техника_высоких_напряжений

ний tg δ). Диапазоны измерений значений tg δ устанавливаются переключателем SA3 путем изменения сопротивления R4 (R’4 или R”4).

Рис. 1.7. Cхема моста Р5026 для эксплуатационных измерений

Все элементы схемы помещены внутри экрана (“Э”), изолированного от заземляемого корпуса на рабочее напряжение моста 10 кВ (для проведения измерений при перевернутой схеме включения).

Основные характеристики моста Р5026 и формулы для расчета результатов измерений приведены в табл. П1-2.

При измерениях следует выбирать такой шунт (диапазон емкостей), при котором уравновешивание моста производится не менее чем тремя декадами резистора R3. При измерениях в условиях интенсивных влияний, когда возможно отрицательное значение tg δ, мост Р5026 следует использовать в диапазоне А1. Не следует допускать токов утечки по загрязненной и увлажненной внешней поверхности электрооборудования, она должна быть очищена и насухо протерта. В тех случаях, когда эта мера не дает эффекта, следует применять экранирование, как это показано на рисунке 6.4,a.

Такая мера особенно актуальна для трансформаторов малой мощности, имеющих сравнительно небольшую емкость обмоток.

Примеры присоединений моста Р5026 к испытуемой изоляции Сх по прямой (а) и перевернутой (б) схеме приведены на рис. 1.8.

11

Рис. 1.8. Схемы присоединений моста при измерениях на высоком напряжении

Перевёрнутая схема используется, когда объект испытаний имеет наглухо заземленным один из электродов.

Для возможности сопоставления измеренных значений параметров изоляции с базовыми значениями и для принятия решения о возможности дальнейшей эксплуатации электрооборудования, измеренные значения параметров (R и tg δ) приводятся к температуре изоляции, при которой измерялись базовые значения параметров. Пересчёт производится по нижеприведенным формулам.

Для сопротивления изоляции:

Rпр = Rи К2.

(1.1)

Для tg δ:

tg δпр = tg δи К1,

(1.2)

где Rпр, tg δпр – соответственно приведенные значения сопротивления изоляции и tg δ;

Rи, tg δ и – соответственно измеренные значения сопротивления изоляции и tg δ;

К1, К2 – коэффициенты приведения (табл. П1-3).

12

Порядок выполнения работы

1.С помощью тепловизора оценить общее тепловое состояние рассматриваемого электрооборудования и токоведущих частей, выявив наиболее нагретые точки и температурные аномалии. Сделать 3 снимка тепловизионной картины электрооборудования (разрядники, вводы, бак трансформатора). Скопировать снимки в РС. Открыть редактор SatReport, нажать кнопку IrImage и на странице редактора левой кнопкой мыши выделить рабочее поле размером ≈ 1/3 страницы. Правой кнопкой мыши открыть меню\Сonnect\Preview Connect и указав путь размещения скопированных с тепловизора снимков, открыть предварительный просмотр. Выбрать необходимые ИК снимки и разместить их на одном листе редактора. Закрыв окно предварительного просмотра, распечатать страницу со снимками на принтере.

2.С помощью тепловизионных снимков определить значения температуры наиболее нагретых точек и результаты занести в табл. 1.1 и рассчитать для них превышение температуры, избыточную температуру и коэффициент дефектности.

3.Сравнить полученные параметры с допустимыми (табл. П1-1), сделать вывод о возможности дальнейшей эксплуатации электрооборудования.

Таблица 1.1

Результаты ИК контроля электрооборудования

№	Объект контроля			Темпе-	Изме-	Превы-	Избы-	Коэф-
				ратура	ренная	шение	точная	фици-
				окружа-	темпе-	темпе-	темпе-	ент де-
				ющего	ратура,	ратуры,	ратура,	фект-
				воздуха,	°С	°С	°С	ности
				°С
	Контактное		соедине-
1	ние	ошиновка-ввод
	трансформатора
2	Бак трансформатора
3	Вентильные		разряд-
	ники

4. Отсоединить шины питания силового трансформатора. Определить сопротивления R60, R15 и Кабс для изоляции обмоток трансформатора с помощью электронного мегаомметра на напряжении 2500 В. Результаты занести в табл. 1.2.

13

Таблица 1.2 Измеренные и исходные значения сопротивления изоляции

обмоток трансформатора

	Зона из-	Измеренные			Темпе-	Сопро-
		значения со-		Коэффи-	ратура	тивление	Исходные
	мерения	противлений,				R60, при-
				циент аб-	обмот-		значения R60,
	сопро-	Ом.		сорбции	ки при	ведённое	Ом при темпе-
	тивления					к базовой
				Кабс	изме-		ратуре, 20°С
	изоляции	R60	R15		рении	темпера-
						туре, Ом
	ВН–бак						300МОм
	НН–бак						300МОм
	ВН–НН						300МОм

5. Измерить tg δ и емкость обмоток трансформатора по нормальной схеме подключения моста Р5026 (рис. 1.8, а) при напряжении на объекте 2,5 кВ. Результаты занести в табл. 1.3.

Таблица 1.3 Измеренные и исходные значения тангенса угла диэлектрических потерь

и ёмкости изоляции обмоток трансформатора

		Показания мостовой				Измерен-			Приве-	Исходные
	Зона	измерительной схе-				ные па-		Темпера-
									денный	значения
		мы				раметры
	измере-							тура	к базо-	tg δ, %
	ния tg δ							обмотки,
		R3,	R4,	С4,	С0,	tg δ,	С,		вой	при тем-
	изоля-							˚С	темп.	пературе,
	ции	Ом	Ом	πФ	πФ		πФ
									tg δ, %	20°С
	ВН-бак									0,5
	НН-бак									0,4
	ВН–НН									0,6

6. По формулам 1.1 и 1.2 привести значения R60 и tg δ к базовым температурам указанным в табл. 1.2 и 1.3 или по указанию преподавателя.

7. Результаты занести в таблицы, сравнить с исходными данными и сделать вывод о состоянии изоляции трансформатора.

14

Контрольные вопросы

1.Какие основные показатели определяют при тепловизионном контроле состояния электрооборудования и контактных соединений?

2.Что такое R60 и Кабс, о каких качествах изоляции можно судить по этим параметрам?

3.Объяснить физический смысл угла диэлектрических потерь и принцип работы мостовой схемы для измерения tg δ.

Литература

1.Сборник методических пособий по контролю состояния электрооборудования. Раздел 1. Общие методы. – М.: ОРГРЭС, 1996. – 100.

2.Сборник методических пособий по контролю состояния электрооборудования. Раздел 2. Методы контроля состояния силовых трансформаторов, автотрансформаторов, шунтирующих и дугогасящих реакторов. – М.:

ОРГРЭС, 1997. – 98.

15

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 2. ВЛИЯНИЕ ПОЛЯРНОСТИ ЭЛЕКТРОДОВ И ФОРМЫ

ВОЗДЕЙСТВУЮЩЕГО НАПРЯЖЕНИЯ НА ПРОБИВНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ В НЕРАВНОМЕРНОМ ПОЛЕ

Цель работы: исследовать влияние полярности электродов и влияние барьеров на пробивное напряжение воздушного промежутка «остриё– плоскость» при постоянном и импульсном воздействии.

Общие сведения

Исследование пробоя воздуха в сильно неравномерном поле имеет большое практическое значение. С точки зрения оценки изоляционных расстояний от проводов линий до земли и заземлённых объектов важны данные о пробивных напряжениях для промежутка «остриё – плоскость».

В промежутке «остриё – плоскость» формирование разряда зависит от полярности острия. Поскольку вблизи острия напряжённость поля наибольшая из-за малого радиуса кривизны (рис. 2.1 и 2.2), там начинается процесс ударной ионизации, в результате которого образуются заряженные частицы – электроны и ионы. Процесс ионизации происходит лавинообразно. Электроны являются более подвижными частицами, поэтому быстро уходят из зоны ионизации и отдают свой заряд положительному аноду. В результате в зоне ионизации, которая ограничена небольшой областью у острия, образуется избыток положительных ионов (положительный объёмный заряд). Этот объёмный заряд создаёт своё поле и искажает первоначальное распределение напряжённости. Искажение зависит от полярности электродов (рис. 2.1; 2.2).

При положительном острие напряжённость поля, созданного объёмным зарядом Eq, уменьшает напряжённость у острия и увеличивает напряжённость между объёмным зарядом и плоскостью. Если напряжённость поля достаточна, то возникают лавины справа от объёмного заряда. Электроны этих лавин, смешиваясь с положительным объёмным зарядом, создают плазменный канал вблизи острия (анодный стример). По каналу стримера потенциал острия выносится вглубь промежутка и создаёт, совместно с положительно объёмным зарядом лавин, повышенную напряжённость поля вблизи его головки. Наличие области сильного поля перед головкой обеспечивает образование новых лавин, приводящих к прорастанию канала стримера до катода.

При отрицательной полярности острия лавины электронов распространяются от острия к плоскости и вблизи острия накапливаются положительные ионы. Образовавшийся при этом положительный объёмный заряд усиливает поле в непосредственной близости у острия и ослабляет его со стороны плоскости (рис. 2.2). Высокая напряжённость поля у острия приводит к образованию там большого числа мелких лавин, электроны которых смешиваются с положительным объёмным зарядом и создают у острия однородный плазменный слой,

16

играющий роль экрана с большим радиусом кривизны, чем у острия. Это приводит к снижению напряжённости поля во внешней области и затрудняет развитие стримера.

Eq

E

Eq

E

E

E

2

1

1

2

x

x

Рис. 2.1. Распределение напряжённости	Рис. 2.2. Распределение напря-
поля в промежутке «положительное	жённости поля в промежутке
остриё – отрицательная плоскость»:	«отрицательное остриё – поло-
1 – при отсутствии положительного	жительная плоскость»:
объёмного заряда; 2 – при его наличии	1 – при отсутствии положитель-
	ного объёмного заряда; 2 – при
	его наличии

Итак, положительный объёмный заряд способствует развитию стримера при положительном острие и затрудняет его развитие при отрицательном. Разрядное напряжение при отрицательном острие значительно выше, чем при положительном (примерно в 2 2,5 раза).

Повысить разрядное напряжение в резко неоднородных полях можно с помощью барьеров. В промежутке «остриё – плоскость» устанавливают барьеры из изоляционного материала. Собственная электрическая прочность барьера практически не имеет значения. При установке барьера в промежутке «положительное остриё – отрицательная плоскость» положительные ионы задерживаются барьером и распределяются по его поверхности. Равномерность распределения заряда по барьеру зависит от места его установки. При оптимальном месте установки барьера напряжённость поля в воздушном промежутке распреде-

17

ляется более равномерно (рис. 2.3), что приводит к значительному увеличению разрядного напряжения.

Иначе обстоит дело при отрицательно полярности острия. Барьер приводит к созданию концентрированного отрицательного объёмного заряда, который при отсутствии барьера практически не создавался, так как электроны уходили на плоскость (рис. 2.4). Если при отсутствии барьера основную роль играл положительный объёмный заряд, то при наличии барьера значительную роль начинает играть отрицательный заряд, сконцентрированный на барьере, который увеличивает напряжённость поля во внешнем пространстве (рис. 2.4). Поэтому при отрицательной полярности острия установленный в средней части промежутка барьер уменьшает разрядное напряжение. Барьеры широко используют в высоковольтных конструкциях работающих как в воздухе, так и в масле.

	Eq	E

E

q

E

E

E

2

3

3

1

2

x

1

x

Рис. 2.4. Влияние барьера на рас-

пределение напряжённости поля

Рис. 2.3. Влияние барьера на распреде-

в промежутке «отрицательное

ление напряжённости поля в промежут-

остриё – положительная плос-

ке «положительное остриё – отрица-

кость»: 1 – при отсутствии барь-

тельная плоскость»: 1 – при отсутствии

ера и положительного объёмного

барьера и положительного объёмного

заряда; 2 – при наличии положи-

заряда; 2 – при наличии положительно-

тельного объёмного заряда и от-

го объёмного заряда и отсутствии барь-

сутствии барьера; 3 – при нали-

ера; 3 – при наличии барьера

чии барьера

В практических условиях на линейную изоляцию часто воздействуют не только постоянное или временное напряжение частоты 50 Гц, но и импульсные напряжения. Высокие импульсные напряжения возникают, например, при ударах молнии в линию электропередачи. Длительность таких импульсных напряжений обычно не превосходит нескольких десятков микросекунд. При столь

18

коротких воздействиях напряжения значительные объёмные заряды в воздушных промежутках не успевают сформироваться и эффект полярности электродов проявляется слабей, чем при постоянном напряжении. Следует отметить, что время развития разряда и амплитуда разрядного напряжения являются случайными величинами, имеющими свой закон распределения вероятностей. По мере повышения напряжения вероятность пробоя P возрастает. Зависимость вероятности пробоя воздушного промежутка от амплитуды волны P = f (U) называется кривой эффекта. Каждая точка кривой представляет собой отношение числа пробоев к общему числу воздействия напряжения с данной амплитудой. По кривой эффекта определяют напряжение U0,5, при котором разряд наблюдается в 50 % случаев подачи импульса (50–процентное разрядное напряжение), которым принято характеризовать электрическую прочность изоляции при импульсах.

Описание испытательной установки

Испытывают изоляцию с помощью выпрямительной установки, собранной по схеме удвоения напряжения (рис. 2.5), а также с помощью генератора импульсных напряжений (ГИН).

	Т	В	Rз
~ 220	РН		C
	V		C
		В
			Rз

Рис. 2.5. Принципиальная схема выпрямительной установки высокого напряжения: РН – регулятор напряжения; Т – повышающий трансформатор; В –

высоковольтный выпрямитель; С – высоковольтный конденсатор; Rз – защитное сопротивление

Порядок выполнения работы

1. Записать показания термометра и барометра (t, р) и определить поправку на атмосферные условия

	0,386 p	.	(2.1)

273 t

19

2. Определить зависимость величины разрядного напряжения от расстояния S (см) между электродами при разной полярности острия и плоскости. Для каждого расстояния опыт повторить 3 раза и высчитать среднее значение. Полученные данные занести в табл. 2.1 и построить графики

		Uр = f (S).		Таблица 2.1
		Результаты расчётов и измерений
S
или
a, см	U1, В	Uр = kТ U1ср	U1, В	Uр = kТ U1ср
1	2 3 Ср.	δ	1 2 3 Ср.	δ

3. Исследовать влияние барьера на электрическую прочность воздушного промежутка при различной полярности электродов. Установить определённое расстояние S между электродами «остриё – плоскость». В этом промежутке менять местоположение барьера, увеличивая расстояние a между остриём и барьером от 0 до S. Для каждого положения барьера опыт проделать 3 раза. Результаты занести в таблицу 2.1 и построить зависимости Uр = (a / S).

4. Определить зависимость 50–процентного импульсного разрядного напряжения промежутка «остриё – плоскость» от расстояния между электродами при положительной и отрицательной полярности импульса на острие. Результаты занести в таблицу 2.2. Амплитуду импульсного напряжения измерять шаровым разрядником, включённым параллельно объекту испытания (промежутку «остриё – плоскость»). Измерения производить в следующем порядке:

–при разведённом измерительном шаровом разряднике напряжение ГИНа регулировать так, чтобы 50 % импульсов вызывали разряд на объекте;

–для измерения установленного напряжения расстояние между шарами регулировать так, чтобы 50 % импульсов вызывали разряд между ними (остальные 50 % импульсов могут либо вызывать, либо не вызывать разряды на объекте);

–по полученным значениям расстояния между шарами Sш и таблицам приложения 2 определить 50–процентные разрядные напряжения, приведённые

кнормальным атмосферным условиям U0,5н;

–определить разрядные напряжения при атмосферных условиях опыта U0,5 = U0,5н. Построить графики U0,5 = f (S). Полученные результаты сравнить с разрядными напряжениями воздушного промежутка при постоянном напряжении.

20