Контрольные вопросы
Профилактические испытания изоляции трансформатора – это необходимые плановые проверки. Они необходимо для избежание пробоев изоляции, обуславливающихся старением изоляции, а, следовательно, авариям и необходимым после этого внеплановым проверкам.
2. Какие мероприятия необходимо провести после того, как изоляция забракована по одному или нескольким показателям качества?
После этого необходима срочная замена изоляции. Например – масла в трансформаторе. Также могут быть необходимы изменения условий, которые могут повлиять на качество изоляции – такие как влажность или температура.
3. Какое влияние могут оказать воздушные включения на сопротивление и tg δ изоляции?
Воздушные включения непосредственно влияют на геометрические размеры изоляции. Угол δ же зависит непосредственно от геометрических размеров изоляции. А изменение угла δ будет влиять и на коэффициент геометрических потерь.
4. Как изменится tg δ при увлажнении изоляции? Дать объяснения.
При увлажнении изоляции, величина tg δ возрастет. Объясняется это тем, что он сам по себе, как отношение активной составляющей тока к реактивной, в своей сути являет в себе коэффициент позволяет определить наличие дефектов в изоляции. А увлажнение, как известно, дефектом и является.
5. Объяснить увеличение емкости изоляции при ее увлажнении.
Увлажнение изоляции приводит к снижению ее активного сопротивления, повышению диэлектрических потерь и в конечном счете увеличение реактивной составляющей сопротивление – которая выражается ёмкостью. Все это ведет к быстрому старению и выходу из строя, поэтому при выполнении пусконаладочных работ уделяется большое внимание оценке степени увлажнения изоляции, особенно аппаратов с волокнистой изоляцией.
6. С какой целью производится испытание изоляции электрооборудования высоким напряжением?
Это необходимо для испытания изоляции оборудования без его непосредственного включения в энергосистему, что могло бы привести к аварийному режиму не только самого оборудования, но и всем системы в целом. В целом, такое испытание проводят с целью определения запаса электрической прочности изоляции, а также для обнаружения дефектов, не выявленных с помощью предыдущих испытаний.
5.6. Сушка изоляции электрических машин.
Сушка изоляции производится путем нагревания машины и выдерживания ее в нагретом состоянии в течение определенного времени. Для этого применяют нагрев от постороннего источника, метод индукционных потерь, метод тока короткого замыкания и др. В качестве постороннего источника используют сушильный шкаф, обдув горячим воздухом или облучение инфракрасными лучами. Метод индукционных потерь требует наложения специальной обмотки поверх корпуса двигателя и пропускания по ней переменного тока. Для нагрева двигателя током короткого замыкания его ротор затормаживают и прикладывают к нему пониженное напряжение.
В начальный период сушки сопротивление изоляции снижается, затем начинает увеличиваться и и через некоторое время стабилизируется. Сушку прекращают, когда сопротивление остается неизменным в течение 3 – 5 часов.
5.7. Испытание изоляции повышенным напряжением
производят для проверки ее электрической прочности.
Величины испытательного напряжения промышленной частоты приведены в таблице.
Номинальное напряжение, кВ
Испытательное напряжение, кВ
Напряжение следует повышать плавно, продолжительность испытания -1 минута. Изоляция считается выдержавшей испытания, если в течение 1 минуты не произошло пробоя и ток оставался неизменным.
Рис.5.8. Схема испытания изоляции обмотки повышенным переменным напряжением.
Схема испытания изоляции повышенным напряжением приведена на рис.5.8.
Питание регулировочного трансформатора Т1 желательно производить от линейного напряжения (для устранения влияния гармоник, кратным трем, которые могут вызвать появление пиков напряжения). Мощность повышающего трансформатора Т2 зависит от емкости испытуемых обмоток по отношению к корпусу и обычно не превышает 1 кВА. Сопротивление R служит для ограничения тока в случае пробоя изоляции. Воздушный промежуток шарового разрядника F регулируют на величину пробивного напряжения, превышающего испытательное не более, чем на 10%.
5.8. Проверка параметров асинхронного двигателя.
Опыт холостого хода производят при номинальном напряжении без нагрузки на валу. При этом измеряют три напряжения, три тока и активную мощность. Ток и активные потери холостого хода сравнивают с паспортными. Повышенный ток холостого хода часто является следствием увеличенного воздушного зазора. Активные потери холостого хода включают в себя потери в стали и обмотке статора и механические потери. Наиболее частыми причинами их увеличения являются дефекты магнитопровода, зажатые подшипники, слишком мощная крыльчатка вентилятора.
Опыт короткого замыкания асинхронного двигателя производят обычно при пониженном напряжении. При этом ротор затормаживают с помощью уравновешенного рычага с динамометром (рис.5.9 ), измеряют пусковой ток, напряжение, активную мощность, усилие F и рассчитывают пусковой момент Мп = F * L.
Рис.5.9. Измерение пускового момента двигателя
Если двигатель рассчитан на прямой пуск, то пусковые ток и момент приводят к номинальному напряжению и сравнивают с паспортными. Допустимые отклонения составляют -15% для пускового момента и +20% для пускового тока.
5.2. Длительная электрическая прочность внутренней изоляции
В эксплуатации на внутреннюю изоляцию оборудования энергосистем одновременно воздействуют электрические, тепловые, механические и другие нагрузки. Они неизбежно вызывают в изоляции сложные процессы, следствием которых является постепенное ухудшение свойств изоляции, именуемое старением.
Электрическая прочность при длительном приложении напряжения характеризует способность изоляции выдерживать рабочее напряжение в течение определенного срока службы и численно определяется напряжением (напряженностью электрического поля), приводящим к разрушению изоляции к концу заданного отрезка времени. В процессе длительной эксплуатации происходит старение изоляции, которое выражается в уменьшении кратковременной электрической прочности и ухудшении других электрофизических характеристик изоляции.
Основными причинами ухудшения внутренней изоляции являются:
1) электрическое старение вследствие развития частичных разрядов при перенапряжениях или при рабочем напряжении;
2) тепловое старение и окисление изоляции;
3) увлажнение изоляции.
Практическое значение процессов старения состоит в том, что они ограничивают сроки службы изоляционных конструкций. В связи с этим при разработке и изготовлении высоковольтного оборудования, а также при организации его эксплуатации должны предусматриваться меры, снижающие темпы старения изоляции до такого уровня, при котором обеспечивается требуемый срок службы изоляционных конструкций (обычно, 20-30 лет и более).
Изменения свойств внутренней изоляции в процессе эксплуатации происходят за счет энергии, которая передается изоляции от источников внешних нагрузок. При разных видах нагрузки она сообщается изоляции в разной форме, поэтому вызывает различные по содержанию процессы. Соответственно различают электрическое, тепловое и механическое старение изоляции. Кроме того, старение внутренней изоляции может быть обусловлено проникновением в нее из окружающей среды загрязнений, в частности влаги.
В реальных условиях эксплуатации процессы старения, вызванные разными внешними нагрузками, протекают одновременно, влияя сложным образом друг на друга. Закономерности старения внутренней изоляции при одновременном воздействии нескольких нагрузок пока еще в должной мере не изучены.
Основной причиной электрического старения многих видов изоляции являются частичные разряды. Старение изоляции, пропитанной жидкими диэлектриками, прежде всего проявляется в разрушении и изменении физико-химических характеристик пропитывающего состава, которое сопровождается выделением газа, увеличением проводимости и tg. В последующем возникают разрушения твердой фазы: электрокартона, изоляционной бумаги или синтетической пленки. Эти процессы при интенсивном протекании завершаются пробоем изоляции.
5.3. Срок службы изоляции
С увеличением напряжения, приложенного к изоляции любого типа, темпы электрического старения возрастают, а сроки службы соответственно уменьшаются. Зависимость срока службы от значения воздействующего напряжения U в широком диапазоне значений может иметь сложный характер. Для области относительно малых средних сроков службы (от единиц часов до 10 -10 ч) экспериментально установлена зависимость следующего вида:
где А — постоянная, значение которой зависит от свойств изоляции;
n — показатель степени, зависящий от конструктивных особенностей изоляции и рода воздействующего напряжения (рис.5.1). Например, для бумажно-масляной изоляции с резконеоднородным электрическим полем (конденсаторного типа) при напряжении промышленной частоты n = 48, а при постоянном напряжении n = 912;
для маслобарьерной изоляции со слабонеоднородным электрическим полем n = 5080.
Рис. 5.1. Зависимость среднего срока службы внутренней изоляции от воздействующего напряжения
Для области больших сроков службы (более 10 ч) количество экспериментальных данных сравнительно невелико из-за большой стоимости и продолжительности экспериментов. Установлено, что по мере снижения напряжения U сроки службы в области 2 увеличиваются быстрее, чем следует из (5.7), а ниже некоторого напряжения становятся неограниченно длительными. Такому ходу зависимости соответствует выражение
Срок службы изоляционной конструкции любого типа при заданном напряжении является величиной случайной.
Испытание изоляции повышенным выпрямленным напряжением
Принципиальная схема установки для испытания изоляции повышенным выпрямленным напряжением показана на рис. 10.10.
Рисунок 10.10 — Схема испытания изоляции повышенным выпрямленным напряжением
Сущность испытания повышенным выпрямленным напряжением заключается в том, что выпрямленное напряжение подается к испытуемому образцу через микроамперметр. Напряжение постепенно повышают до величины испытательного и выдерживают в течение 10 минут, записывая ежеминутно показания с микроамперметра (мкА). Прибор микроамперметр должен быть снабжен устройством, полностью шунтирующим его. Это исключит его повреждение бросками емкостного тока — Iи тока абсорбции — при заряде и разряде испытуемого объекта. На электрической схеме показаны три участка возможного включения измерительного прибора. На первом участке 1 схемное включение прибора наиболее несовершенно. На втором 2 и третьем 3 участках необходимо применять экранированные провода от прибора до объекта. При испытательных напряжениях до 50 кВ можно применять однополупериодную схему выпрямления (рис. 10.11), а при более высоких напряжениях, рекомендуются схемы удвоения напряжения (рис. 10.12).
Рисунок 10.11 — Схема испытания изоляции однополупериодным выпрямленным напряжением
Несимметричная схема (рис. 10.12,б) используется при испытании конструкций с одним заземленным электродом.
а – симметричная схема удвоения напряжения; б – несимметричная схема удвоения напряжения
Рисунок 10.12 — Принципиальные схемы испытания изоляции повышенным выпрямленным напряжением
Распределение напряжения в изоляции при приложении постоянного и переменного напряжений различно. При постоянном напряжении распределение напряжения после стабилизации тока определяется проводимостями слоев, а при переменном — главным образом, частичными емкостями. Вследствие разницы в распределении напряжения, в общем случае неправильно заменять испытания постоянным напряжением испытаниями переменным напряжением.
Достоинства метода испытания изоляции повышенным выпрямленным напряжением:
— общее ослабление изоляции рассмотренные методы обнаруживают одинаково, но чувствительность метода испытания выпрямленным напряжением выше;
— лучшая избирательность выпрямленного напряжения ко многим видам местных дефектов изоляции (проколы, порезы);
— при испытании изоляции выпрямленным напряжением практически полностью отсутствует опасность повреждения ее вследствие ионизации газовых включений, т.к. при воздействии постоянного напряжения по краям газовых включений за доли секунды возникают объемные заряды, создающие обратное поле и способствующие гашению начавшейся ионизации.
К недостаткам метода можно отнести следующие:
— нельзя испытывать витковую изоляцию электрических машин;
— если последовательно с вышедшим из строя элементом изоляции включено большое сопротивление, то повреждение при испытании может и не обнаружиться;
— выпрямленное напряжение может вызвать такие химические, а возможно и электрические реакции, которые не имеют места при испытаниях переменным напряжением. В жидкостях может возникнуть перераспределение заряженных частиц, в результате чего испытание может дать более благоприятную картину, чем в действительности.
Испытаниям выпрямленным напряжением подвергают конденсаторы сглаживающих устройств и электрические кабели.
Испытание изоляции импульсным напряжением
В последнее время начинают исследовать электрическую прочность изоляции импульсным напряжением, аналогичным по форме воздействующим перенапряжениям. Для этой цели используют затухающие высокочастотные колебания или импульсы большой длительности до 1 мс. Пока такие испытания имеют чисто исследовательский характер, однако можно ожидать, что в будущем они найдут широкое применение. При испытании импульсным напряжением используют импульсы одного знака и комбинированное воздействие.
Достоинства данного метода:
— эффективно выявляет дефекты типа щелей и продольных расслоений в пазах электрических машин;
— достаточно четко определяет дефекты в корпусной и витковой изоляции;
— уменьшается «стареющее» действие на изоляцию по сравнению с переменным напряжением.
Итак, данный вид испытания сочетает в себе все преимущества выпрямленного и переменного напряжений.
Основной недостаток данного метода состоит в том, что трудно установить, был ли пробой изоляции при испытании или нет, т.к. изоляция при некоторых условиях обладает способностью восстанавливать импульсную прочность после частичного или полного пробоя.
Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями: