Коэффициенты изменения волокнистой изоляции

Лабораторное занятие № 9

Испытания измерительного трансформатора напряжения и оформление отчетной документации

Цель: получить навыки испытаний измерительных трансформа­торов и оформление протоколов испытаний.

Оборудование и материалы: каски защитные, пояс предохрани­тельный, диэлектрические перчатки, диэлектрические боты, лест­ница, закоротки, мегаомметры на напряжение 1000 и 2500 В (или универсальный), мост переменного тока Р5026 или МД-16, ключи гаечные, плоскогубцы комбинированные, отвертки, ёмкости для от­бора проб масла, растворитель органический, обтирочный материал.

 

Краткие теоретические сведения

Измерительные трансформаторы напряжения (в дальнейшем ТУ) применяются в электроустановках переменного тока для расшире­ния пределов измерений электроизмерительных приборов и питания обмоток напряжения устройств релейной защиты.

Первичные обмотки ТУ (обмотки ВН) подключаются параллель­но к шинам ВН, ко вторичной обмотке подключаются обмотки на­пряжения измерительных приборов и реле защиты. Напряжение на вторичной обмотке 7Уравно 100/3 В. В целях безопасности обслужи­вающего персонала вторичная обмотка заземляется. Магнитопровод с намотанными на него обмотками помещается в бак с трансформа­торным маслом, которое применяется для изоляции и охлаждения. В последнее время в эксплуатации появились измерительные транс­форматоры напряжения с литой изоляцией (например, ЗНОЛ). При испытаниях измерительных трансформаторов производят:

— измерение сопротивления изоляции первичных и вторичных обмоток;

— определение погрешности;

— испытание повышенным напряжением промышленной частоты изоляции первичных и вторичных обмоток, доступных стяжных болтов;

— измерение тангенса угла диэлектрических потерь изоляции обмоток;

— испытание трансформаторного масла из трансформатора на пробой;

— проверка правильности маркировки выводов;

— измерение сопротивления обмоток постоянному току.

 

Порядок выполнения

1. Осмотреть трансформатор напряжения.

Проверить целостность и чистоту фарфоровой и литой изо­ляции, отсутствие следов перекрытия, течи масла, наличие и надёжность связи бака (корпуса) и основания трансформатора с за­земляющим электроустановку контуром, отсутствие вмятин на кор­пусе трансформатора.

Проверить уровень масла в трансформаторе, цвет индикаторного силикагеля в воздухоосушительном фильтре (при наличии).

2. Измерить сопротивление изоляции.

Измерение производится мегаомметром на напряжение 2500 В (в обмотке ВН) и на 1000 В (обмотка НН). Перед измерением обмотки ВН заземляют не менее 2 мин для того, чтобы дать стечь емкостному току. Клемму «3» соединяют с заземленным корпусом трансформа­тора, другую с объединенными (закороченными) выводами обмотки ВН. Снимают заземление с испытуемой обмотки, подают напряже­ние на эту обмотку и включают секундомер в момент начала подачи напряжения. Отсчитывают по шкале мегаомметра сопротивление изоляции через 60 с (R_60”).

Испытанную обмотку заземляют и закорачивают не менее 2 мин Замер выполняют не менее 3 раз, вычислить среднее арифметиче­ское значение R_60”. Для трансформаторов на напряжение до 35 кВ R_60” должно быть не менее 10 МОм, на напряжение 110 и 220 кВ — не ме­нее 300 МОм.

Аналогично мегаомметром на напряжение 1000 В измерить со­противление изоляции R_60”. вторичных обмоток трансформатора. Значение сопротивления не нормируется, но оно должно быть не менее 10 Мом.

После измерения сопротивления каждой фазы необходимо вновь заземлить эту обмотку не менее, чем на 2 мин

При измерении сопротивления изоляции одной обмотки (напри­мер, обмотки НН) обмотка ВН должна быть закорочена и заземлена.

3. Проверка правильности маркировки выводов трансформатора напряжения.

Однополярными выводами обмоток считаются такие, которые при наличии потока в магнитопроводе имеют один и тот же знак ЭДС. Полярность выводов обмоток зависит от направления намотки витков катушек и взаимного расположения их на магнитопроводе.

Соберите схему (рис. 7.1).

Рис. 7.1. Проверка правильности маркировки выводов трансформатора

напряжения

Подайте напряжение U= 220 В на обмотку ВН и измерьте напря­жения между выводами А а (U_Aa); АХ (U_AX). При правильной марки­ровке U_Аа будет меньше, чем U_AX

где К_TV— коэффициент трансформации трансформатора напряжения

Для обеспечения безопасности работ при испытании напряжение от сети необходимо подвести к обмотке ВН.

Вторым способом проверки полярности обмоток является провер­ка импульсами постоянного тока.

Соберите схему (рис. 7.2) в зависимости от тока трансформатора напряжения.

Рис. 7.2. Схемы проверки полярности и правильности обозначения выводов трансформаторов напряжения

а — однофазного двухобмоточного; б — пятистержневого, обмотки соединены в звез­ду;

 в — пятистержневого обмотки соединены в разомкнутый треугольник; г — трех­фазного двухобмоточного

4. Проверка полярности обмоток однофазного трансформатора напряжения (рис. 7.2, а).

Если на одну из обмоток кратковременно подключать постоянный ток, а к другой гальванометр, присоединив «+» батареи и гальвано­метра к однополярным зажимам А и а, то отклонение гальванометра будет происходить в правую сторону при замыкании цепи батареи и в левую — при размыкании ее (рис. 7.2, а).

Это свойство обмоток позволяет просто определять однополярные зажимы: если при такой схеме подключения батареи и гальванометра отклонение последнего при замыкании цепи батареи происходит в правую сторону, а при размыкании — в левую, то однополярными являются выводы А, а и X, х. Такой метод определения полярности обмоток называют методом поляромера. Он широко применяется в практике наладочных работ.

Перед проверкой полярность зажимов гальванометра должна быть проверена подачей на него кратковременно в пределах допустимого напряжения. В противном случае могут быть сделаны неправильные

выводы, последствием которых могут быть серьезные аварии сило­вых трансформаторов, неправильная работа релейной защиты и т. п. В качестве гальванометров используются грубые гальванометры или милливольтметры.

Некоторые особенности имеет проверка полярности выводов у трехфазных трансформаторов напряжения. Методы проверки таких трансформаторов показаны на (рис. 7.2, б-г). При этом надо иметь в виду, что если для проверки полярности пятистержневых трансфор­маторов напряжения достаточно лишь пересоединить плюс батарей­ки и гальванометра на соответствующую фазу трансформатора, то в случае проверки полярности трехфазного двухобмоточного транс­форматора напряжения этого недостаточно. Такой трансформатор напряжения не имеет нулевого вывода первичной обмотки. Поэто­му постоянный ток от батарейки должен подаваться в первичные обмотки двух фаз, а гальванометр должен минусом подключаться к нулевому выводу вторичной обмотки. При замыкании рубильника и поочередном подключении зажима «плюс» гальванометра к выводам а, b, с вторичной обмотки отклонение стрелки гальванометра будет различным: при включении на вывод а и правильной полярности — вправо, при включении на вывод с — влево, а при включении на вы­вод b отклонение равно нулю или незначительно по величине.

5. Измерение тангенса угла диэлектрических потерь изоляции обмоток.

Если к изоляции приложить переменное напряжение U(рис. 7.3), то через нее будет проходить емкостный ток I_c, сила которого при данном напряжении определяется емкостью С, и активный ток I_а, обусловленный сопротивлением изоляции r и явлением абсорбции, а также дипольной поляризацией (диэлектрическим гистерезисом).

Активный ток может служить критерием качества диэлектрика, однако его величина зависит, кроме того, и от геометрических разме­ров диэлектрика, от которых зависит также и емкостный ток. Чтобы исключить влияние размеров диэлектрика, за критерий состояния изоляции удобно принять отношение активного тока I_a к емкостно­му току I_c, которое, как видно из векторной диаграммы, показанной на рис. 7.3 (а), равно tgδ, называемого углом диэлектрических потерь. Обычно tgδ изоляции электрооборудования составляет сотые и тысяч­ные доли единицы. Для удобства принято измерять tgδ в процентах, что численно в 100 раз больше. Если tgδ = 0,0035, то в процентах он равен 0,35. Для одного и того же диэлектрика диэлектрические потери за­висят от температуры (рис. 7.3) и частоты приложенного напряжения.

Рис. 7.3. Диэлектрические потери: а — векторная диаграмма токов в диэлектрике, б — зависимость диэлектрических потерь от температуры для сухой изоляции (Г) и для увлажненной изоляции (2)

 

Для лучшей оценки состояния изоляции измерять tgδ изоляции высоковольтного оборудования и масла желательно при напряжении выше 1000 В (обычно 10 кВ) и при температуре, близкой к той, ко­торая бывает при нормальном режиме работы. В любом случае тем­пература диэлектрика должна быть положительной (не менее 10 °С). Измеряют 1й8 мостом переменного тока (рис. 7.4, а—б).

Рис. 7.4. Включение моста при измерениях по перевернутой схеме а — включение моста Р5026; б— включение моста МД-16

 

Закоротить и заземлить вторичные обмотки трансформатора. Измерения проводятся при температуре не ниже +10⁰ С для транс­форматоров до 110 кВ и не ниже +20 °С для трансформаторов на на­пряжение 220 кВ мостом переменного тока типа: 5026М, Р595.

Приборы расположить так, чтобы между мостом и источником испытательного напряжения было расстояние не менее 0,5 м для исключения влияния на результаты замеров электромагнитных и электростатических полей шин, работающего оборудования и других факторов. Собрать схему измерения. Мост подключить по «перевёр­нутой» схеме (рис. 7.4).

Образцовый конденсатор установить на диэлектрический коврик. Кабель с обозначением «С_х» присоединить к выводу обмотки НН.

Кабель «С₀» присоединить к зажиму «НП» образцового конденсатора.

Наконечник с обозначением «Э» кабеля «С₀» присоединить к за­жиму «земля» образцового конденсатора.

Наконечник с обозначением «Э» кабеля «С_х» не подключать.

Выводы «Д» и «Э» моста соединить перемычкой из провода ПВЛ.

Заземлить вывод «ВП» образцового конденсатора. Соединить проводом ПВЛ зажим «Д» моста с высоковольтным выводом испыта­тельного трансформатора. Следить, чтобы оболочки кабелей и изо­ляция проводов (кроме заземлённых) располагались на расстоянии не менее 150 мм от заземлённых частей.

Установить ограждение вокруг всей зоны испытательного напря­жения, снять заземление с обмотки НН, подать испытательное на­пряжение от 8 до 10 кВ.

Включить тумблер «Сеть» моста. Установить ручку «Чувствитель­ность» в такое положение, при котором стрелка микроамперметра отклоняется на 30—35 мкА. Вращением ручки «А» выбрать такое поло­жение, при котором показание микроамперметра будет минимально. Уравновесить мост, изменяя положение переключателей значений КЗ и С4в любой очерёдности, начиная с чувствительности 70 дБ до мак­симальной при положениях переключателя +1 tgδ, +2 tgδ.

Записать полученные значения R3 и С4. Замеры повторить не ме­нее трёх раз. Значение tgδ вычислить по формулам из руководства по эксплуатации моста и как среднее арифметическое трёх замеров.

Если не удаётся уравновесить мост на чувствительности 30 дБ и выше, необходимо изменить место расположения приборов, фазу питающего напряжения, проверить правильность сборки схемы и надёжность контактных соединений.

При подаче испытательного напряжения обратить внимание на отсутствие характерного шума перекрытия изоляции.

Отключить тумблер «Сеть» моста, снять испытательное напряже­ние, заземлить испытанную обмотку.

Результаты измерений 1§8 изоляции обмоток, включая динамику их изменений, должны учитываться при комплексном рассмотрении данных всех испытаний.

Порядок измерений мостами Р5026, МД-16 и Р595 излагается в заводских инструкциях. С увеличением температуры 1§5 увеличи­вается. Для приведения измеренных значений 1§6 к необходимой температуре (например, измеренной на заводе) используются следу­ющие коэффициенты (табл. 7.1):

Таблица 7.1

Коэффициенты изменения волокнистой изоляции

Разность температур	1	2	3	4	5	10	15
Коэффициент изменения волокнистой изоляции К	1,03	1,06	1,09	1Д2	1,15	1,31	1,51
Разность температур	20	25	30	—	—	—	—
Коэффициент изменения волокнистой изоляции К	1,75	2	2,3	-	-	-	-

Значение коэффициента К для разности температур, не указан­ных выше, определяют путем умножения коэффициентов соответ­ствующих, например,

Оценка состояния изоляции трансформаторов напряжения по 1§б производится по нормам, приведенным в табл. 7.2.

Таблица 7.2

Максимально допустимый tgδ (%) изоляции обмоток трансформаторов

Напряжения.

Наивысшее напряжение испытываемой обмотки, кВ	Температура обмоток, °С
	10	20	30	40	50	60
10 и ниже	4	5,5	7,5	10	14	19
35	2,8	4	5,5	8	11	16
110-220	1,8	2,5	3,5	5	7	10

 

6.Определение погрешности.

Трансформатор напряжения работает с погрешностью, искажаю­щей вторичное напряжение как по величине, так и по фазе:

— погрешность в напряжении (или в коэффициенте трансформа­ции — отклонение действительного коэффициента трансформации от номинального).

— погрешность по углу, под которой понимается угол сдвига вто­ричного напряжения относительно первичного.

В зависимости от погрешностей трансформаторы напряжения подразделяются на классы точности, например:

класс 0,2 — погрешность ± 0,2%, угловая ±10;

класс 0,5 — погрешность ± 0,5%, угловая ± 20.

Один и тот же трансформатор напряжения в зависимости от на­грузки, подключённой к вторичной обмотке, может работать с раз­личным классом точности.

Поэтому проверка погрешности ТН заключается в сопоставлении суммарной мощности подключённой нагрузки с допустимой, ука­занной в паспорте ТН, позволяющей ему работать в заданном классе точности.

Кроме того, сечение жил кабелей от ТН до места установки защит должно обеспечить падение напряжения:

в цепях релейной защиты — не более 3%;

в цепях измерительных приборов — не более 1,5%;

в цепях расчётных счётчиков — не более 0,25%.

 

 

7. Измерение коэффициента трансформации.

Одной из необходимых проверок трансформатора напряжения при новом включении является проверка коэффициента транс­формации и соответствия его паспортным данным и требованиям проекта. К этой проверке можно приступать лишь при наличии удов­летворительных результатов измерения сопротивления изоляции и испытания масла, залитого в трансформатор.

Проверка коэффициента трансформации однофазных трансфор­маторов напряжения с номинальным первичным напряжением до 10 кВ достаточно проста (рис. 7.5, а).

Рис. 7.5. Схемы измерения коэффициента трансформации трансформато­ров напряжения:

а — однофазного; б — трехфазного с пулевым выводом; в — трехфазного без нулевого вывода; г — сигнальной обмотки пятистержневого трансформатора

 

Для этого на первичную обмотку высокого напряжения однофаз­ного трансформатора напряжения через регулирующее устройство подается напряжение переменного тока 220 или 380 В, которое кон­тролируется вольтметром класса 0,5 или 1.

К выводам вторичной обмотки низкого напряжения подключает­ся вольтметр такого же класса с небольшими пределами измерений. Отношение показаний вольтметров соответствует коэффициенту трансформации данного трансформатора напряжения.

Для измерения коэффициента трансформации трехфазного трансформатора напряжения на первичные обмотки подается сим­метричное трехфазное напряжение до 380 В (рис. 7.5, в). Между двумя фазами первичной обмотки и аналогичными фазами вторичной об­мотки производятся при этом измерения напряжения вольтметром.

Если трехфазный трансформатор соединен в звезду с нулевым выводом на первичной и вторичной сторонах, то измерение коэф­фициента трансформации можно производить так же, как и у одно­фазного, подавая напряжение на фазу и ноль (рис. 7.5., б).

У пятистержневого трансформатора напряжения измерение ко­эффициента трансформации обмотки, соединенной в звезду, не отличается от аналогичного измерения для двухобмоточного транс­форматора. Особенность заключается в измерении коэффициента трансформации обмотки, соединенной в разомкнутый треугольник.

Так как соединение фаз этой обмотки произведено внутри бака, а наружу выведены только концы а_л и x_д то для проверки коэффици­ента трансформации необходимо, подав напряжение на первичную обмотку, закоротить на ноль обмотку одной фазы первичной обмот­ки (рис. 7.5, г). В этом случае отношение первичного напряжения к измеренному на зажимах, а_д х_д будет соответствовать определяемому коэффициенту трансформации дополнительной обмотки.

Для трансформаторов напряжения 35 кВ и выше пользоваться методом прямого измерения коэффициента трансформации трудно, так как напряжение на вторичной обмотке получается незначитель­ным, и это влияет на точность измерения. В таких случаях коэффи­циент трансформации проверяется методом сравнения.

При этом методе сравниваются напряжения на вторичных об­мотках двух проверяемых однофазных трансформаторов напряже­ния. Для этого первичные обмотки их соединяются параллельно (рис. 7.5, д) и на вторичную обмотку одного из них подается номи­нальное (фазное) напряжение. Напряжение, измеренное на вто­ричной обмотке второго трансформатора, должно точно совпасть с напряжением, подаваемым на первый трансформатор, если коэффи­циенты испытываемых трансформаторов одинаковы. Измеряя при этой проверке ток намагничивания и сравнивая его с заводскими данными, можно судить об исправности обмоток и стали трансфор­матора напряжения.

При таких испытаниях следует иметь в виду, что на первич­ных выводах трансформаторов напряжения появляется высокое напряжение.

Определите погрешность в коэффициенте трансформации по формуле:

где К_TVном—номинальный коэффициент трансформации (по паспорт­ным данным); К_TVизм — рассчитанный коэффициент трансформации.

Где U₁,U₂ — измеренное в опыте соответственно напряжение первич­ной и вторичной обмоток трансформатора напряжения, кВ.

6. Испытание повышенным напряжением промышленной частоты.

Приложение повышенного напряжения к испытываемому обо­рудованию позволяет выявить дефекты изоляции, которые нельзя обнаружить ни одним другим видом испытаний. Если изоляция ис­пытываемого оборудования выдерживает повышенное напряжение, значительно превышающее номинальное, можно быть уверенным, что изоляция будет выдерживать не только номинальное напряже­ние, но и возможные при эксплуатации перенапряжения.

Испытание повышенным напряжением проводят в последнюю очередь - после выполнения всех остальных видов измерений и ис­пытаний. Нельзя проводить это испытание, если имеются види­мые дефекты изоляции или изоляция и состояние не соответствуют нормам.

Вначале проверяют работу схемы до подключения испытываемо­го оборудования, плавно поднимая напряжение несколько больше испытательного. Убеждаются в правильной сборке испытательной схемы, нормальной работе регулятора напряжения, измерительных приборов и другого оборудования.

Затем снижают напряжение до нуля, отключают испытательную установку и заземляют ее со стороны высшего напряжения, под­ключают к ней испытываемое оборудование, снимают заземление и, убедившись, что регулятор напряжения находится в начальном по­ложении, при котором выходное напряжение имеет минимальное значение, включают автомат и плавно поднимают напряжение, под­водимое от сети к испытательному трансформатору, а, следователь­но, и к испытываемому оборудованию. При этом скорость подъема напряжения до 30—40% испытательного не нормируется, а в даль­нейшем подъем напряжения должен проводиться со скоростью, не превышающей 2—3% испытательного напряжения в секунду.

Когда будет достигнуто заданное значение испытательного напря­жения на испытываемом оборудовании, его поддерживают в течение времени, достаточного для осмотра всей изоляции, находящейся под действием испытательного напряжения.

Продолжительность испытания трансформаторов напряжения — 1 минута.

Значения напряжений при испытании изоляции первичных об­моток приведены в табл. 7.3.

Таблица 7.3