2.5. Испытательные электроустановки

Простейшая схема высоковольтной части испытательной электроустановки (ИЭУ) приведена на рисунке 2.3. В приведенной схеме переменное напряжение с регулятора напряжения (РН) подается на повышающий испытательный трансформатор (ИТр), который может быть одномодульным или каскадным. В схеме R_защ – сопротивление для защиты ИТр при пробое испытуемого объекта (ИО) для ограничения тока короткого замыкания. Как правило, испытательные установки снабжены защитными автоматами, отключающими питание установки при пробое ИО. В тех случаях, когда установка используется для определения пробивного напряжения изоляции, например, электрической прочности трансформаторного масла, такая автоматика обязательна. Сигнал на автоматику поступает с шунта R_ш , через который протекает ток короткого замыкания i(t).

Рис. 2.3. Принципиальная схема высоковольтной испытательной установки,

где: РН - регулятор напряжения, ИТр - испытательный трансформатор,

ИО – испытуемый объект, ДН - делитель напряжения, ШР – шаровой разрядник.

Шаровой разрядник, используемый в качестве измерительного устройства для определения пробивного напряжения. Степень гладкости поверхностей его рабочего зазора ГОСТом. В цепи разряда ШР устанавливается сопротивление R¹_защ , защищающее поверхность ШР от электроэррозии при пробоях.

ДН – делитель высокого напряжения, который служит для измерения или контроля амплитуды и формы напряжения на испытуемом объекте. Сигнал с его нижнего плеча поступает на стрелочный или цифровой измерительный прибор, или на осциллограф.

2.6. Испытательные трансформаторы

Основным элементом испытательных установок являются испытательные трансформаторы (ИТр). Номинальные значения напряжения и мощности ИТр должны обеспечивать заданные нормативными документами режимы испытания соответствующего оборудования. Так, для испытаний высоковольтного оборудования в классе напряжений 3 – 220 кВ требуются испытательные напряжения промышленной частоты 18 – 550 кВ. Для оборудования 500 кВ испытательные напряжения достигают 1200 кВ. Мощность ИТр определяется испытательным напряжением и протекающим через его обмотки током.

При испытаниях изоляции электрооборудования в нагрузке, а следовательно и во вторичной обмотке ИТр в основном протекает емкостной ток, величина которого определяется емкостью изоляции испытываемого объекта С:

;

(2.1)

где - максимальное значение испытательного напряжения;

Тогда необходимая мощность:

ВА,

(2.2)

В каких пределах лежат значения емкости изоляции электрооборудования? В таблице 2.1 приведены значения емкости основной изоляции некоторых видов электрооборудования и их частей, которые подвергаются испытаниям в процессе эксплуатации.

Таблица 2.1.

№	Оборудование	Емкость (нФ)
1	Выводы трансформаторов силовых, выключатели, ТТ, ТН, U>10 кВ	0,05 – 1,0
2	Силовые трансформаторы (ТС), Р<20 МВА	2,0 –10,0
3	ТС, Р>20 МВА, эл. Двигатели Р>100 кВА	10 –100
4	Турбогенераторы, Р60 МВА, 10,5 кВ	250
5	Турбогенераторы, Р200 МВА, 15,57 кВ	500
6	Гидрогенераторы, Р50 МВА, 10,5 кВ	650

И так, если на ТЭЦ необходимо испытать турбогенератор мощностью 60 МВА, при этом =2,5U_н, ( =25 кВ), потребуется испытательный трансформатор мощностью:

= ВА=49 кВА

(2.3)

Эксплуатация ИТр имеет свои особенности по сравнению с силовыми трансформаторами. К ним относятся:

- кратковременность работы;

- отсутствие воздействия атмосферных перенапряжений;

- весьма высокие коэффициенты трансформации (от 100 до 500)

Эти особенности находят отражение в конструкциях ИТр:

- в связи с кратковременностью работы проще решаются вопросы их охлаждения (как правило, все виды специального охлаждения отсутствуют);

- более низкие запасы электрической прочности изоляции и сечения проводов;

- за счет указанных выше особенностей значительно меньшие размеры при тех же номинальных мощности и напряжении по сравнению с силовыми трансформаторами.

При пробоях ИО и ШР возникают резкие спады напряжения и возрастания тока, что приводит к возникновению коммутационных перенапряжений в обмотках ИТр. Поэтому предусматривается специальная защита с помощью емкостных колец, экранов и усиления изоляции частей обмоток, подверженных перенапряжениям. Для снижения бросков тока на высоковольтной стороне включаются защитные резисторы R_защ, которые выбираются из расчета 0,5 – 1,0 Ом на 1В номинального напряжения трансформатора. Конструкция обмоток и защитные устройства должны обеспечивать относительно равномерное распределение напряжения вдоль обмотки не только в стационарном режиме, но и при воздействии срезов и импульсов напряжения.

ИТр выполняются однофазными, поскольку оборудование испытывается пофазно.

Обмотка высокого напряжения (ВН) обычно имеет один вывод, второй вывод соединяют с заземленными баком и сердечником трансформатора. Обмотка низкого напряжения (НН) имеет два изолированных вывода. Конструкция ИТр и эпюра распределения напряжения на обмотке ВН приведены на рисунке 2.4.

Обмотка ВН имеет ступенчатую конструкцию, что позволяет получить надежную изоляцию от заземленных конструкций. В качестве межслоевой изоляции обмотки используют бумагу и картон. Трансформатор помещается в трансформаторное масло, при этом бумажная изоляция хорошо им пропитывается. Для качественной пропитки и исключения наличия в изоляции газовых пузырьков и влаги трансформатор высушивают и заливку производят горячим маслом под вакуумом. Обмотка НН, как правило, однослойная. Экран между обмотками ВН и НН служит для защиты обмотки НН от электростатического наведения высоких потенциалов со стороны обмотки ВН. Он выполняется из медного листа в виде разрезанного вдоль цилиндра (чтобы не создать короткозамкнутый виток) и заземлен.

Рис. 2.4. Принципиальная конструкция ИТр с заземленной обмоткой ВН и эпюра

распределения высокого напряжения вдоль вторичной обмотки.

1 – вывод обмотки ВН; 2 – обмотка ВН; 3 – обмотка НН; 4 – экран между обмотками (заземлен); 5 – сердечник трансформатора; 6 – бак трансформатора; 7 – трансформаторное масло.

ИТр маркируется обычно следующим образом. Например, ИОМ – 100/25, что обозначает: испытательный, однофазный, масляный, 100 кВ, 25 кВА.

В одномодульном исполнении трансформатор выпускается до 1200 кВ (западные образцы). В России выпускались ИТр до 500 кВ, например, ИОМ – 500/500. На более значительные напряжения ИТр имеют каскадное исполнение.

В ряде случаев в энергосистемах в качестве испытательных трансформаторов используют (при напряжениях 10 – 110 кВ) - трансформаторы напряжения (ТН).