Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электрооборудование высокого напряжения и его эксплуатация. Учебное пособие
.pdf
При этом сопротивления и емкости слоев определяются по выра-
R
R
R
R
жениям:
RdS
111
/;
v
dS
222
CSd
101 1
CSd
202 2
v
/;
/;
/.
(11)
Заряд абсорбции в узле 1 (см. рис. 1), изображающем границу между слоями изоляции, при установившемся режиме равен разности зарядов на электродах емкостей
где
1q; 2q; 1U; 2U
t
при
qqqUCUCU
абс 12 1122
– заряды и напряжения на емкостях
.
и
C
1
, присоединенных к узлу 1, т. е.
C
2
CRC
11 2 2
RR
12
, (12)
C
и
C
1
2
Условие (8) с учетом (11) и (12) может быть представлено в виде
CRC
11 2 2
. (13)
При включении неоднородной изоляции на постоянное напряжение
возникает переходный процесс (рис. 2), при этом ток во внешней цепи
и
(без учета кратковременного импульса тока заряда
C
1
) будет
C
2
определяться выражением
/
tT
()
it I I e
U
где
I
12
– установившейся или сквозной ток утечки;
R
IURCRC
TCC
01122a
RR
12
RR
12
, (14)
0
a
2
;
12
11
.
Изменение во времени тока в цепи неоднородной изоляции показа-
R
()
it Ie
но на рис. 3. Свободную составляющую этого тока
aa
называют током абсорбции.
Рис. 3. Изменение во времени тока
в цепи неоднородной изоляции
В ряде случаев удобнее оказывается схема замещения (см. рис. 1, в),
в которой
/
tT
0
CC
12
CRRR
гу12
CC
C
;;
12
RC R C
11 2 2
RR CC
12 12
2
2
(15)
;
2
RR R R C C
12 1 2 1 2
r
RC R C
11 2 2
2
.
Входящие в эту схему замещения элементы имеют определенный
физический смысл:
– геометрическая емкость, или емкость неоднородной изоляции
C
г
R
при бесконечно высокой частоте;
ции в установившемся режиме;
– сопротивление утечки изоля-
у
С
и r – отражают накопление заряда
абсорбции в неоднородной изоляции.
В случае однородной изоляции, т. е. при
а
r
.
12
CRC
11 2 2
,
C
= 0,
Миграционная поляризация проявляется и при переменном напря-
R
жении. Емкость и tg неоднородной изоляции зависят от частоты
Cf
Зависимость
TrC
где
Величина
RC C
12 1 2
RR
С
показана на рис. 4. Она выражается формулой
C
CC
г
()
12
– постоянная времени.
1
, (16)
22
T
, входящая в (16), зависит от степени неоднородно-
сти изоляции. Поэтому изменения в изоляции приводят к изменению
зависимости
. Это обстоятельство также используется для
()Cf
контроля изоляции.
Рис. 4. Зависимость от частоты
емкости неоднородной изоляции
.
В реальных конструкциях оборудования высокого напряжения
изоляция может иметь несколько слоев и участки с непрерывно изменяющимися характеристиками при неравномерном увлажнении.
При этом заряды абсорбции накопляются на всех границах слоев,
если
, и в объеме, если величина
11ivi i vi
изменяется
v
непрерывно.
Особенность всех методов контроля изоляции, использующих явления электропроводности и электрической поляризации, заключается
в том, что результаты измерений зависят от температуры изоляции.
Это обстоятельство усложняет контроль: вынуждает измерять температуру и делать поправки к результатам измерений, вносит некоторую
неопределенность, когда температура изоляции в разных точках различна.
13
1.1. КОНТРОЛЬ ИЗОЛЯЦИИ ПО tg
Контроль изоляции по tg – один из наиболее распространенных.
По значению tg устанавливают наличие в изоляции различных по
характеру дефектов. В то же время дефекты одного и того же типа, но
разных размеров неодинаково влияют на результаты измерения tg
изоляции и поэтому обнаруживаются с разной чувствительностью.
Это объясняется тем, что измеряемый tg
изоляции, состоящей из не-
скольких различных материалов, представляет собой средневзвешенную величину. Для простейшей модели изоляции в виде плоского конденсатора с дефектным участком (рис. 5) выражение для измеряемого
tg
имеет вид
изм
tg
изм
tg tg
VV
нн н дд д
VV
нн дд
, (17)
где
tg
дефектной изоляции;
tg
и
н
– значения тангенса угла потерь для нормальной и
д
V
и
V
н
– объемы участков с нормальной и де-
д
фектной изоляцией соответственно.
Рис. 5. Изоляция с дефектным участком
Во многих случаях с появлением дефекта диэлектрическая проницаемость изоляции изменяется мало (
V – полный объем изоляции.
где
tg tg 1 1 ,
изм н
дн
V
дд
V
Из (18) следует, что при малых размерах дефектного участка измеряемый
tg
может незначительно отличаться от
изм
14
). Тогда
tg
tg
н
(18)
tg
и дефект
н
останется незамеченным. В этом случае появление в изоляции дефекта
j
р
р
f
Ч
Ч
с
V
= 0,005V и
д
tg 10tg
дн
вызывает увеличение измеряемого зна-
чения tg по сравнению с нормальным всего на 5 %, а это сопоставимо с точностью измерений в эксплуатационных условиях и с возмож-
ными случайными разбросами значений
для нормальной
tg
н
изоляции. Распределенные дефекты наиболее надежно выявляются при
IR
N
измерении
U
1
в изоляции.
CR
При испытаниях некоторых видов оборудования tg измеряют при
нескольких напряжениях в интервале 0,5…1,5
мость
tg ( )fU
, по которой иногда можно судить не только о нали-
U
и строят зависи-
аб
чии, но и о характере дефектов в изоляции (рис. 6). У изоляции нормального качества значение tg при напряжениях до 1,5
в большинстве случаев остается практически неизменным (кривая
U
аб
1
на рис. 6). В случае изоляции с газовыми включениями после возникновения частичных разрядов (ЧР) с ростом напряжения увеличивается
tg вследствие рассеивания в разрядах дополнительной энергии (кри-
2 на рис. 6). Такая зависимость
вая
tg
U
получила название
«кривая ионизации». По ней ориентировочно можно определить
напряжение
появления ЧР как напряжения, при котором начина-
U
Р
ется рост tg . Однако следует иметь в виду, что такая оценка напря-
U
жения
напряжениях, едва превышающих действительное значение
может оказаться завышенной (в 1,5…2,0 раза), так как при
Р
U, энер-
гия, рассеиваемая в ЧР, еще мала и изменение величины tg не выходит за пределы точности измерения.
Рис. 6. Зависимость
от напряжения:
1 – изоляция нормального качества;
2 – изоляция с газовыми включениями
изоляции
tg
15
При диагностике изоляции высоковольтного оборудования каче-
x
x
Z
Z
Z
Z
x
Z
x
Z
Z
Z
Z
ство изоляции оценивают только по абсолютной величине tg , которую измеряют при напряжении не выше 10 кВ независимо от номи-
нального напряжения оборудования. Измерения при более высоких
напряжениях в условиях эксплуатации не проводятся, поскольку для
этого требуется громоздкое оборудование.
1.1.1. МОСТЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ tg ИЗОЛЯЦИИ
Величину tg изоляции измеряют с помощью моста Шеринга,
принципиальная схема которого показана на рис. 7. На схеме
пытываемая изоляция;
– эталонный конденсатор с очень малыми
C
N
С
– ис-
диэлектрическими потерями (газовая изоляция); И – индикатор равновесия моста; РЗ – разрядники защитные, предохраняющие измерительные плечи моста в случае пробоя испытываемой изоляции.
Для уменьшения ошибок измерения вследствие наводок от внешних
полей мост экранируется.
Рис. 7. Нормальная схема моста Шеринга
для измерения емкости и
Равновесие моста достигается при условии
ZZZ
43
, где
N
,
,
,
N
– полные сопротивления моста.
3
4
16
изоляции
tg
/
3
=
/
, или
N
4
Испытываемая изоляция с диэлектрическими потерями может быть
x
x
R
x
j
x
j
j
x
x
R
x
R
R
R
x
R
замещена с помощью последовательного или параллельного соединения емкости
изоляции и сопротивления
C
, в котором происходит
рассеивание энергии. При последовательной схеме замещения изоля-
ции
ZR
xx
1
с учетом действительного сопротивления каждо-
C
го плеча условие равновесия моста запишется в виде
1
R
RR
11
x
C
4
jC
4
1
R
4
jC
3
4
. (19)
C
N
Приравнивая действительные и мнимые части равенства (19), получаем два условия равновесия моста (по амплитуде и по фазе):
;
CCRR
43
N
/
RC C
34
. (20)
/
N
Так как tg изоляции при последовательной схеме замещения равен
, то
CR
x
tg CR
Обычно сопротивление
50 Гц берется равным
значение tg численно равно емкости
44
.
в мостах для напряжения с частотой
4
4
10 / 3184R
4
Ом. Тогда
, мкФ.
C
4
tg 10 C
6
, т. е.
4
В условиях эксплуатации часто один из электродов изоляционной
конструкции «наглухо» заземлен и нормальная схема моста (рис. 7) не
может быть использована. В таких случаях измерения tg проводят
по так называемой «перевернутой» схеме (рис. 8), которая отличается
от основной тем, что высокое напряжение подается в точку соединения
сопротивлений
3
, а заземляется точка соединения
4
и
C
.
C
N
и
В «перевернутой» схеме оба измерительных плеча и индикатор И
оказываются под высоким потенциалом. Чтобы обеспечить безопасные
условия работы с мостом, ручки от регулируемых элементов моста
,
(
, индикатора И) выполняются изолированными на напряжение,
C
3
4
вдвое превышающее номинальное для моста.
17
Рис. 8. «Перевернутая» схема моста Шеринга
для измерения емкости и
ЭБ – заземленный экран безопасности
изоляции.
tg
Для контроля качества изоляции по tg в энергосистемах используются компактные мосты типов «Р-5026», «Тангенс 2000», «СА-7100»,
которые позволяют проводить измерения при напряжениях до 10 кВ
по «нормальной» и «перевернутой» схеме.
1.1.2. ОСОБЕННОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ tg ИЗОЛЯЦИИ
В УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИ
Для устранения ошибок от влияния внешних полей на измерительный мост его элементы экранируются. Сам объект испытания имеет
емкостные связи с другими объектами, находящимися под напряжением, поэтому результаты измерения могут оказаться ошибочными.
Схема влияния на измерительный мост через емкость между испытываемой изоляционной конструкцией и расположенным рядом посторонним источником
скольких посторонних источников ЭДС
напряжения показана на рис. 9. При наличии не-
E
18
и емкость
вл
на схеме
С
вл
x
R
x
R
R
R
замещения рассматривают как эквивалентные. Ток влияния
ствие того, что
сопротивление
R
3
3
ток в сопротивлении
го вместо действительного значения
на величина
tg
изм
сительно испытательного напряжения
1
, практически полностью замыкается через
C
и источник питания моста. При равновесии моста
R будет равен
II
влx
tg
дейст
, а не
I
. В результате это-
изоляции будет измере-
, определяющая положение вектора
U
(рис. 10), т. е. измерения
исп
I
вл
II
влx
вслед-
отно-
будут выполнены с ошибкой. При некоторой величине и фазе тока
измеренное значение
tg
может оказаться даже отрицательным.
изм
I
вл
Рис. 9. Влияние на измерительный мост оборудования,
работающего под напряжением
Такой результат измерения не имеет физического смысла, поскольку соответствует не потерям, а генерированию энергии в изоляции.
Чтобы сбалансировать мост в условиях, соответствующих диаграмме
на рис. 10,
б, емкость
При этом результаты измерения дополнительно искажаются, так как
после переключения емкости
условии
tg
C
34
нию ручек емкости
Для того чтобы уменьшить ошибку, обусловленную внешними
переключают в плечо с сопротивлением
C
4
С равновесие моста достигается при
, а отсчет величины tg проводится по положе-
, отградуированных для случая
C
4
19
tg
C
44
.
3
.
влияниями, проводят два измерения с изменением фазы испытательно-
x
x
x
го напряжения на 180
o
, а величину tg определяют как средневзве-
шенное двух измерений:
tg tg
CC
11 2 2
tg
xx
CC
12
xx
, (21)
где
и
C
1
– емкости изоляции по результатам первого и второго
C
2
измерения.
Измерения с изменением фазы испытательного напряжения на 180
дают ошибки с разными знаками, которые при усреднении результатов измерений отчасти компенсируются. Устранить ошибки, обусловленные внешними влияниями, можно также подбором такой фазы ис-
пытательного напряжения, при которой
I
и
I
совпадают по фазе
вл
или сдвинуты на 180°. Такие ошибки не имеют места, если измерения
величины tg проводятся на частоте, отличающейся от частоты влия-
ющего напряжения.
а б
Рис. 10. Векторные диаграммы напряжений и токов
при наличии внешнего влияния:
a –
tg tg
изм действ
; б –
tg 0
изм
o
В настоящее время применяются новые схемы, заключающиеся
в том, что токи в плече с испытываемым объектом и в эталонном
конденсаторе сравниваются с помощью магнитного тороидального
сердечника, на котором намотано две равномерно распределенные
катушки с равным числом витков, для того чтобы обеспечить условия
нулевого потока.
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]