Испытание повышенным напряжением. Источники высокого напряжения

В процессе эксплуатации изоляция электротехнических устройств стареет, ее электрическая прочность снижается и время жизни уменьшается. Особенно способствуют старению температурные, механические и электрические воздействия. Старение изоляции происходит неравномерно. Неоднородность изоляции и внешних воздействий приводят к тому, что скорость процессов старения на разных участках неодинакова. Образуются места, которые имеют значительно меньшую электрическую прочность, чем здоровая изоляция. В большинстве случаев (например, у электрических машин) причиной аварии являются пробои изоляции в местах образования сосредоточенных дефектов. Чтобы предотвратить аварийные повреждения, изоляцию периодически испытывают повышенным напряжением для выявления опасных дефектов и для проверки наличия необходимого запаса электрической прочности изоляции.

Испытание повышенным напряжением гарантирует также, что изоляция оборудования имеет нужный уровень прочности по отношению к перенапряжениям, возникающим в эксплуатации.

Испытательное напряжение должно прикладываться к изоляции в течение времени, достаточном для развития частичных разрядов и даже развития разряда до пробоя. В то же время при длительном приложении повышенного напряжения электрическая прочность изоляции резко снижается. На практике применяют одноминутные испытания напряжением промышленной частоты 50 Гц.

Эффективность испытания определяется величиной испытательного напряжения. При малом напряжении дефекты не выявляются, а при чрезмерно высоком могут пробиться те участки изоляции, которые не пробились бы в эксплуатации. Испытательное напряжение нормируется.

При выпуске с завода готовых изделий испытание повышенным напряжением является основным видом испытания изоляции. Испытательные напряжения для разных типов оборудования определены действующими стандартами. При профилактических испытаниях в процессе эксплуатации величина испытательного напряжения должна составлять ~ 0,75 от величины заводского испытательного напряжения.

Испытание повышенным напряжением проводится на переменном, постоянном и импульсном напряжениях.

Для получения высоких переменных напряжений применяются однофазные высоковольтные испытательные трансформаторы на напряжение до U_Н = 1200 кВ. На большие напряжения используют каскадное соединение трансформаторов (U_Н = 2200 кВ и более).

Особенностью испытательных трансформаторов являются:

1) кратковременность работы;

2) отсутствие атмосферных перенапряжений;

3) наличие бросков тока и резких спадов напряжения при пробоях и перекрытиях испытуемых объектов.

Как правило, между обмотками низкого (2) и высокого (3) напряжений (рис. 7.19) расположен медный разрезанный экран 4, соединенный с баком трансформатора. Экран предназначен для защиты обмотки низкого напряжения от наведения высоких потенциалов при резких изменениях напряжения со стороны высоковольтной обмотки.

На напряжение более 1200 кВ применяется каскадное включение трансформаторов. Каскады трансформаторов обычно состоят из 2-3 высоковольтных испытательных трансформаторов, соединенных последовательно (см. рис. 7.20). Поскольку один вывод обмотки трансформатора соединен с корпусом, то корпус каждого последующего трансформатора находится под высоким напряжением предыдущего трансформатора. Следовательно, все последующие трансформаторы, кроме первого, должны быть изолированы от земли и друг от друга.

Рис. 9.21 – Конструкция однофазного трансформатора: 1 - магнитопровод; 2 - обмотка низкого напряжения; 3 - обмотка высокого напряжения; 4 - экран медный; 5 - барьер электроизоляционный; 6 - шайбы электроизоляционные

Рис. 9.22 – Упрощенная схема соединения каскада трансформаторов: 1-3 - высоковольтные трансформаторы; 4 - опорные изоляторы

Для испытания изоляции высоковольтного электрооборудования грозовыми и коммутационными импульсами используются генераторы импульсных напряжений (ГИН).Грозовые воздействия воспроизводятся стандартными импульсами напряжения: полной и срезанной волнами. Стандартные импульсы (1,2/50 или 2,0) можно получить на установке, схема которой приведена на рис. 7.21.

Рис. 9.23 – Принципиальная электрическая схема ГИН с односторонней зарядкой: Т - высоковольтный трансформатор; V- диод; R_защ - сопротивление для ограничения зарядного тока; R₁-R₂₀ – зарядные сопротивления;F₁-F₁₁ -искровые промежутки; С - емкости ступени ГИН; С_п - "паразитные" емкости; R_ф, С_ф - фронтовые сопротивление и емкость; R_p - разрядное сопротивление; R_Н - сопротивление нагрузки

Зарядка емкостей С производится параллельно, а разряжаются они последовательно, что приводит к сложению зарядных напряжений ступеней. Для обеспечения практически одинаковой зарядки всех конденсаторов до U₀ необходимо соблюдать условие: R₁...R₂₀<<R_защ При напряжении U₀ пробивается только F₁. Емкость разряжается в контуре С -R₂ – F₁, но R₂ большое (десятки кОм). В первый момент разрядка идет по С - С_п – F₁ (Х_с = 1/ωС, со - круговая частота порядка мегагерц, следовательно, Х_с - малое). С_п быстро заряжается до U₀. Тогда к F₂ приложено удвоенное зарядное напряжение U₀, поэтому F₂ может иметь расстояние в 2 раза больше, чем F₁ и т. д.

Для регулирования параметров импульса напряжения и получения стандартной волны используются элементы: R_ф - фронтовое сопротивление, С_ф - фронтовая емкость, R_P - разрядное сопротивление.

Длину фронта формируют С_ф и R_ф, длину импульса – R_P+R_H совместно

(9.9)

где С_гин – емкость генератора импульсов, состоящая из последовательно включенных емкостей С Изменение амплитуды импульса регулируется изменением расстояния между шаровыми электродами F₁ F₂, ..., F₁₀. Промежуток F₁₁ служит для отделения зарядной емкости ГИН от нагрузки при зарядке конденсаторов постоянным напряжением, чтобы исключить воздействие постоянного зарядного напряжения на нагрузку.

ГИН используется для испытания изоляции высоковольтного оборудования. Внутренняя изоляция испытывается приложением трех полных импульсов и трех срезанных импульсов положительной и отрицательной полярности.