряжением 35 кВ, но и при меньших напряжениях объектов, обладающих большой емкостью, например кабелей, их использование затрудни­ тельно. Взамен переменного тока для ряда объектов при­ меняют постоянный ток, источником которого является выпрямительная установка. Схема такой установки изоб­ ражена на рис. 3-13. К мощности трансформатора какихлибо требований не предъявляется, им может быть и изме­ рительный трансформатор напряжения.

В изоляции, подвергающейся воздействию выпрямлен­ ного напряжения (У= , токи поляризации не протекают, отсутствуют активные потери, Поэтому частичные разряды

77

возникают при значительно более высоком напряжении, чем при испытании переменным напряжением U~. Отно­ шение U=IU~ называется коэффициентом упрочения; зна­ чение этого коэффициента достигает 3—4. Чтобы испытание выпрямленным напряжением было примерно эквивалентно испытанию переменным напря­ жением, необходимо увеличить как напряжение, так и длитель­ ность испытания. Степень по­ вышения зависит от характера объекта.

Кратность испытательного напряжения принимается: для генераторов 2,2—2,5 1/нон, для кабелей 5—6 Un0№ при напря­ жении 2—10 кВ и 4—6 UH0U

3

удовлетворительное.

при напряжении 20—35 кВ (Uaou — номинальное напря­ жение объекта, проходящего испытание).

При испытаниях оборудования выпрямленным напря­ жением измеряются токи утечки (проводимости) и выяв­ ляется их зависимость от приложенного напряжения. В не­ которых случаях (например, для кабелей, искровых про­ межутков вентильных разрядников) токи утечки норми­ руются, для других результаты испытаний сопоставляются с предшествующими. Для электродвигателей снимается за­ висимость токов утечки через изоляцию от приложенного напряжения в определенном диапазоне, и результаты испы­ таний оцениваются по виду этой кривой — она не должна

78

иметь крутого перегиба (рис. 3-14). Кроме того, опреде­ ляется коэффициент нелинейности. Коэффициентом нели­ нейности называется отношение сопротивлений, опреде­ ленных при минимальном и максимальном испытательных напряжениях — при UmK и (Умакс, кВ:

^U макс

и^макс — токи, измеренные при £/шш и UmKCсоответственно. При испытаниях повышенным напряжением постоянного

ипеременного тока по схемам рис. 3-10 и 3-13 изоляция про­ водников по всей их длине находится под одинаковым по­ тенциалом, между витками обмотки электрической машины не создается разности напряжений, так что изоляция вит­ ков при этом не испытывается.

Витковая изоляция может быть испытана при условии,

что между витками обмотки будет создана разность напря­ жений, превышающая ту, которая характерна для номи­ нального режима. Это может быть обеспечено при испытании повышенным индуктированным напряжением (т. е. напряже­ нием, наведенным в обмотке, подвергающейся испытанию действием магнитного потока в магнитопроводе) или испы­ танием напряжением высокой частоты.

Витковая изоляция генераторов может быть испытана повышением напряжения на вводах статорной обмотки до 1,3 номинального путем повышения возбуждения. Витко­ вая изоляция трансформаторов испытывается от источника тока тройной частоты напряжением 1,3 номинального. Испы­ тание изоляции трансформатора при промышленной частоте провести нельзя, так как при таком повышении напряже­ ния его ток х. х. увеличился бы до недопустимой величины. Испытательные установки тройной частоты имеются на за- водах-изготовителях и на ремонтных заводах — в эксплуа­ тации испытания витковой изоляции трансформаторов, как правило, не производятся.

Повышение напряжения генераторов до 1,3 номиналь­ ного возможно, но оно связано как с повышением возбужде­ ния, так и частоты вращения агрегата до предела, обуслов­ ленного установкой автомата защиты агрегата от повыше­ ния частоты вращения. Такие условия испытания застав­ ляют производить его возможно реже.

Для испытания витковой изоляции двигателей метод индуктированного напряжения неприменим, между тем

79