Глава IX
Основные измерения при испытании выключающих аппаратов высокого напряжения
§ 51. Измерения в лаборатории мощности отключения
Схема измерений в лаборатории мощности отключения показана на рис. 160. Схема измерения позволяет при помощи катодного осциллографа записать напряжение на дуге, горящей в выключателе, и восстанавливающееся напряжение.
Рис. 160. Схема измерений лаборатории мощности отключения:
ЗВ — защитный выключатель; ОВ — оперативный выключатель; L— индуктивность токоограничивающего реактора; ИВ — испытуемый выключатель; ТТ — трансформатор тока; TH — трансформатор напряжения; ДН — делитель напряжения; ДД — датчик давления: Р — регистратор хода контактов ИВ; СВ — соленоид включения ИВ; СО — соленоид отключения ИВ; ПАУ — прибор автоматического управления опытом.
Рис. 161. Щит для сборки схемы измерений при испытаниях:
1 — основа щита из диэлектрика (литая эпоксидная смола); 2 — вертикальные шинки; 3 — горизонтальные медные шинки) 4 — перемычка; 5 — клеммы.
В этом случае напряжение измеряется при помощи омического делителя напряжения ДН, а не трансформатора напряжения, так как напряжение на дуге несинусоидально и не может трансформироваться (в течение полупериода оно практически постоянно), а восстанавливающееся напряжение имеет высокую частоту и трансформируется измерительным трансформатором с большими погрешностями. Восстанавливающееся напряжение подводится к ординатным пластинам осциллографа непосредственно от делителя напряжения, так как его величина достаточна для отклонения луча. Напряжение на зажимах дуги имеет значительно меньшую величину и поэтому подводится к ординатным пластинам через ламповый усилитель. Когда гаснет дуга в выключателе и напряжение дуги переходит в восстанавливающееся напряжение, которое во много раз больше, наступает насыщение лампового усилителя. В связи с этим напряжение на выходе усилителя не увеличивается во столько же раз, а только в 2-3 раза, что допустимо по условию изоляции отклоняющих пластин осциллографа. При этом луч, который записывает напряжение на дуге, уходит за пределы экрана и не мешает записи восстанавливающегося напряжения.
На магнитном (девятишлейфовом) осциллографе записываются:
а) ток короткого замыкания при помощи трансформатора тока ТТ 2 000/5 а, который представляет проходной одновитковый трансформатор тока и дает достаточно точные измерения переходного тока;
- ток короткого замыкания при помощи ТТ-600/5 — трансформатора тока катушечного типа (ТКФ), который дает более точные измерения установившегося тока;
- восстанавливающееся напряжение при помощи трансформатора напряжения TH 35/0,1 кВ. Это позволяет измерить с большой точностью восстанавливающееся напряжение промышленной частоты, а также судить о ходе процесса гашения дуги в выключателе. В этом случае можно также определить фазу включения короткозамыкателя, так как напряжение записывается и перед появлением тока короткого замыкания;
- давление в баке или камере выключателя при помощи датчика вдавления ДД;
- показания регистратора хода контактов выключателя Р. Эти показания необходимы для получения зависимости хода контактов от времени, т. е. для определения скорости движения контактов и расстояния между ними в любой момент времени. Регистратор состоит из неподвижного диска с ламелями и соединенной с подвижными частями выключателя щетки. При отключении или включении выключателя щетка движется по ламелям и разрывает или замыкает цепь тока, проходящую через магнитный осциллограф. При этом на осциллограмме записываются прямоугольные импульсы, по расстоянию между которыми судят о скорости движения контактов и о расстоянии между контактами;
- ток в соленоиде включения ИВ, протекающий от ПАУ через магнитный осциллограф. Если соленоид включения СВ требует слишком большого тока, которого не может дать ПАУ, то устанавливается промежуточный контактор и тогда ток от ПАУ протекает через магнитный осциллограф и катушку включения контактора;
- ток в соленоиде отключения ИВ. Знание величины и формы этих токов необходимо для улучшения конструкции приводов выключателя, а также для определения причины несрабатывания выключателя.
При испытаниях требуется измерять различные величины, поэтому при изменении характера испытания надо заново собирать схему измерений. Для экономии времени и удобства измерений применяется специальный щит (типа "Швейцарский коммутатор"). Щит (рис. 161) состоит из изолированных друг от друга вертикальных и горизонтальных медных шинок. К вертикальным шинкам присоединяются выводы всех ТТ и TH, оперативные напряжения 110, 220 и 6в, а также соленоиды включения и отключения. К горизонтальным шинкам присоединены несколько выходных цепей ПАУ и шлейфы магнитного осциллографа. Соединение шинок в месте пересечений при помощи специальной перемычки позволяет собрать схему измерений и управления измерениями.
Особенности осциллографирования апериодической составляющей тока короткого замыкания при больших токах отключения
Осциллографирование токов, содержащих апериодическую составляющую, имеет некоторые особенности. Использование трансформаторов тока с железом для осциллографирования апериодической составляющей встречает трудности в связи с быстрым насыщением железа трансформатора, что вызывает большие погрешности измерения. Стремление к уменьшению погрешностей приводит к неоправданному увеличению размеров трансформатора тока с железом. Для получения напряжений, находящихся в фазе с током, и его производной применялись активные и реактивные шунты, включаемые в цепь испытательного тока. Измерения при помощи шунтов давали хорошие результаты в лабораторных измерениях при величине токов короткого замыкания до 20 ка. С ростом испытательного тока включение шунтов в цепь испытания выключателя стало нецелесообразным ввиду следующих обстоятельств:
- трудность создания шунтов с достаточной устойчивостью к термическим и электродинамическим воздействиям при весьма больших испытательных токах;
- увеличение потерь и затухания в цепи испытательного тока;
- увеличение помех от синхронизирующего устройства, присоединенного к цепи испытательного тока (см. рис. 132, 136). Измерение весьма больших токов переходного режима, как показали опыты ВЭИ, можно с достаточной точностью производить с помощью воздушных трансформаторов тока без железа (ВТТ). Получаемая на вторичной обмотке ВТТ э. д. с. пропорциональна производной тока, которая затем интегрируется контуром Напряжение на емкости такого контура усиливается при помощи лампового усилителя и записывается электромагнитным осциллографом. Рассмотрим основные параметры ВТТ, разработанного ВЭИ.
Расчет основных параметров ВТТ
Рассмотрим в качестве примера воздушный трансформатор тока (ВТТ), для которого, расчетный измеряемый ток равен 200 ка при 12 кВ. Минимальную величину измеряемого тока можно выбрать равной Юка, так как меньшие значения тока можно измерять при помощи трансформатора с железом. Мгновенное значение напряжения вторичной обмотки ВТТ
Пробои изоляции в обмотке возможны из-за появления пиков при срезах токов. Усиление же изоляции в месте стыка крайних витков обмотки нарушает симметрию тока, что увеличивает погрешность измерения. Вторичная обмотка ВТТ выполняется из провода высокого сопротивления. Величина этого сопротивления должна быть достаточной для интегрирования производной с заданной постоянной времени при замыкании обмотки на емкость С (рис. 162). Так как полное сопротивление вторичной обмотки
ВТТ равно 516 ком, то для получения постоянной времени интегрирования, равной 1 сек, вторичную обмотку ВТТ надо замкнуть на емкость
Вторичная обмотка с высоким сопротивлением дает возможность избежать опасных для изоляции напряжений на стыках слоев. Кроме того, при этом исключается влияние емкости подводящего кабеля, значительная длина которого увеличивает погрешность измерения. Кабель, соединяющий выводы ВТТ с интегрирующей емкостью С (рис. 162), для защиты от помех экранируется. Измерительная цепь ВТТ градуируется введением в цепь вторичной обмотки калибровочной э. д. с. Во время градуировки заземленная жила кабеля отсоединяется от заземляющего провода и в рассечку подключается источник калиброванного напряжения промышленной частоты. Для измерения токов при помощи ВТТ применяется усилитель постоянного тока с такими параметрами: ток на выходе — до 70 ма, крутизна преобразования — порядка 130 ма/в, входное сопротивление — более 2 Мом.
