ИЗОЛЯЦИИ ВЫСОКОВОЛЬТНОГО КАБЕЛЯ

Испытательное напряжение, кВ

для жилы кабеля №

Цель работы – практическое освоение методов испытания изоляции высоковольтного кабеля.

Общие сведения. В задачу профилактических испытаний изоляции кабеля входит своевременное выявление развивающихся дефектов для предупреждения повреждения кабеля в эксплуатации.

Дефекты в электрической изоляции подразделяют на сосредоточенные и распределенные. Для их выявления проводят комплекс испытаний, включающий:

1) измерение сопротивления изоляции кабеля;

2) измерение тангенса угла диэлектрических потерь tg δ;

3) испытание изоляции повышенным напряжением.

Для уяснения смысла и метода испытаний удобно все виды поляризации разделить по значению времени релаксации на мгновенную, быструю и медленную. К мгновенным видам поляризации относятся электронная, длительность установления которой 10^–15 с, и ионная, имеющая несколько большую длительность – 10^–13 с.

Поляризацию, связанную с неупругим перемещением ионов, относят к быстрой, так как установление процесса длится до нескольких миллисекунд. К медленным видам поляризации относятся миграционная и межслоевая, чье время установления может достигать нескольких минут.

Наличие в изоляции дефектов увеличивает ее неоднородность и, как следствие, изменяет время процесса поляризации, что и может служить оценкой состояния изоляции.

Наиболее простым и распространенным способом проверки состояния изоляции кабеля является измерение сопротивления изоляции с помощью мегомметра. К достоинствам измерения сопротивления изоляции мегомметром относятся: простота метода, способность выявления грубых дефектов в электрической изоляции типа металлических замыканий, отражение состояния увлажнения изоляции. Степень увлажнения изоляции характеризуется коэффициентом абсорбции:

К_абс = ,

где R₁₅ и R₆₀ – сопротивления изоляции, измеренные соответственно через 15 и 60 с после подачи напряжения на изоляцию.

Для нормального состояния ЭИМ К_абс 1, 3.

К недостаткам данного метода можно отнести то, что сопротивление изоляции зависит от температуры и увлажнения и не существует однозначной зависимости между сопротивлением изоляции и ее электрической прочностью.

Вторым наиболее распространенным способом обнаружения общего ухудшения состояния изоляции является измерение тангенса угла диэлектрических потерь (tg ). Этот способ позволяет обнаружить общее «старение» изоляции, происходящее в результате воздействия увлажнения, перегрева, динамических нагрузок и перенапряжений.

Расчеты показывают, что появление в изоляции дефекта с объемом 0, 005 от общего объема и с tg , в 20 раз превышающим tg нормальной изоляции, приводит к увеличению общего измеряемого tg на 5%, что сравнимо с точностью измерений эксплуатационных условиях. Поэтому измерение tg позволяет надежнее выявить распределенные дефекты изоляции.

При испытании этого вида исследуют зависимость tg = f(U) в интервале приложенного напряжения (0, 5...1, 5) U_н. Если, начиная с некоторого значения приложенного напряжения 1, наблюдается значительный рост тангенса угла диэлектрических потерь 2, то это означает возникновение в толще изоляции частичных разрядов (рис. 12).

Рис. 12. Зависимость тангенса угла диэлектрических потерь от напряжения

Для измерения tg и емкости высоковольтной изоляции в условиях эксплуатации используют измеритель параметров изоляции «Тангенс 2000», который позволяет проводить измерения как по «нормальной» схеме (рис. 13), когда оба электрода испытуемой изоляции могут быть изолированы от земли, так и по «перевернутой» схеме (рис. 14), когда один из электродов заземлен.

Рис. 13. «Прямая» схема измерений

Рис. 14. «Перевернутая» схема измерений

Для последовательной схемы замещения изоляции с параметрами R_x, C_x

При частоте = 100 и сопротивлении , . Таким образом, tg численно равен емкости С₄, мкФ. С целью уменьшения погрешности измерений, возникающей из-за влияния внешних электромагнитных полей, следует производить два отсчета (tg ₁, tg ₂) с изменением фазы испытательного напряжения на 180°. Тогда tg испытуемой изоляции определяют как среднюю величину двух измерений: или как средневзвешенную: , где , – значения сопротивлений R₃, полученных при первом и втором измерениях.

К недостаткам метода контроля изоляции по параметру tg следует отнести тот факт, что этот способ не позволяет обнаружить наличие сосредоточенных дефектов в изоляции.

Сосредоточенные дефекты в изоляции кабеля выявляются в испытании повышенным напряжением. Данный вид испытаний является самым надежным из всех производимых в настоящее время испытаний, которым подвергается изоляция в процессе изготовления, эксплуатации и ремонта.

Испытания повышенным напряжением могут включать в себя испытание переменным напряжением промышленной частоты, выпрямленным и импульсным.

Сущность испытания повышенным выпрямленным напряжением заключается в том, что напряжение подается на жилы кабеля через микроамперметр. Напряжение плавно повышается до значения испытательного и выдерживается в течение 5 мин. Изоляция считается пригодной, если не происходит пробоя и ток утечки не превосходит допустимого значения.

Допустимые токи утечки твердо не устанавливаются и регламентируются инструкциями энергосистем. Испытание изоляции должно производиться в условиях, по возможности воспроизводящих электрическое поле при эксплуатации.

Испытание повышенным выпрямленным напряжением может производиться на отрезках кабелей длиной не менее 5 м. Перед вводом в эксплуатацию кабеля на номинальное напряжение 6 кВ его испытывают повышенным напряжением 24 кВ с выдержкой времени под напряжением 5 мин.

При испытании изоляции кабеля выпрямленным напряжением целесообразно производить измерение токов утечки. Их значения по отдельным фазам кабеля могут существенно отличаться друг от друга, что учитывается введением коэффициента асимметрии:

Измеренные при этом токи утечки не являются браковочными параметрами, а используются для оценки состояния изоляции и выбора норм испытательных напряжений. Например, если токи утечки у испытуемого кабеля систематически нарастают, а коэффициент асимметрии по фазам превышает 2, 5, то испытания следует проводить чаще с увеличением продолжительности до 10 мин. При этом значение испытательного напряжения поднимается вплоть до 36 кВ.

К недостаткам методов испытания изоляции повышенным напряжением можно отнести следующие:

– ослабляется изоляция (происходит ионизация газовых включений). Эти изменения со временем накапливаются и могут развиться при воздействии перенапряжений;

– возможен пробой изоляции, которая бы выдержала нормальную работу в эксплуатации;

– напряжение промышленной частоты выявляет только часть дефектов и ослаблений изоляции;

– испытательное оборудование имеет большие массо-габаритные показатели.

На практике часто появляется необходимость определить расстояние до места повреждения изоляции кабеля. Этот метод основан на следующих особенностях. В момент пробоя изоляции дефектной жилы кабеля за счет возникновения искры разряда имеет место затухающий колебательный процесс. Период колебаний Т связан с расстоянием до места повреждения и со скоростью распространения электромагнитной волны зависимостью

Программа работы

1. Измерение сопротивлений фазовой и межфазовой изоляции высоковольтного кабеля мегомметром.

2. Измерение тангенса угла диэлектрических потерь изоляции кабеля.

3. Испытание изоляции высоковольтного кабеля повышенным выпрямленным напряжением.

4. Определение места повреждения изоляции жилы кабеля.

Порядок выполнения работы

По п. 1 программы работы. Перед измерением сопротивления изоляции кабеля необходимо проверить исправность мегомметра. При замкнутых накоротко зажимах «Л» и «З» (рис. 15) при подаче напряжения стрелка прибора должна показывать ноль, при разомкнутых – < < > >.

Рис. 15. Измерение сопротивлений изоляции кабеля: а – мегомметром; б – между жилой и землей; в – между двумя жилами;

1 - жила кабеля; 2 - изоляция жилы кабеля; 3 -защитная оболочка;

4 - бандажкабеля; 5 - зажимы экрана

Соединительные высоковольтные провода необходимо располагать на весу с целью исключения шунтирования изоляции кабеля. Экранный зажим «Э» используется для исключения влияния поверхностных токов на результаты измерений. Схемы для измерения сопротивлений фазовой и междуфазовой изоляции показаны на рис. 15, б, в. Результаты измерений следует свести в табл. 10.

Таблица 10

№ жилы кабеля	Сопротивление изоляции, МОм	К_абс
без экрана	с экраном
R₁₅	R₆₀	R₁₅	R₆₀
1–2 1–3 2–3

По п. 2 программы работы. Измерение tg изоляции между жилами и землей выполняется по «перевернутой» схеме (см. рис. 3), измерение между отдельными жилами – по «нормальной» схеме (см. рис. 2).

При сборке схемы необходимо следить, чтобы все высоковольтные провода, находящиеся под испытательным напряжением, нигде не приближались к заземленным предметам ближе 100 мм.

Результаты измерений свести в табл. 11.

Таблица 11

По п. 3 программы работы. Испытания изоляции повышенным напряжением произвести с помощью высоковольтной установки. Принципиальные схемы испытаний приведены на рис. 16. Испытательное напряжение плавно поднять до 24 кВ и после выдержки в течение 5 мин измерить ток утечки через изоляцию. Результаты измерений свести в табл. 12.

Таблица 12

№ жил кабеля	U_исп,, кВ	I_ут, мкА	R_из, МОм	К_асс

Рис. 16. Схема для измерения токов утечки сквозь изоляцию

Рис. 17. Схема подключения прибора для измерения расстояния до места повреждения кабеля

По п. 4 программы работы. Прибор для измерения расстояния до места повреждения изоляции кабеля подключается по схеме, приведенной на рис. 17. Необходимо плавно поднять напряжение, зарядить жилу кабеля 5 через зарядное сопротивление 2 до напряжения срабатывания разрядника 6. При разряде производится пуск прибора 4 фронтом волны положительной полярности, попадающей на клемму П с делителя напряжения 3. Остановка прибора осуществляется фронтом волны отрицательной полярности, попадающей на клемму 0 прибора. Перед измерением необходимо произвести настройку прибора согласно инструкции.

Содержание отчета

1. Схемы испытаний.

2. Таблицы наблюдаемых и вычисленных величин.

3. График tg = f(U_исп).

4. Сравнение полученных результатов со справочными данными для высоковольтного кабеля на 6 кВ, оценить пригодность изоляции кабеля для эксплуатации.

Лабораторная работа № 6

МЕТОДЫ ПРОФИЛАКТИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ ИЗОЛЯЦИИ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН

Цель работы – изучение и практическое освоение методики проведения испытаний изоляции электрических машин.

Общие сведения. Контроль состояния изоляции электрических машин и тяговых двигателей позволяет своевременно предупредить возможность выхода из строя оборудования. Для проверки изоляции электрических машин должны быть проведены следующие виды испытаний:

1. Измерение сопротивления изоляции относительно корпуса машины.

2. Испытание на степень увлажнения изоляции.

3. Испытание на ионизационные процессы.

4. Испытание витковой изоляции.

5. Испытание электрической изоляции повышенным напряжением.

1. Измерение сопротивления изоляции является наиболее простым и распространенным средством проверки ее состояния. Измеряя сопротивление изоляции мегомметром, можно обнаружить пробой электрической изоляции, ее сильное загрязнение, общее увлажнение изоляции, посторонние предметы на токоведущих частях.

Измеренное сопротивление изоляции электрических машин при температуре, близкой к рабочей, должно удовлетворять условию

где U – номинальное напряжение машины, В;

R_из – сопротивление изоляции, МОм;

Р – номинальная мощность электрической машины, кВА.

Сопротивление изоляции машины практически не поддается расчету, поэтому по измеренному абсолютному значению R_изтрудно судить о ее состоянии.

При контроле изоляции вместо анализа абсолютных значений целесообразно производить сравнения с данными предыдущего измерения и, если сопротивление изоляции уменьшилось на 25% и более, то изоляцию следует считать поврежденной.

Этот вид испытаний следует рассматривать не как профилактическое испытание, а лишь как контрольное испытание перед включением электрической машины в работу, имеющее целью проверить отсутствие случайного замыкания обмотки на корпус.

2. Существенное влияние на характеристики изоляции электрических машин оказывает процесс увлажнения. Степень увлажнения изоляции может быть определена по значению коэффициента абсорбции К_абс, тангенсу угла диэлектрических потерь tg и сопоставлением емкостей изоляции при различных частотах – методом «емкость – частота». Во внешнем электрическом поле в изоляции происходит медленная миграция носителей заряда, характеризующая перемещение свободного заряда абсорбции. После отключения источника питания емкость изоляции разряжается на сопротивление утечки по закону

где R_n – объемное сопротивление изоляции; С_n – емкость изоляции.

При увлажнении R и постоянная времени уменьшаются. Это обстоятельство используется для оценки состояния изоляции.

На основании опыта эксплуатации принято считать изоляцию сухой, если

Метод контроля tg угла диэлектрических потерь базируется на явлении, возникающем в диэлектрике под действием слабых электрических нолей, электрической поляризации. Процесс поляризации в реальных диэлектриках сопровождается рассеянием энергии – диэлектрическими потерями. Контроль этих потерь (tg ) является наиболее распространенным способом обнаружения общего ухудшения состоянии изоляции. Увеличение потерь свидетельствует об увлажнении, появлении неоднородностей между слоями, возникновении частичных разрядов.

Метод «емкость–частота» основан на том, что емкость неувлажненной изоляции с изменением частоты почти не изменяется, в то время как в увлажненной изоляции процессы поляризации протекают достаточно быстро. Это существенно сказывается на диэлектрической проницаемости и, в конечном счете, на емкости образца.

При измерении емкости в функции частоты приложенного напряжения для влажной изоляции достаточно резко проявляется перепад емкостей при частотах f₁ = 2 Гц и f₂ = 50 Гц. Для сухой изоляции этот перепад практически не заметен. Опытным путем установлено, что для неувлажненной изоляции отношение С_f₁/С_f₂ близко к 1, а для увлажненной, требующей сушки, – C_f₁/C_f₂> 1, 3. Таким образом, по коэффициенту K_f= C_f₁/C_f₂ можно судить о степени увлажнения изоляции образца.

3. По современным представлениям, пробой изоляции электрических машин при длительном воздействии напряжения имеет ионизационный характер, т. е. обусловлен постепенным разрушением изоляции частичными разрядами. Частичные разряды представляют собою электрические локализованные разряды в микрообластях пор изоляции тяговых электрических машин. Они могут обнаруживаться при напряжениях, существенно меньших пробивного значения.

Поскольку в миканитовой изоляции имеется большое число воздушных включений, то при приложении к ней напряжения, особенно переменного, разряды происходят весьма часто и в питающей цепи образуются непрерывные высокочастотные несинусоидальные колебания тока (рис. 18). Амплитуда импульса тока, вызываемого частичным разрядом, зависит от размера воздушного включения. Измеряя импульсы тока, можно оценить состояние изоляции и относительные размеры воздушных включений. По рекомендации МЭК для оценки интенсивности ЧР используется понятие о кажущемся заряде. При возникновении в воздушном включении ЧР происходит нейтрализация заряда Q, а в изоляции возникают переходные процессы. При этом на изоляции наблюдается скачкообразное изменение напряжения U_X, которое соответствует кажущемуся изменению заряда на емкости всей изоляции С_х на значение Q, пКл:

Энергия, выделяемая при ЧР, нДж,

где U_чр – действующее напряжение на изоляции, при котором в воздушном включении возникают ЧР.

Рис. 18. Схема для измерения интенсивности ЧР и осциллограммы импульсных токов

и напряжений

Средняя мощность ЧР в изоляции оценивается как

где n – число ЧР в единицу времени, причем минимальное значение n = 4f;

f – частота напряжения.

4. Для испытаний витковой изоляции обычно используют
метод осциллографирования импульсного тока в обмотке машины. В кривой тока, снятой при неопасной для изоляции амплитуде импульсного напряжения и остающейся себе подобной с повышением напряжения, в момент пробоя витковой изоляции отмечается характерное изменение.

5. Испытание электрической изоляции повышенным напряжением является одной из важнейших контрольных операций, обеспечивающей надежную работу изоляции электрических машин в эксплуатации. Испытания повышенным напряжением могут включать в себя испытание переменным напряжением промышленной, высокой и низкой частот, выпрямленным и импульсным.

Испытание повышенным напряжением промышленной частоты обязательно при заводских и профилактических испытаниях. Оно дает возможность выявить большинство местных дефектов изоляции. Значение испытательного напряжения составляет (1, 7...2, 0) U_н. Отступления от максимальных норм испытательного напряжения возможны и необходимы. Но эти отступления должны основываться не только на принципе, предусматривающем применение пониженных испытательных напряжений, а с учетом экономических факторов, так как испытания повышенным напряжением таят в себе много неопределенного, и при этом постоянно существует опасность разрушения изоляции.

Испытание повышенным выпрямленным напряжением является разновидностью высоковольтных испытаний и осуществляется обычно в тех случаях, когда значительная собственная емкость оборудования затрудняет проведение испытаний переменным током. Следует отметить, что при испытании постоянным напряжением отсутствует опасность появления мощных ЧР, вследствие чего напряжение можно увеличить для лучшего выявления дефектов. Значение испытательного напряжения, согласно рекомендациям МЭК, составляет 2U_н + 1000 В. Кроме того, во время испытания можно измерять ток утечки и тем самым получать дополнительную информацию.

Импульсные испытания с кратностью (1, 7... 2, 0)U_н проводят с целью проверки состояния межвитковой изоляции обмоток и определения ВСХ изоляции электрооборудования.

Программа работы

1. Измерить сопротивление корпусной изоляции электрической машины.

2. Испытать изоляцию на степень увлажнения:

а) определить коэффициент абсорбции; б) определить коэффициент по методу «емкость–частота»; в) снять кривую саморазряда.

3. Исследовать ионизационные процессы в изоляции.

4. Испытать изоляцию электрической машины повышенным напряжением.

Порядок выполнения работы

По п. 1 программы работы. Измерить сопротивление изоляции относительно корпуса машины с помощью мегомметра типа Е-4.

По п. 2 программы работы. Мостом М-4100 измерить сопротивление корпусной изоляции через 15 и 60 с после подачи напряжения, определить коэффициент абсорбции.

Замерить емкость испытуемой изоляции с помощью прибора ПКВ-7 при частотах напряжения 2 и 50 Гц. Вычислить коэффициент влажности изоляции.

Рис. 19. Схема для получения кривой самозаряда изоляции

электрической машины

Снять кривую саморазряда изоляции электрической машины. Схема испытания (рис. 19), содержит источник постоянного высокого напряжения ИВН, испытуемую изоляцию С_х и регистрирующий напряжение электростатический вольтметр V. Изоляцию предварительно в течение 2...3 мин зарядить от ИВН до напряжения 1 кВ (ключ в положении 1), после чего переключатель перевести в положение 2, одновременно включив секундомер и для различных значений времени t, записать в табл. 13 соответствующие значения напряжения. При необходимости повторения опыта необходимо разрядить емкость С_х, переведя ключ в положение 3.

По п. 3 программы работы. Модель изоляции электрической машины подключить к источникам переменного напряжения. Измерить напряжение появления частичных разрядов U_n_{. чр} и напряжение гашения ЧР U_{г. чр.} Зарисовать на экране осциллографа кривые напряжения до появления ЧР и при их возникновении.

Таблица 13

Опыт

Расчет

R_из, МОм

R₁₅, МОм

R₆₀, МОм

C₂, пФ

C₅₀, пФ

I_ут, мкА

U_восст, В

К_исп

К_абс

R_из, МОм

К_увл

Отношение AQ_х/AU_BX определяется схемными факторами, поэтому его выявляют на готовой изоляции с использованием генератора прямоугольных импульсов ГПИ (рис. 20).

Рис. 20. Схема для исследования ЧР в изоляции

Величину емкости С_г выбирают из условия С_г < < С_х. При этом напряжение генератора U_г оказывается практически полностью приложенным к емкости С_г. При каждом импульсе С_г возникает заряд Q_г. С_гU_г. Поскольку емкость С_х соединена с С_г последовательно (относительно ГПИ), то на ней также появится заряд Q_г, что равносильно возникновению в С_хЧР с кажущимся зарядом Q_г. Одновременно на входе измерительной части (резистор z) появляется импульс напряжения . Измеряя его максимальные значения и зная емкость С_г и напряжение U_г, можно установить соотношение Q_r/ .

По результатам градуировки построить зависимость отклонения луча осциллографа h = f(Q_r) для испытуемого образца изоляции. Результаты свести в табл. 14.

Таблица 14

Объект	Градуировка	Q_х, нКл	W_чр, пДж	Р_чр, пВт
U_г, В	С_г, пФ	Q_г,пКл	U_вх, мВ	h, мм
Исследуемый объект

По п. 4 программы работы. Испытать корпусную изоляцию электрической машины с помощью высоковольтной установки выпрямленного напряжения.

Инструкция по работе с высоковольтной установкой и правила испытаний с соблюдением ПТБ имеются на рабочем месте в лаборатории.

Содержание отчета

1. Программа работы.

2. Схема электрических испытаний.

3. Таблицы измеренных и вычисленных величин.

4. Кривые саморазряда изоляции (опытная и расчетная).

5. Градуировочная зависимость для схемы измерения ЧР, осциллограммы ЧР.

6. Заключение о состоянии электрической изоляции машины.

Лабораторная работа № 7

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 56