Последовательность выполнения работы. 1. Перед испытанием выполнить следующее:

1. Перед испытанием выполнить следующее:

а) установить требуемое расстояние (2,5 мм) между электродами;

б) промыть фарфоровый сосуд с электродами сухим чистым маслом;

в) залить в промытый сосуд такое количество испытываемого масла (около 400-500 г), чтобы слой масла, покрывающий электроды, был не 

менее 15 мм.

г) выдержать вылитое в сосуд масло в течение 10 мин. для того, чтобы пузырьки воздуха всплыли на поверхность, температура масла должна быть 15-35⁰С;

д) отвернуть на 2 – 3 оборота пробку генераторного устройства, чтобы дать возможность маслу свободно изменяться в объеме:

г) заземлить аппарат прилагаемым к нему проводом заземления;

д) подсоединить к сети 220 В с помощью прилагаемого кабеля питания.

2. Испытания производить в такой последовательности.

2.1. Открыть крышку аппарата, установить ячейку с жидким диэлектриком и закрыть крышку.

2.2. Включить ключ сети (~).

 При этом должна загореться подсветка зеленого сигнала, а стрелка измерительного прибора может находиться в одном из следующих положений:

а) стрелка измерительного прибора стоит на нуле, горит подсветка желтого сигнала;

б) стрелка измерительного прибора находится в движении к нулю (выключена кнопка ((0  );

в) стрелка измерительного прибора стоит не на нуле;

2.3. Включить кнопку (0 ←) для возврата стрелки измерительного прибора в нулевое положение (если при включении сети она стояла не на нуле). При этом должна загореться подсветка желтого сигнала.

2.4. Включить кнопку (0) для подготовки автоматического возврата стрелки измерительного прибора в нулевое положение после каждого пробоя диэлектрика.

2.5. Включить кнопку высокого напряжения () по истечение 10 мин. после заполнения ячейки жидким диэлектриком, при этом должна загореться подсветка красного сигнала и погаснуть желтого. Измерительный прибор в момент пробоя показывает величину пробивного напряжения диэлектрика.

2.6. Дождаться возврата стрелки измерительного прибора в нулевое положение (после пробоя диэлектрика), загорится желтый сигнал, отключить сетевой выключатель, открыть крышку и из зазора между электродами и с самих электродов при помощи чистой сухой стеклянной трубки или пластинки, не повреждающей поверхности электродов, осторожно удалить твердые продукты разложения (частицы сажи). При этом следует избегать возникновения пузырьков воздуха в испытываемом диэлектрике. Для последующих испытаний высокое напряжение выключают не ранее, чем через 5 мин. после исчезновения случайно образовавшихся пузырьков воздуха. Всего для одной пробы жидкого диэлектрика должно быть проведено шесть пробоев.

2.7 Испытание масла произвести 6 раз.

На основании результатов шести пробоев, руководствуясь методикой изложенной в приложении 2, вычислить среднее значение пробивного напряжения, которое принимают за действительное значение. Интервал между пробоями (5 – 10 мин.) контролируют по часам.

2.8 Отчет о выполненной работе.

Результаты измерений и вычислений записать в таблицу 4.1.

Таблица 4.1

U1	U2	U3	............	U 6		σ	β	U мин	Uмакс

 

Требования техники безопасности

Запрещается:

- Прерывать повышение испытательного напряжения в интервале 60 – 70 кВ путем выключения электродвигателя на время не более, чем 20 сек., т.к. первичная обмотка трансформатора не рассчитана на длительное протекание по ней тока холостого хода генераторного устройства при указанных величинах напряжения.

- Включать высокое напряжение, если не установлены в аппарат изоляционный барьер и ячейка с жидким диэлектриком.

- Не допускается работать на аппарате при напряжении выше 70   кВ.   При достижении во время испытания указанной величины, не обходимо отключить аппарат сетевым ключом.

- Работать на аппарате без штатного заземления.

- Работать на аппарате без диэлектрического коврика.

4.5 Контрольные вопросы

1 Какие применяются в технике высоких напряжений жидкие диэлектрики и в каких ЭУ?

2 Назовите основные характеристики жидких диэлектриков и дайте их сравнительную оценку.

3 Дайте объяснение физических явлений в жидких диэлектриках под действием сильного электрического поля.

4 В результате каких процессов возникает пробой в жидких диэлектриках?

5 Поясните какие факторы обуславливают старение изоляционного масла?

6 Как осуществляется контроль за состоянием изоляционных масел в процессе эксплуатации?

7 Почему при стандартном испытании масла берут среднее из шести значений пробивного напряжения, а не удовлетворяются одним-двумя значениями?

8 Какие и в каких электрических установках применяют жидкие диэлектрики?

9 Почему и как изменяется диэлектрическая прочность масла при содержании в нем воды и других примесей?

10. Как влияет на электрическую прочность масла большое число следующих друг за другом пробоев?

Лабораторная работа № 5

Тема: ИЗМЕРЕНИЕ ТАНГЕНСА УГЛА ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ ТРАНСФОРМАТОРНОГО МАСЛА

Цель работы

изучение методики и устройства для измерения тангенса угла диэлектрических потерь в условиях действующей подстанции, выработка навыков оценки состояния изоляции по тангенсу угла диэлектрических потерь.

Теоретические положения

Тангенс угла диэлектрических потерь tg δ – важнейший параметр изоляции. От величины tg δ зависят потери в диэлектрике. Измерение tg δ изоляции электрооборудования проводится во время плановых отключений и ревизий. Возрастание tg δ  в процессе эксплуатации происходит в результате общего старения изоляции и может привести к тепловому пробою.

    Величина диэлектрических потерь

P = U ² ωC tg δ,                                               (5.1)

где U – действующее значение испытательного переменного напряжения; ω – угловая частота; С – емкость изоляции; δ – угол диэлектрических потерь.

Тангенс угла диэлектрических потерь представляет собой отношение активной составляющей тока, протекающего в изоляции, к реактивной составляющей

                             ,                                                  (5.2)

где δ – угол между векторами полного тока и реактивной составляющей тока в векторной диаграмме токов в изоляции (рис.5.1).

іа

і

іс

с

іа

R

і

Ú

іс

δ

Ú

Рис.5.1 Схема замещения и векторная диаграмма токов и изоляции

 

 

       

Увеличение тангенса угла потерь обусловлено увлажнением изоляции, ионизацией газовых включений и расслоением изоляции, поверхностным загрязнением изоляции. Значение tg δ также зависит от температуры, испытательного напряжения, его частоты.

Тангенс угла диэлектрических потерь – удельная величина, характеризующая диэлектрические потери в единице объема изоляции. Поэтому его существенное возрастание наблюдается только при увеличении потерь в значительной части объема изоляции. Если же потери возросли в малой части объема изоляции, то tg δ изменится незначительно.

Покажем это для случаев параллельного и последовательного расположения диэлектриков с различными значениями тангенса угла диэлектрических потерь (рис.5.2).

С2;

V2;

V1;

V1;

V2;

С1;

С1;

С2;

tg δ1;

tg δ1;

tg δ2;

tg δ2;

Рис.5.2 Параллельное и последовательное расположение диэлектриков

 

В первом случае (параллельное раположение)

                            .                                         (5.3)

Если объем V 2 значительно меньше объема V1, то и С2<<С1. Тогда

                             .                                           (5.4)

Из (формулы 5.4) следует, что результирующий тангенс угла потерь будет незначительно превышать тангенс угла потерь основного объема изоляции. При последовательном расположении слоев

                        .                                    (5.5)

Если слой с повышенным значением тангенса угла потерь имеет незначительную толщину, то С₂>>С₁. В этом случае

                            .                                            (5.6)

Так как С₂>>С₁, то tg δ tg δ ₁.

По этой причине достоверность результатов изменения тангенса угла диэлектрических потерь применительно к неоднородной композиционной изоляции соблюдается при общем старении (увлажнении) изоляции. Указанные соображения справедливы для силовых трансформаторов, вводов, трансформаторов тока.

При влажности твердой изоляции менее 3% при 20-30^оС определяющее значение при изменении тангенса угла потерь изоляции имеют характеристики трансформаторного масла. При измерении tg δ изоляции и сравнении его значений с заводскими данными необходимо учитывать влияние температуры изоляции при измерениях.

Для изоляции силовых трансформаторов температурный пересчет производится по формуле

.

Значения k ₁ - приведены в таблице 5.1. Состояние изоляции оценивается по абсолютной величине tg δ.

Таблица 5.1.

	5	10	15	20	25	30	35	40	45	50
k 1	1,15	1,31	1,51	1,75	2	2,3	2,65	3	3,5	4

 

Для ввода для бумажно-масляной изоляцией на 150-220 кВ tg δ при монтаже и после капитального ремонта не должен превышать 0,8%. Для вводов 380-500 кВ эти значения соответственно 0,7 и 0,5%. Для силовых трансформаторов значения tg δ при монтаже не должны превышать 130% паспортного значения.

В условиях эксплуатации существует емкостная связь между объектом испытания, измерительным устройством и неэкранированными токоведущими частями работающего оборудования. Измерительные устройства имеют достаточно надежную экранировку, но токи емкостной связи (токи влияния) могут проходить через систему измерительного устройства, называя погрешности измерений.

На рисунке 5.3 ток влияния I_вл, величина котрого определяется  работающим оборудованием (РО), протекает через емкость объекта измерения С_х. Пунктиром обозначена схема измерительного моста.

Свл Iвл

РО

Сх

Iх

RЗ

10 кВ

R4

C4

CNIN

Рис.5.3. Влияние работающего оборудования на измерительный мост

 

 

Ток влияния I _вл вследствие того что R З<< , практически полностью замыкается через сопротивление R З и источник питания моста. Поэтому при равновесии моста ток в сопротивлении R З будет I_x + I _вл, а не I _{х .} Равновесие моста достигается при условии (I_x + I _вл) R _з= I_NR _{4 ,}  что приводит к ошибочной оценке измерительной величины tg δ_и.

Влияние тока I _вл иллюстрируется векторной диаграммой на рис.5.4. При уравновешивании в мостовой схеме протекает сумма токов I _х и I _вл, имеющих фазовые сдвиги относительно друг друга. Следовательно, при отсчете будет измерено некоторое фиктивное значение tg δ' или tg δ".

Iвл

Iвл

Iх

Iх1

Iх2

IN

U

Рис.5.4. Диаграмма равновесия моста с учетом внешних влияний

 

 

      

    Для устранения влияния можно прибегнуть к способу двух отсчетов. Для этого производится два измерения при фазах испытательного напряжения, отличающихся на 180^о, что достигается изменением полярности питания испытательного трансформатора при втором измерении.

Для расчета tg δ_х берется среднеарифметическое значение отдельных результатов

                                                                                  (5.7)

или более точно

                                                                          (5.8)

Погрешность измерения не постоянна и зависит от фазы тока влияния по отношению к току объема. Она характеризуется коэффициентом влияния

,

где ω – частота испытательного напряжения; С_х – емкость испытуемого объекта; U _ном – испытательное напряжение.

Для устранения погрешностей при измерении tg δ используют также метод совмещения фаз токов влияния I _вл и объекта I _х. Подгонку фазы осуществляют специальным регулятором, включенным в цепь питания испытательного трансформатора. Процесс измерения проводят по методике, указанной в таблице 5. 2.

 

 

 

Таблица 5.2.

Номер операции	Напряжение, питающее испытательный трансформатор	Положение ручек мостовой схемы и фазорегулятора			Записываемые значения
		С4  (tg δ)	R3	Фазорегулятор
1	От фаз 1 и 2 после фазорегулятора	0	Изменяя R3 и фазу фазорегулятора, балансируют мост		R3 '
2	От фаз 2-1 (изменение полярности на 180^о)	Изменяя С4 (tg δ) и R 3, балансируют мост		Остается в фиксированном положении после операции 1	tg δ^" и R3 ^"
3	От фаз 2-1 (изменение полярности на 180^о)	Устанавливают положение      tg δ1=	Изменяя R3 и фазу фазорегулятора, балансируют мост		R3 ' "
4	От фаз 1-2	Изменяя С4 (tg δ) и R 3, балансируют мост		Остается в фиксированном положении после операции 3	tg δ^" " и R^" "

Истинное значение tg δ_х и С_х подсчитывается таким образом:

 

,

где

tg δ₁= ;              tg δ₂=

 

                                         .

Данный метод дает наименьшие погрешности при измерении в условиях внешних влияний.

 

Экспериментальная установка

Тангенс угла диэлектрических потерь изоляции электрооборудования измеряют с помощью моста Р-595 (или Р-5026). Схема испытательной установки изображена на рисунке 5.5.

γ

S1

SF

γ

φ

К1

Т1

V

Т2

Cх

R4

CN

R3

Рис.5.5. Схема экспериментальной установки

C4

 

 

 Она включает: фазорегулятор, автотрансформатор Т1 типа ЛАТР, высоковольтный трансформатор Т2 типа НОМ-10 и мост. Одним плечом моста является емкостью испытываемого объекта С_х, вторым – образцовый конденсатор без потерь С _N, третьим- магазин сопротивлений R ₃. Четвертое плечо моста состоит из постоянного сопротивления R ₄. Четвертое плечо моста состоит из постоянного сопротивления R ₄ и магазина емкостей С₄. Нуль индикатором служит транзисторный усилитель со стрелочным прибором на выходе.

Особенность моста Р-595(Р-5026) – возможность измерения по нормальной и перевернутой схемам. В первом случае оба электрода испытываемого объекта изолированы от земли, во втором – один из электродов заземлен (см.рис. 5.6, 5.7).

При измерении по перевернутой схеме измерительная часть моста находится под высоким напряжением. Конструкция моста предусматривает изоляцию измерительной части от заземленного корпуса и обеспечивает безопасность обслуживания.

При измерении тангенса угла диэлектрических потерь необходимо с помощью экранированных кабелей, входящих в комплект моста, собрать нормальную или перевернутую схему измерений в зависимости от особенностей испытываемого объекта. После этого закрывается дверь защитного ограждения, за которым расположены испытываемый объект, трансформатор НОМ-10 и эталонный конденсатор С _N.

Включением автомата SF подается напряжение на регулировочный автотрансформатор. Плавно повышая напряжение, контролируемое с помощью вольтметра, включенного со стороны НН трансформатора НОМ-10, устанавливают необходимое значение испытательного напряжения.

Симметрирование моста выполняется измерением величин R ₃ и С₄. Из условия равновесия моста следует, что

                                                                                 (5.9)

В мостах R₄=10⁴/π, или 3184 Ом. Тогда при ω=314 tgδ = C ₄ · 10⁶.

Таким образом, tgδ численно равен емкости С₄, выраженной в микрофарадах. Шкалы С₄ указывают значение tgδ в процентах. Емкость испытываемого объекта

                                                                              (5.10)

Для смены испытываемого объекта необходимо снизить напряжение до нуля, выключить автомат и рубильник видимого разрыва и открыть дверь ограждения. При этом размыкаются блок-контакты в цепи питания электромагнита контактора К, исключающего возможность подачи напряжения на обмотку НОМ-10.

В случае электростатических влияний измерение диэлектрических потерь проводится в последовательности, указанной в таблице 5.2.

  Основные характеристики моста переменного тока Р-5026 Мост переменного тока Р-5026 предназначен для измерения емкости и тангенса угла диэлектрических потерь высоковольтной промышленной изоляции (изоляторов, вводов, конденсаторов, трансформаторов, машин-двигателей, генераторов, компенсаторов и т.п. объектов) в эксплуатационных условиях, непосредственно на месте установки оборудования; для лабораторных измерений емкости и тангенса угла диэлектрических потерь различных электроизоляционных материалов и конденсаторов при частоте 50 Гц.

Мост предназначен для эксплуатации в условиях умеренного климата в закрытых сухих отапливаемых помещениях при температуре окружающего воздуха от 10 до 35⁰С и относительной влажности 80% (при 25⁰С) и в закрытых неотапливаемых помещениях при температуре окружающего воздуха от 10 до 40⁰С и относительной влажности 90% (при 30⁰С).

 Пределы измерения емкости и тангенса угла диэлектрических потерь, пределы допускаемой основной погрешности измерения емкости и тангенса угла диэлектрических потерь, пределы рабочего напряжения приведены в таблице 5.3.

С^* - числовое значение емкости, пФ

С и tg δ – измеренное значение емкости и тангенса угла диэлектрических потерь.

Устройство моста Р-5026 и принцип работы приведены в приложении 3

 

 

 

Пределы измерения		Пределы допускаемой основной погрешности измерения		Пределы рабочего напряжения, кВ	Схема измерения	Диапазон рабочих температур, ^0С
Сх, пФ	tg δx	Сх, %	tg δx
1000-10000	5×10^-3-1,0	±/2,5+ /	±/0,05tgδ+3×10^-3/	3-10	Прямая и перевернутая	От–10 до +40
10^4-10^5
10^5-10^6
650-2×10^5	5×10^-3-1,0	±2,5	±/0,05tgδ+3×10^-3/	<0,1	прямая	От–10 до +40
6500-2×10^6	5×10^-3-1,0
2×10^6-5×10^8

Таблица 5.3

 

                                                                                                          

 

 

НИ

А

D

В

С

Рр2

R4

R3

Рр1

С4

С0

Тр

~

Рис. 5.6 «Прямая» схема на ВН

    С_х

 

 

Рис. 5.7 «Перевернутая» схема на ВН

НИ

А

D

В

С

Рр2

R4

R3

Рр1

С4

С0

Сх

Тр

~

 

 

Рр1, Рр2 – высоковольтные разрядники

С₀-емкость образцового конденсатора

С_х- емкость испытываемого конденсатора

НИ – нуль-индикатор (микроамперметр)

R3 –сопротивление ряда R3

С4 – емкость ряда С4

R4 – сопротивление на переключатели R4