книги из ГПНТБ / Шваб А. Измерения на высоком напряжении. Измерительные приборы и способы измерения

ствительные значения С\ и tgöi определяются по изме­ ренным во втором случае величинам С \ и tgö'i:

Ct=C'i—Qз,

irr £ _ б7] tg S', CgtgSg

щCj

Точность измерения сильно снижается, если общие С'і и tg5'i в основном определяются емкостью по отно­ шению к земле С3.

У универсального моста для измерения емкости и tg б по Полеку [Л. 349, 360] предусмотрен дополнительный прибор, с помощью которого производят уравновешива­ ние при отключенном испытуемом объекте. В этом слу­ чае после основного уравновешивания не требуется про­ изводить пересчет для исключения влияния паразитной емкости Сз.

Паразитная емкость С3, параллельная третьему пле­ чу, должна быть учтена, если угловая погрешность, рав­

угловая погрешность компенсируется описанным в §24, в уравновешиванием емкости.

190

б) М-схема

В схеме, предложенной Шерингом и Поттхоффом (рис, 168) (Л. 357, 358], предусматриваются высоко­ вольтные катушки с постоянной взаим-оиндуктивностью Мі и низковольтные катушки с регулируемой взаимоин­ дуктивностью М2. Во вторичных катушках (высоковольт­ ной и низковольтной) индуктируются напряжения, кото­ рые сдвинуты на 90° по от­ ношению к зарядным токам конденсаторов Сі и С2, а между собой на угол бі.

Уравновешивание по вели­ чине производится взаимо­ индуктивностью М2, а по углу диэлектрических потерь—со­ противлением Ri. В уравно­ вешенном состоянии моста справедливы уравнения

тывающий угловые погрешности взаимоиндуктивностей и потери на вихревые токи в катушках и экранах. При установке моста следует обратить особое внимание на то, чтобы не было внешних полей рассеяния, так как взаимоиндуктивности, выполненные в виде катушек без сердечника, очень чувствительны к ним.

в) Измерение tg б способом затухающего колебания

В схеме, описанной в [Л. 360, 361], подлежащий исследованию конденсатор заряжается от источника вы­ сокого напряжения малой мощности (рис. 169). После

191

окончания процесса заряда конденсатор С\ разряжается на индуктивность с малыми потерями (L). По логариф­ мическому декременту затухания колебания можно опре­ делить тангенс угла диэлектрических потерь конденсато­ ра по формуле

не тепловой эффект, достигаемый за длительный про­ межуток времени, а абсорбционная зависимость tgö, проявляющаяся в течение долей секунды. Кроме того, частота колебаний почти всегда отличается от 50 Гц, что при явно выраженной частотной зависимости tgö искажает результат. При внесении соответствующих поправок и проведении описанных перерасчетов способ затухающего колебания представляется перспективным в приложении к измерению параметров технических кон­ денсаторов. Этот способ имеет еще и то преимущество, что для него нужен источник испытательного напряже­ ния малой мощности. Поэтому способ затухающего ко­ лебания рекомендуется в первую очередь для измере­ ния tgö у заложенных в грунт кабелей,где испытуемый объект заземляется с одной стороны и для его заряда необходима большая мощность.

192

26. ИЗМЕРЕНИЕ ЧАСТИЧНЫХ РАЗРЯДОВ

В начальные периоды развития электротехники оценка качества изолирующего устройства производи­ лась по сопротивлению и электрической прочности изо­ ляции. В процессе поисков неразрушающих способов испытания изоляции обнаруженная зависимость значе­ ния tgö от напряжения создала дополнительную воз­ можность контроля изоляции. Однако измерение tgö не всегда обнаруживает локальные слабые места в виде газовых включений или трещин. Уже при сравнительно небольших напряжениях в этих пустотах происходят внутренние разряды, называемые теперь частичными, которые с течением времени уменьшают поверхностное сопротивление пустот [Л. 362]. В конечном итоге полость становится проводящей, сокращая изоляционное рассто­ яние, вследствие чего снижается срок службы аппарата. В действительности механизм старения и развития пере­ крытия при рабочем напряжении значительно сложнее и в настоящее время является предметом многочислен­ ных научно-исследовательских работ.

Если внутри высоковольтного аппарата обнаружива­ ются частичные разряды, то это является сигналом для конструктора о том, что внутри изоляции имеются сла­ бые места. Путем соответствующих конструктивных ме­ роприятий и местного усиления изоляции можно частич­ но снять электрическую нагрузку с точек с ослабленной изоляцией и тем самым заметно увеличить срок службы аппарата.

Кабели с пластмассовой оболочкой или аппараты, изолированные литой смолой, могут иметь многочислен­ ные пустоты, обусловленные технологией изготовления, разрушающее действие разрядов в которых проявляется даже при воздействии рабочего напряжения [Л. 392,427]. Их наличие обнаруживается при измерении значения tgö в виде ионизационного колена. Однако измерение tg б может дать одинаковый результат как в случае ред­ ких сильных разрядов, так и в случае большого числа слабых безопасных разрядов [Л. 363]. Незначительные производственные дефекты часто не удается обнаружить по ионизационному колену. Поэтому для правильной оценки качества изоляции, помимо измерения значения tgö, дополнительно применяют различные способы из­ мерения частичных разрядов. Разработка техники изме­ рений частичных разрядов еще не завершена. В настоя-

193

Щее время проводят многочисленные исследования по определению таких параметров частичных разрядов, ко­ торые могли бы служить критерием их фактической опасности для испытуемого объекта и могли бы быть воспроизведены при любых условиях с достаточной точ­ ностью [Л. 378, 379, 395] — задача достаточно сложная, так как значения, измеренные определенным прибором, зависят от многих параметров испытательной установки и испытуемого объекта.

Ниже описано несколько способов измерения частич­ ных разрядов, хорошо зарекомендовавших себя в раз­ личных схемах [Л. 420]. Чтобы можно было сопоставлять получаемые результаты, рекомендуется соблюдать указа­

Society for Testing and Materials — США) [404] и VDE — ФРГ [Л. 380, 384, 385, 420] Г

Частичные разряды в пустотах сопровождаются дру­ гими электрическими и физическими явлениями, которые могут быть использованы для количественной оцен­ ки, а также определения местонахождения пустот. По­ мимо визуальных наблюдений (при возникновении тлею­ щего разряда) и акустических явлений (коронирования, шипения) для обнаружения внутренних частичных раз­ рядов используют в первую очередь токи во внешней токовой цепи и связанные с ними электромагнитные поля.

Изоляционный материал с внутренними частичными разрядами может быть показан в виде упрощенной схе­ мы замещения, изображенной на рис. 170. Емкость С% соответствует емкостям воздушных включений, которые время от времени шунтируются электрическими разря­ дами (выключатель F)\ Cj представляет собой емкость остающегося изоляционного расстояния при шунтирован­ ных разрядом пустотах, С3— остающаяся, свободная от частичных разрядов емкость испытуемого объекта. В са­ мом общем случае Сі^Сг-ССз. Возникающие во время разрядов импульсные смещения зарядов АСЬ на обклад­ ках емкости Сісоздают явно выраженный ток іг(і),кото-1

1 В СССР при измерении частичных разрядов до введения соот­ ветствующего ГОСТ следует руководствоваться рекомендациями РТМ «Трансформаторы силовые. Измерение частичных разрядов при испытаниях напряжением промышленной частоты», 1У7І. Прим,

ред.

194

рый в схеме замещения испытуемого объекта может быть учтен путем добавления источника постоянного то­ ка с очень большим внутренним сопротивлением R% (рис. 171). Такая схема замещения правильно передает качественную картину физических явлений, наблюдае­ мых при исследованиях частичных разрядов. Однако при количественном рассмотрения иногда возникают трудно­

сти, так что некоторыми авторами были предложены более сложные схемы замещения (Л. 362, 424, 425, 426].

Импульс тока k{t) может быть измерен способами, описанными ниже.

а) Четырехполюсник связи в заземляющем проводе испытуемого объекта

Четырехполюсник связи RM включают в заземляю­ щий провод испытуемого объекта (рис. 172). Возникаю­ щий на RM импульс напряжения подается по коаксиаль­ ному кабелю на измерительный прибор. На практике параллельно сопротивлению RM подключают разрядник для защиты от перенапряжений измерительного прибо­ ра; кроме того, между отпайкой от RM и одним из вы­ ходных зажимов включают еще последовательно конден­ сатор Ск, чтобы на измерительный прибор не попадали зарядные токи низкой частоты. Сопротивление RM вместе с разрядником и развязывающим конденсатором С& часто монтируют в одном корпусе, имеющем два входных (токовых) и два выходных зажима (отбор напряжения для подключения соединительного кабеля

195

к измерительному прибору). Такой прибор получил на­ звание «четырехполюсник связи».

сообразно согласовать его с волновым сопротивлением

туды напряжения, то импульс вследствие значительных емкостей у применяемых кабелей получается сглажен-

Рис. 172, Четырехполюсник связи RM в заземляющем проводе испытуемого объекта.

ным [Л. 364]. Амплитуда импульса тока, протекающего по сопротивлению Ям, не может быть вычислена в этом

случае по закону Ома из максимального значения им­ пульса напряжения [Л. 364, 365, 371].

Если для измерения применить рассматриваемые да­ лее селективные измерительные приборы, то в качестве четырехполюсника связи можно использовать настроен­ ный в резонанс колебательный контур. Это особенно целесообразно для испытуемых объектов большой емко­ сти, так как в такой схеме исключаются падение напря­

чувствительность схемы. Протекающий по сопротивле­ нию Я м импульс тока не идентичен току частичного раз­ ряда i%{t). В зависимости от постоянной времени изме­

рительного контура получаются приведенные в табл. 2 зависимости между величинами, измеренными на сопро­ тивлении Я м и токами іг(0> отнесенными к AQz(t).

При высоких частотах цепь тока частичного разряда замыкается через паразитные емкости со стороны высо-

' 196

197

ковольтной обмотки трансформатора и через дополни­ тельно подключенную замыкающую емкость С4. Легко видеть, что напряжение uM(t) на сопротивлении RM с увеличением емкости С4 повышается, а с увеличением частичной емкости С3 испытуемого объекта понижается.

При измерении короны на высоковольтных экранах замыкающую емкость С4 отключают и принимают меры к тому, чтобы паразитная емкость С3 была по возмож­

Постоянная времени измерительного контура схемы по рис. 172, если пренебречь индуктивностью подводя­ щих проводов и элементов схемы, для согласованного

Рис. 173. Четырехполюсник связи RM в заземляющем проводе замыкающе­ го конденсатора С4.

С3 — паразитная емкость высоковольтного

трансформатора; Z — волновое сопротивле­ ние коаксиального соединительного кабе­ ля к показывающему прибору; Ch —

емкость кабеля.

98

то постоянная времени измерительного контура для слу­ чая RM = Z равна:

Часто не удается пренебречь общей индуктивностью подводящих проводов и элементов схемы (L). На экра­ не электроннолучевого осциллографа в этом случае вид­ но наложение колебаний на импульс напряжения «м(0> возникающий на сопротивлении Ям. Частота / этих коле­ баний при небольших габаритах испытуемого объекта соответствует собственной частоте измерительного кон­ тура, которая может быть определена (если известны

собственная частота <до=1/]^LCM и относительное зату­ хание к = RM/2L(ÖO) как

Поправочные коэффициенты для пересчета амплитуд­ ного значения им при колебательном процессе измене­ ния заряда AQ2 приведены в [Л. 371].

При протяженном измерительном контуре колебания, наложенные на импульс, обусловлены волновыми про­ цессами на ошиновке, так как для импульсов частичных разрядов с очень крутым фронтом проводник длиной в несколько сантиметров уже должен рассматриваться как линия с распределенными параметрами. Эти линии почти всегда рассогласованы, что приводит к явно вы­ раженным колебаниям [Л. 83]. Явления колебаний могут быть ликвидированы, если соединительные провода за­ мкнуты на активное сопротивление порядка 300—500 Ом.

в) Испытуемый объект с распределенными параметрами

Приведенные выше рассуждения . справедливы для испытуемых объектов, емкость которых в схеме замеще­ ния может быть принята сосредоточенной. Например, короткие отрезки кабеля можно считать сосредоточен­ ной емкостью, когда их .длина мала по сравнению с дли­ ной импульса частичного разряда k{t), возникающего в кабеле в виде бегущей волны. При исследовании длин­ ных кабелей или обмоток трансформаторов испытуемый объект нужно рассматривать как длинную линию. Рису-

199