Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электрооборудование высокого напряжения и его эксплуатация. Учебное пособие
.pdf
Базовая схема такого моста показана на рис. 11. Основная часть
x
x
x
x
схемы моста состоит из трехобмоточного токового компаратора, который хорошо экранируется от паразитных магнитных полей и защищается от механических вибраций. Достоинство такой конструкции состоит в том, что в ней отсутствует результирующая магнитодвижущая
сила в обмотках 1 и 2 в условиях баланса. При
этом паразитная
емкость между обмотками и такая же емкость между заэкранированными выводами низкого напряжения не оказывают влияния на мост
при балансе, поскольку отсутствуют другие напряжения на обмотках
компаратора, кроме напряжений на их активных сопротивлениях.
Это позволяет использовать длинные соединительные провода, при
этом чувствительность моста выше, чем у моста Шеринга.
Рис. 11. Мост с токовым компаратором
Баланс наступает при нулевом напряжении в катушке детектора
и соответствует условию
где
и
N
1
с объектом (
текущие в
– числа витков обмотки, последовательно включенной
N
2
) и эталонным конденсатором (
C
и
C
.
C
N
IN I N
12
21
, (22)
N
);
и
C
I
N
– токи,
I
N
Для тока IN в эталонном конденсаторе напряжение на RC-плече
j
j
R
R
определяется выражением
IR
U
1
N
. (23)
CR
Часть тока
При приложенном напряжении полный ток
I
в катушке 2 определяется выражением
2
I
N
I
2
1
. (24)
CR
I
будет определяться
2
выражением
I
2
/(1 ) 1/( ) (1 )
jCR jC jCR
1( )
1
jC
N
jC CR
N
N
(25)
,
поэтому
N
При переменных значениях
CC
xN
tg ( )
N
2
, (26)
N
1
CC
N
, N2 и R добиваются балансировки
x
(27)
емкости и фазового угла. Погрешность такого моста меньше, а чувствительность выше, чем у моста Шеринга; рабочий частотный диапазон примерно от 50 Гц до 1 кГц.
В Российской Федерации в настоящее время в эксплуатации
используется отечественный измеритель параметров изоляции «Тангенс 2000». Измеритель обеспечивает в нормальных условиях применения следующие
виды измеряемых величин и диапазоны измерений
(табл. 1).
22
Основные характеристики измерителя «Тангенс 2000»
x
5
–
x
x
Наименование
и обозначение
измеряемых
величин
Тангенс угла
диэлектрических
потерь
Емкость
tg
C , пФ
Таблица 1
Пределы
допускаемой основной
погрешности
4
210 0,01tg
0,5 0,005xC
Диапазон
измерений
–
…1
10
от 500 пФ
до 340 нФ
Испытательное
напряжение
U
1,0
исп
, кВ
10,0
1,0
где
C , tgx – показания измерителя
от 50 пФ
до 65 нФ
от 10 пФ
до 34 нФ
2,0–5,0
5,0–10,0
1.2. МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ
С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЯВЛЕНИЯ АБСОРБЦИИ
1.2.1. КОНТРОЛЬ ИЗОЛЯЦИИ ПО «ВОЗВРАТНОМУ»
НАПРЯЖЕНИЮ
Если взять образец двухслойной изоляции и в течение некоторого
времени выдержать при постоянном напряжении, то в ней накопится
заряд абсорбции. После отсоединения образца от источника напряжения и замыкания «накоротко» на очень малый промежуток времени
(
t
01 1v
и
t
02 2v
никнет «возвратное напряжение». За время
полностью разряжается, а заряд абсорбции на границе слоев и свя-
C
г
занные с ним заряды обратного знака на электродах (см. рис. 1,
С
заряд на
сти слоев
) остаются практически неизменными. В период t емко-
и
C
1
включены параллельно и заряжаются от заряда аб-
C
2
), после чего вновь разомкнуть, то воз-
t
геометрическая емкость
в –
сорбции до напряжения
t
23
q
U
0
При этом их электроды, соединенные с узлом
абс
CC
12
. (28)
1 (рис. 1, б) приобре-
тают заряд того же знака, что и заряд абсорбции. После размыкания
внешних электродов и образца изоляции емкости
С
и С2 вновь ока-
1
зываются соединенными последовательно и при этом заряженными до
U
одинакового напряжения
, но разной полярности. Напряжения на
0
слоях будут
UU
10 0
,
UU
20 0
. (29)
Поэтому в момент размыкания электродов (
t = 0) напряжение на
изоляции как сумма напряжений на слоях равно нулю. Далее емкости
С
и С2 будут разряжаться на сопротивления утечки своих слоев R1
1
и
R
с разной скоростью, так как постоянные времени R
2
1C1
и R
2C2
не-
одинаковы. В итоге на изоляции появится напряжение
q
Uee
возвр
абс
CC
12
//
tRC tRC
22 11
, (30)
которое получило название «возвратное напряжение» (рис. 12).
Рис. 12. Изменение во времени
«возвратного напряжения»
и напряжений на слоях изоляции
0U
Напряжение
возвр
чем больше степень неоднородности, тем выше
для любой неоднородной изоляции. Причем
U
и тем сильнее
возвр
24
различаются скорости подъема и спада «возвратного напряжения».
Таким образом, по форме и величине «возвратного напряжения» можно судить о состоянии изоляции. Неравномерное увлажнение многослойной изоляции обнаруживается по увеличению «возвратного
напряжения». Однако при сквозном и равномерном увлажнении неоднородность изоляции может уменьшаться и «возвратное напряжение»
снизится. Поэтому контроль по «возвратному напряжению
» недоста-
точен и должен сочетаться с другими методами.
Возможность появления «возвратного напряжения» следует непременно учитывать при выборе мер безопасного проведения испытаний
изоляции повышенным напряжением. После окончания испытаний
необходимо не только разрядить геометрическую емкость, но и
нейтрализовать заряд абсорбции, для чего надо замкнуть электроды на
продолжительное время (минуты).
1.2.2. КОНТРОЛЬ ИЗОЛЯЦИИ
ПО «КРИВОЙ САМОРАЗРЯДА»
После отключения источника постоянного напряжения U0 емкости слоев изоляции разряжаются на сопротивления утечки своих слоев
и происходит саморазряд изоляции. При этом напряжение на многослойной неоднородной изоляции как сумма напряжений на отдельных
слоях изменяется в соответствии с выражением
n
U
ср
0
R
i
URe
/
tRC
ii
i
1
, (31)
где
R
и Сi – сопротивление утечки и емкость i-го слоя; R –
i
сопротивление утечки всей изоляции;
В случае идеально однородной изоляции, т. е. при
n – число слоев изоляции.
n = 1 «кривая
саморазряда» есть просто экспонента
/
tRC
UUe
ср 0
. (32)
Если построить ее в полулогарифмическом масштабе, т. е. представить
в виде
ln( ) ( )Uft , (33)
ср
25
то она будет иметь вид прямой, у которой тангенс угла наклона равен
1/
RС. Для неоднородной изоляции «кривая саморазряда» в этом же
масштабе, как сумма экспонент, уже не будет прямой. Чем больше она
отклоняется от прямой линии, тем сильнее неоднородность изоляции
(рис. 13).
Рис. 13. Кривые саморазряда:
1 – идеально однородная изоляция;
2, 3 – неоднородная изоляция
1.2.3. КОНТРОЛЬ ИЗОЛЯЦИИ ПО ТОКУ УТЕЧКИ
Измерение тока в цепи испытываемой изоляции при включении ее
на постоянное напряжение позволяет выявлять как частичное, так
и сквозное увлажнение изоляции. При этом ток во внешней цепи
(без учета кратковременного импульса тока заряда
определяться выражением
/
tT
()
it I I e
, (34)
0
a
С
и С2) будет
1
где
/( )IURR
12
– установившийся, или сквозной, ток утечки;
RC R C
IU
0
a
RR R R C C
TCC
11 2 2
12 1 2 1 2
RR
12
()
RR
12
26
2
12
.
;
2
При частичном увлажнении увеличивается неоднородность изоля-
R
x
R
ции и, как следует из (34), растет ток абсорбции, а при сквозном
увлажнении возрастает сквозной ток утечки.
Существуют методы, использующие многослойную модель изоляции, с помощью которых по кривой тока абсорбции можно оценить
сопротивление утечки и степень увлажнения разных участков изоляции. Они требуют сложной обработки
опытных данных и используют-
ся только в исследовательских целях.
1.2.4. КОНТРОЛЬ ИЗОЛЯЦИИ
ПО СОПРОТИВЛЕНИЮ УТЕЧКИ
Измерение сопротивлений и токов утечки равнозначны, так как эти
величины связаны простым соотношением
() / ()
tUit . (35)
Однако техника измерения сопротивления утечки проще: измерения выполняются с помощью переносных приборов – мегаомметров.
Упрощенная схема мегаомметра показана на рис. 14. Источником постоянного напряжения в нем служит генератор с ручным или моторным приводом, а измерительным прибором – логометр, имеющий две
расположенные под углом рамки. Угол отклонения стрелки логометра
пропорционален отношению
токов
, поэтому определяется толь-
/
ii
1
ко сопротивлением утечки проверяемой изоляции и не зависит от абсолютного значения напряжения генератора. При измерениях важное
значение имеет лишь стабильность этого напряжения. Если напряжение существенно колеблется (неравномерное вращение рукоятки генератора), то через мегаомметр протекает значительный емкостный ток,
стрелка колеблется и это затрудняет или даже
делает невозможными
измерения.
Из (14) и схемы замещения (см. рис. 2) следует, что при включении
испытываемой изоляции на постоянное напряжение сопротивление
утечки изменяется во времени:
где
RR
;
12
Rt
URr
()
()
it
rRe
27
, (36)
/
tT
RR R R C C
R
R
R
RKR
12 1 2 1 2
r
RC R C
11 2 2
2
2
;
12 1 2
T
RC C
RR
12
.
Зависимости, построенные по формуле (36) для случая, когда изоляция состоит из сухого и увлажненного слоя и
2
ние
/10
сух увл
vv
, приведены на рис. 15. При этом зависимости
сух увл
, а отноше-
построены для разных значений толщины увлажненного слоя.
Рис. 14. Упрощенная схема мегаомметра для измерения сопротивления
утечки изоляции:
Л – логометр; R1 и R3 – добавочные резисторы;
и емкость испытуемой изоляции
R
и Cx – сопротивление утечки
x
При испытаниях изоляции зависимость ()
t от времени полностью
не определяют, а оценивают ее характер по двум точкам сопротивления, измеренным через 15 и 60 с после включения мегаомметра.
О качестве изоляции судят как по абсолютному значению сопротивления
, так и по отношению
60
абс
60
, (37)
15
которое называют коэффициентом абсорбции.
28
У изоляции высокого качества
не обязательно должен быть
K
абс
близким к единице, поскольку кривые (рис. 15) относятся к довольно
простой модели изоляции, в которой не учтена структурная неоднородность, обусловленная применением разных материалов и сохраняющаяся даже при идеальной сушке. Поэтому для многих видов реаль-
K
ной изоляции
по мере уменьшения в ней влаги стремится не
абс
к единице, а к некоторому предельному значению, равному примерно
2,0…2,5. Высокая однородность и низкие значения коэффициента
в такой изоляции могут иметь место только при сильном увлаж-
K
абс
R
нении, когда и абсолютные значения
оказываются низкими. По со-
60
противлению (или току) утечки можно судить о наличии в изоляции не
только распределенных, но и сосредоточенных дефектов. К значительному снижению сопротивления изоляции приводят механические повреждения в виде неполных или поперечных трещин, а также следы от
незавершенных разрядов.
Рис. 15. Изменение сопротивления утеч-
()Rt
ки
(
во времени при разной толщине
/dd
увлажненного слоя изоляции
увл
сух увл
;
/
сух увл
vv
29
= 102)
Недостаток контроля изоляции по сопротивлению утечки заключа-
R
ется в том, что в ряде случаев на результаты измерения существенное
влияние могут оказывать утечки по поверхности твердых диэлектриков, которые не всегда правильно отражают состояние изоляции.
1.2.5. КОНТРОЛЬ ИЗОЛЯЦИИ
ПО ЕМКОСТНЫМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ
Существует несколько методов проверки качества изоляции по емкостным характеристикам, причем все они прямо или косвенно используют зависимость емкости неоднородной изоляции от частоты.
1. Косвенно зависимость
используется в емкостно-
()Cf
температурном методе, при котором качество изоляции оценивается по
изменению емкости при нагреве. При значительном увлажнении сопротивление утечки существенно снижается по мере роста температуры, так как при этом не только увеличивается подвижность ионов, но
и растет растворимость и степень диссоциации примесей во влаге.
В соответствии с
ная времени изоляции
TrC
где
изменением сопротивления уменьшается и постоян-
Т:
()
RC C
12 1 2
RR
12
г
/(1 )CC C T
– постоянная времени.
22
, (38)
При этом эквивалентная емкость изоляции увеличивается. Для изоляции нормального качества емкость растет в меньшей степени. Экспериментально установлено, что если при повышении температуры
на 50° С емкость увеличивается не более чем на 10 %, то изоляцию
можно считать нормальной, в противном случае – недопустимо увлажненной.
2. Непосредственно по зависимости
качество изоляции
()Cf
оценивается методами «емкость–частота» и «емкость–время». В обоих
()Cf
случаях определяется не вся зависимость
, а лишь две ее ха-
рактерные точки, позволяющие судить о степени неоднородности изоляции и тем самым о ее увлажнении.
В методе «емкость–частота» емкость изоляции измеряется на ча-
С
стотах 2 и 50 Гц и определяется отношение
/ С50, которое и служит
2
30
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]