ГЛАВА СЕДЬМАЯ
ВЫБОР ИСПЫТАТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
7-1. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ИЗОЛЯЦИИ НАПРЯЖЕНИЕМ ПРОМЫШЛЕННОЙ ЧАСТОТЫ
Испытательные трансформаторы 50 Гц
Верхний предел испытательного напряжения 50 Гц для силовых трансформаторов определяется наибольшим испытательным напряжением нейтрали ВН, допускающей ее разземление.
Согласно ГОСТ 1516-60 предельное значение нормированного испытательного напряжения нейтрали ВН составляет 200 кВ для класса напряжения обмотки ВН 220 кВ. Поэтому для испытания внутренней изоляции трансформаторов отечественного производства приложенным напряжением 50 Гц верхний предел испытательного напряжения не превышает 200 кВ.
Если в производственной программе завода предусмотрен выпуск трехобмоточных трансформаторов с РПН на стороне СН (в линии) класса напряжения 220 кВ, то для отдельного испытания переключателя приложенным напряжением 50 Гц потребуется испытательное напряжение 400 кВ.
Таблица 7-1
Выдерживаемое напряжение (при плавном подъеме) для внешней изоляции изоляторов (вводов), испытываемых отдельно
При типовом испытании внешней воздушной изоляции трансформаторов (на макете) верхний предел требуемого испытательного напряжения определяется выдерживаемым напряжением изоляции ввода, значения которого для классов напряжения 110—500 кВ приведены в табл. 7-1.
Обычно типовое испытание внешней изоляции трансформаторов (на макетах) производится в лаборатории высокого напряжения ведущего завода.
Мощность испытательного трансформатора зависит от испытательного напряжения Uисп и зарядного тока Iс испытываемого объекта, т. е. от зарядной мощности Qc, определяемой согласно (6-11).
В табл. 7-2 даны зарядные токи Ic и зарядные мощности Qc при испытании приложенным напряжением 50 Гц в зависимости от испытательного напряжения Uисп и емкости С испытываемого объекта.
Из данных табл. 7-2 следует, что для испытания трансформаторов со значительной емкостью обмоток (трансформаторы большой мощности) при испытательном напряжении 85 кВ зарядный ток может превышать 0,5 а, при испытательном напряжении 200 кВ зарядный ток может быть более 2 а. Поэтому для испытания трансформаторов большой мощности испытательные трансформаторы 50 Гц рекомендуется выбирать с номинальным током не менее 1 а.
При испытательном напряжении 85 кВ обычно применяют испытательные трансформаторы типа ИОМ-100/25 с обмоткой ВН на 100 кВ, 0,25 а или типа ИОМ-100/100 на номинальный ток 1 а.
При испытательном напряжении 200 кВ и емкости испытываемой обмотки не более 30 000 пф можно применять испытательный трансформатор типа ИОМ-300/300 с обмоткой ВН на 300 кВ, 1 а.
Зарядные токи и зарядные мощности в зависимости от испытательного напряжения 50 Гц и емкости испытываемого объекта
Таблица 7-3
Технические характеристики однофазных испытательных трансформаторов
При одноминутном испытании напряжением 200 кВ можно допустить двукратную перегрузку током обмотки ВН без сокращения срока службы испытательного трансформатора.
Если же зарядный ток может превышать 2 а, рекомендуется применять трансформатор типа ИОМ-600/300 с номинальным током ВН на 2 а.
В табл. 7-3 приведены технические характеристики однофазных масляных испытательных трансформаторов, выпускаемых Электрозаводом.
В табл. 7-4 указаны номинальные напряжения вторичной обмотки (ВН) и номинальные мощности трансформатора типа ОМ-33/35 в зависимости от схемы питания первичной обмотки (рис. 7-1).
Напряжение короткого замыкания трансформатора ОМ-33/35, указанное в табл. 7-3, относится к номинальной мощности 20 кВА. Для других отпаек первичной обмотки напряжение короткого замыкания соответственно увеличивается.
Испытательные трансформаторы нормальной серии ИОМ допускают непрерывную работу при номинальном токе вторичной обмотки в зависимости от ее напряжения в течение времени: 
Трансформаторы облегченной серии типа И'ОМ-100/25 допускают длительную работу при напряжении вторичной обмотки 67% номинального и токе 0,6 номинального.
Таблица 7-4
Номинальное напряжение вторичной обмотки и номинальная мощность трансформатора типа ОМ-33/35
Рис. 7-1. Однофазный трансформатор типа ОМ-33/35, 20 кВА, 36—2,5/0,2 кВ.
А и X — вводы ВН, а и х1-х6 — вводы НН.
Режим работы испытательных трансформаторов специального исполнения указывается заводом- изготовителем.
Испытательные трансформаторы серии ИОМ с двумя вторичными номинальными напряжениями имеют первичную обмотку, состоящую из двух параллельных цепей. Номинальные мощности этих трансформаторов указаны в табл. 7-3 для параллельного соединения цепей первичной обмотки. При последовательном соединении мощности и вторичные напряжения уменьшаются вдвое.
б) Регулировочные трансформаторы
На испытательных станциях, оборудуемых трехфазными синхронными генераторами, питание испытательных трансформаторов 50 Гц обычно предусматривают от этих генераторов при условии достаточной мощности короткого замыкания генератора в однофазном режиме работы или же предусматривают отдельные однофазные генераторы (см. § 6-3,в).
При питании испытательных трансформаторов от сети 50 Гц для регулирования испытательного напряжения можно применять вспомогательные трансформаторы (автотрансформаторы) с плавным или мелкоступенчатым регулированием напряжения.
Наиболее удобным по условиям регулирования напряжения является питание испытательного трансформатора от синхронного генератора. В условиях испытательной станции выделение подходящего генератора обычно не представляет затруднений.
Для питания испытательных трансформаторов типа ИОМ-300 или ИОМ-500 от сети 50 Гц можно использовать однофазные регулировочные трансформаторы с подвижной первичной обмоткой типа «Шубтрансформатора» (ГДР) с плавным регулированием напряжения под нагрузкой. Однако такие трансформаторы отечественная промышленность не изготовляет.
В табл. 7-5 приведены технические характеристики однофазных сухих и масляных автотрансформаторов с передвижной короткозамкнутой катушкой для плавного регулирования напряжения. Эти автотрансформаторы изготовляются Электрозаводом.
Автотрансформаторы типа АОСК и АОΜΚ из-за простоты и удобства обслуживания нашли широкое применение на испытательных установках, не имеющих синхронных генераторов. Хотя они имеют значительный ток холостого хода, доходящий до 30—35% номинального, однако при питании испытательных трансформаторов от сети 50 Гц через эти автотрансформаторы большой ток холостого хода является скорее преимуществом, а не недостатком, так как этот ток частично компенсирует емкостную нагрузку испытательного трансформатора на стороне питания.
При питании испытательной установки от сети через автотрансформатор типа АОСК или АОМК нельзя выполнить в полном объеме методические указания ГОСТ 1516-60 при плавном повышении или понижении испытательного напряжения.
Согласно ГОСТ 1516-60 скорость подъема напряжения до 40% испытательного может быть произвольной, дальнейшее повышение напряжения производят плавно до полного значения со скоростью порядка 3% испытательного напряжения за 1 сек. После выдержки времени (обычно 1 мин) напряжение плавно снижают в течение времени порядка 5 сек до значения 25% или менее испытательного, после чего цепь размыкают. Эти методические указания нельзя выполнять при регулировании напряжения автотрансформаторами типа АОСК или АОМК.
У существующих промышленных типов автотрансформаторов с плавным регулированием напряжения изменение отрегулированного напряжения в пределах от 10 до 100% номинального требует времени около 1 мин при работе от моторного привода. На ручном приводе время увеличивается почти вдвое.
Таблица 7-5
Технические характеристики однофазных сухих и масляных автотрансформаторов с плавным регулированием напряжения
Следовательно, без изменения кинематики механизма передвижения подвижных катушек этих трансформаторов скорость регулирования испытательного напряжения не будет удовлетворять требованиям ГОСТ 1516-60*.
Пример. На испытательной установке 100 кВ с питанием от сети 50 Гц через автотрансформатор типа АОМК для плавного повышения испытательного напряжения 85 кВ от 40 до 100% потребуется время
Согласно ГОСТ 1516-60 требуется соответственно 20 и 5 сек.
В табл. 7-6 приведены технические характеристики однофазных автотрансформаторов (регуляторов) с мелкоступенчатым регулированием напряжения, которые применяются на испытательных установках малой мощности от 0,5 до 10 кВА.
У регуляторов серии РНО-250 съем отрегулированного напряжения производится передвижными графитовыми контактами, скользящими по поверхности оголенных витков обмотки автотрансформатора. От многократных толчков тока со временем происходит ухудшение контактного соприкосновения, что может нарушить нормальную работу регулятора.
в) Испытательные подпорные трансформаторы
Подпорные трансформаторы применяют при испытании частично, индуктированным напряжением главной изоляции обмоток ВН (СН) однофазных и трехфазных трансформаторов (автотрансформаторов).
Испытание подпорным напряжением требуется в следующих случаях:
- При испытании однофазных автотрансформаторов по схеме на рис. 6-7,б подпорное напряжение необходимо для повышения или понижения испытательного напряжения на линейном конце обмотки СН до нормированной величины. При этом подпорное напряжение не должно превышать испытательного напряжения нейтрали автотрансформаторных обмоток.
* В § 113 ГОСТ 1516-60, по-видимому, не учтены случаи питания испытательных трансформаторов от сети 50 гц через автотрансформаторы с плавным регулированием напряжения, Этот параграф, очевидно, будет пересмотрен. Впредь до пересмотра рекомендуется в необходимых случаях просить разрешения Комитета стандартов на отступление от требований § 93 ГОСТ 1516-60.
Таблица 7-6
Технические характеристики однофазных автотрансформаторов с мелкоступенчатым регулированием напряжения
* В знаменателе ток нагрузки указан при напряжении сети 127 в.
** При регулировании напряжения в двух отдельных цепях ток нагрузки снижается до 50% номинального.
*** Допускается в течении не более 1 ч.
Кроме того схема на рис. 6.8,в применяется на Запорожском трансформаторном заводе (ЗТЗ) при испытании средней фазы двухобмоточных трансформаторов с двумя концентрическими обмотками ВН для снижения (до расчетного значения) напряжения на обмотке ВН внутреннего концентра [Л. 31].
- При испытании по схемам на рис. 7-2 и 7-3 трехфазных трехобмоточных трансформаторов с трехстержневым магнитопроводом и классом напряжения обмотки ВН выше 110 кВ подпорное напряжение применяется для снижения испытательного напряжения между фазами до нормированного значения. При этом подпорное напряжение не должно превышать испытательного напряжения для нейтрали (обычно 85 кВ).
Мощность подпорного трансформатора, требуемая для испытания частично индуктированным напряжением, зависит от величины испытательного подпорного напряжения Uпод и зарядного тока, т. е. от зарядной мощности Qc в цепи ВН подпорного трансформатора.
Рис. 7-2. Схема испытания средней фазы трехфазного трансформатора частично индуктированным напряжением.
а — схема испытания с «подпором» нейтрали ВН; б — диаграмма напряжений по обмоткам относительно земли; Р — шаровой разрядник; r — токоограничивающее сопротивление.
В табл. 7-7 приведены величины подпорного напряжения, требуемые при испытании частично индуктированным напряжением трехфазных трансформаторов различных серий по новому типажу (см. приложение 1).
Таблица 7-7
Кратности возбуждения kв и подпорные напряжения Uпод, требуемые при испытании трехфазных и однофазных трансформаторов и автотрансформаторов
Рис. 7-3. Схема испытания частично индуктированным напряжением обмоток ВН и СН фазы А автотрансформатора типа АТДТН-60000/220/110 с РПН в нейтрали.
Испытание трехфазных трехобмоточных трансформаторов с бронестержневым магнитопроводом (с разветвленной магнитной цепью) производится пофазно при закороченных обмотках неиспытываемых фаз по схеме на рис. 6-7,а или б. При испытании частично индуктированным напряжением по схеме на рис. 6-7,б величина подпорного напряжения определяется так же, как и при испытании однофазных автотрансформаторов.
Зарядную мощность, требуемую от подпорного трансформатора, можно определить по формуле
Пример. Требуется испытать индуктированным напряжением 225 Гц главную изоляцию линейных концов обмоток ВН и ОН однофазного автотрансформатора предельной мощности типа АОДЦТ-417000 /500/220 со следующими данными.
Номинальная мощность — 417000 кВА; номинальное напряжение обмоток
а)
Рис. 7-4. Схема пофазного испытания индуктированным напряжением изоляции обмоток ВН и СН трехфазного автотрансформатора с выведенными нейтралями отдельных фаз.
а — испытание фазы В; б — диаграмма напряжений по обмоткам относительно земли.
Испытательные напряжения обмоток: линейный конец обмотки ВН — 700 кВ·, то же обмотки СН — 400 кВ; общей нейтрали — 200 кВ; обмотки НН — 35 кВ.
Емкость обмоток ВН+СН относительно корпуса и обмотки НН — 17500 пф.
Для испытания имеется следующее оборудование:
- трехфазный генератор повышенной частоты 7500 кВА, 6,4 кВ, 225 кц;
- трехфазный трехобмоточный промежуточный трансформатор типа ТМС-7500/35 номинальной мощностью 7500 кВА и номинальными напряжениями обмоток 2Х1/6,3—11/2Х1,9 кВ;
- трехфазный двухобмоточный промежуточный трансформатор типа ТМС-5600/110 с номинальными напряжениями обмоток 135/3,8—6,6 кВ, с испытательным напряжением нейтрали ВН 230 кВ, который может быть использован в качестве подпорного трансформатора. Емкость обмотки ВН 7 500 пф.
Определить:
- расчетную величину испытательного на. пряжения на линейном конце обмотке СН при испытании по схеме на рис. 6-7,а линейного конца ВН напряжением 700 кВ;
- расчетные величины испытательных напряжений на линейных концах ВН и СН при испытании по схеме на рис. 6-7,б и подпорном напряжении 130 кВ;
- зарядную мощность, требуемую от подпорного трансформатора при испытании по схеме на рис. 6-7,б.
Решение. 1. При испытании линейного конца обмотки ВН по схеме на рис. 6-7,а кратность возбуждения
При соединении обмоток ВН и СН промежуточного трансформатора соответственно на номинальные напряжения 22 и 6,3 кВ с коэффициентом трансформации
расчетное напряжение на генераторе будет:
Из рассмотренного примера и данных табл. 7-7 видно, что для получения подпорных напряжений в требуемом диапазоне необходимо иметь однофазный испытательный трансформатор специального исполнения, номинальной мощностью не более 500 кВА, со вторичной обмоткой на испытательные напряжения от 150 до 30 кВ.
Вторичные напряжения трансформатора типа ИОМ-300/300 на 150/75 кВ при работе через промежуточный автотрансформатор 6,3/5,5—4,8—3,6—2,3 кВ
Первичная обмотка трансформатора, рассчитанная на 6,3 кВ, должна иметь отпайки аналогично первичной обмотке испытательного трансформатора типа ОМ-33/35 (рис. 7-1) для получения на вторичной обмотке испытательных напряжений в диапазоне согласно табл. 7-7.
Можно также использовать однофазный трансформатор типа ИОМ-300/300 (табл. 7-3) номинальной мощностью 500 кВА и номинальным вторичным напряжением 150/75 кВ в комплекте с однофазным автотрансформатором специального исполнения, проходной мощностью соответственно падающей мощности испытательного трансформатора и номинальными напряжениями 6,3/5,5— 4,8—3,6—2,3 кВ. Указанный комплект позволяет получить требуемые подпорные напряжения согласно табл. 7-8.
Ввиду отсутствия однофазных испытательных трансформаторов специального исполнения на требуемые подпорные напряжения на испытательных станциях обычно применяют трехфазные промежуточные трансформаторы номинальной мощностью 5 600 или 15 000 кВА (§ 7-2). Эти трансформаторы при значительном удорожании и усложнении испытательной установки все же не могут обеспечить получение всего диапазона подпорных напряжений на одном трансформаторе. Применение таких трансформаторов в качестве подпорных может быть оправдано только в тех случаях, когда они требуются и для других испытаний, например для испытаний индуктированным напряжением трансформаторов с обмоткой НН на 38,5 кВ и выше или для опыта холостого хода двухобмоточных автотрансформаторов с обмоткой НН класса напряжения 110 или 150 кВ.
г) Устройства для измерения высокого напряжения
Измерение высокого напряжения промышленной частоты производят согласно ГОСТ 1516-60 при помощи вольтметра низкого напряжения класса 0,5, проградуированного по шаровому разряднику, или другим устройством, измеряющим амплитудное значение высокого напряжения.
Вольтметр низкого напряжения включают на стороне НН испытательного трансформатора непосредственно или через измерительный трансформатор, а шаровой разрядник включают параллельно испытательному объекту.
Градуировка вольтметра производится при включенном объекте испытания и напряжении около 80—90% испытательного. Кроме градуировки, шаровой разрядник служит также для защиты испытываемого объекта и установки от случайных перенапряжений, например при пробое изоляции испытываемого объекта, при самовозбуждении питающего генератора или при ошибочных манипуляциях испытателя.
Шаровые разрядники изготовляются с горизонтальным или вертикальным расположением шаров. Горизонтальное расположение (рис. 7-5) обычно применяют для шаров диаметром до 25 см и в редких случаях до 75 см. При диаметре шаров свыше 75 см, как правило, шары располагаются вертикально.
Для обеспечения правильных измерений основные размеры шарового разрядника должны находиться в определенном соотношении с диаметром шара.
Эти соотношения согласно [Л. 32] даны в табл. 7-9 и показаны на рис. 7-6.
Рис. 7-5. Эскиз шарового разрядника типа ШР-250.
Рис. 7-6. Предельные размеры основных элементов вертикального и горизонтального шаровых разрядников согласно рекомендациям МЭК.
а — вертикальный шаровой разрядник с шарами диаметром 100 см; б — то же, но горизонтальный с шарами диаметром 25 см. 1 — изоляционная опора; 2 — держатель (стержень), на который насажен шар; 3 — механизм управления и его максимальные размеры; 4 — провод высокого напряжения с последовательно включенным защитным сопротивлением; 5 — экран для равномерного распределения поля и его максимальный размер; Р — разрядная точка (точка искрообразования) изолированного от земли шара; А — расстояние точки Р от заземленной плоскости; В — радиус сферы, внутри которой не должны находиться посторонние предметы; Х — плоскость, за которую провод не должен переходить в пределах сферы радиуса В, имеющей центр в точке Р; S — промежуток между шарами (равен радиусу шара).
В табл. 7-10 даны согласно ГОСТ 1516-60 пределы измеряемых напряжений, квдейст, для разрядника с одним заземленным шаром при нормальных атмосферных условиях (атмосферное давление 760 мм рт. ст. и температура окружающего воздуха 20°С).
Таблица 7-9
Соотношение между диаметром шара и расстояниями до заземленных предметов, стен
Устройство для прямого измерения амплитуды испытательного напряжения промышленной частоты состоит из емкостного делителя высокого напряжения с амплитудным вольтметром, градуированным при синусоидальной форме кривой напряжения.
В качестве емкостного делителя напряжения применяют образцовые конденсаторы, воздушные или наполненные сжатым газом (азот или углекислота) под давлением до15 ат.
Образцовые конденсаторы типа MCF Дрезденского завода Т и R (ГДР), наполненные углекислотой при давлении 12 ат, изготовляются для рабочих напряжений до 600 кВ.
Таблица 7-10
Пределы измеряемых напряжений разрядника с одним заземленным шаром при нормальных атмосферных условиях
На рис. 7-7 показан внешний вид и принципиальная схема конденсатора типа MCF, а в табл. 7-11 приведены по каталожным данным технические характеристики конденсаторов типа MCF.
Рис. 7-8. Устройство типа WMUT1 для измерения амплитудного значения высокого напряжения. Схема внешних соединений устройства с образцовым конденсатором. С — образцовый конденсатор; S — разрядник для защиты от перенапряжений на образцовом конденсаторе; М — приставка устройства; EV — электростатический вольтметр.
Таблица 7-11
Технические характеристики конденсаторов типа MCF
Комплектно с образцовым конденсатором завод может поставить устройство типа WMUT1 для измерения амплитудного напряжения. Устройство состоит:
- из электростатического вольтметра с квадрантной измерительной системой класса точности 0,5 со шкалой на 250 в.макс. Габаритный размер 245х185 мм. Вес - 2,4 кг.
- приставки с элементами управления и изменения пределов измерения прибора. Габаритный размер 300 x 240 мм. Вес - 4 кг. Схема внешних соединений устройства с образцовым конденсатором показана на рис. 7-8.
