Випробувального трансформатора

При випробуванні ізоляції електрообладнання малої ємності (трансформатори струму, опорні ізолятори, комутаційні апарати та ін. (при С₀≤500 пФ) вимірювання напруги можна проводити на низьковольтній стороні трансформатора, а напругу на високовольтній стороні визначати за допомогою заводського коефіцієнта трансформації випробувального трансформатора.

Більш точно величина напруги на високовольтній стороні може бути визначена за градуювальною кривою випробувального трансформатора U₂=f(U₁). Оскільки для випробувальних трансформаторів ця залежність може бути нелінійною (рисунок 2.3 б), то існує необхідність знаходження експериментальної залежності напруги на вторинній обмотці U₂ від величини напруги на первинній обмотці U₁.

При побудові градуювальної кривої U₂=f(U₁) для вимірювання напруги на високовольтній обмотці трансформатора використовують кульові розрядники, які мають назву амплітудних кіловольтметрів. Вимірювання високої напруги кульовим розрядником базується на тому, що розрядна напруга між двома кулеподібними електродами залежить від відстані між кулями, діаметру цих куль і способу їх під’єднання (за симетричною або несиметричною схемою) до джерела високої напруги (рисунок 2.3 а). Діаметр кулеподібних електродів визначається величиною вимірювальної напруги (таблиця 2.1).

R

PH BT D

L

PV

a б

Рисунок 2.3 – Схема дослідження трансформатора:

а – схема вимірювання високої напруги кульовим розрядником,

б –приклад градуювальної характеристики випробувального трансформатора

Таблиця 2.1 – Максимальна напруга, що вимірюється кульовим розрядником

Діаметр куль D, см	2	5	6,25	10	12,5	15	25	50	75	100	150	200
U2max, кВ	40	90	116	170	210	250	380	720	950	1400	2000	2700

Для забезпечення необхідної точності вимірювань в межах ±3 % максимальне допустиме значення відношення L/D не повинно перевищувати 0,75. Для захисту джерела високої напруги при пробої кульового розрядника від короткого замикання і перенапруг послідовно з розрядним проміжком ввімкнуто захисний резистор, що обмежує струм у мережі й водночас запобігає обгоранню електродів. Резистор повинен бути безіндуктивним і мати лінійну характеристику. Величина опору резистора визначається з умови не менше 2 Ом на 1 В напруги. На практиці використовують фарфорові, скляні або бакелітові опори або опір з дистильованою водою.

При симетричному ввімкнені куль одну половину захисного резистора приєднують до одного полюса, а іншу – до другого. Якщо використовується несиметрична схема вимірювань із заземленим електродом, то захисний резистор приєднують до незаземленого електрода. Розраховані значення розрядних напруг для кульового розрядника з кулями діаметром 62,5 мм при нормальній густині повітря (δ=1) наведені в таблиці 2.2.

Таблиця 2.2 – Величина розрядних напруг кульового розрядника з D=62,5 мм

Відстань, см	0,6	0,8	1,0	1,5	2,0	2,4
Розрядна напруга, кВ	20,2	26,2	31,9	45,5	58,5	67,5

Найбільш розповсюдженими приладами для вимірювання високої напруги є кульові розрядники, лабораторні вимірювальні трансформатори, електростатичні кіловольтметри. Найбільш ефективним методом вимірювання високої напруги є використання електростатичного кіловольтметра. У тому випадку, коли кіловольтметр має обмежений діапазон вимірювання напруги, який не дає змоги проводити вимірювання на високовольтній стороні трансформатора, використовують ємнісні або резистивні подільники напруги. Найбільш часто використовують ємнісні подільники, оскільки багатоелементний ізолятор є по суті ємнісним подільником напруги.

Основні вимоги до ємнісного подільника: робоча напруга подільника повинна відповідати випробувальній напрузі об'єкта; власна ємність подільника повинна бути значно менша від ємності випробувального об'єкта.

На практиці використовують дві схеми ввімкнення ємнісних подільників напруги: схема з додатковою ємністю (рисунок 2.4); схема з ємнісним подільником напруги (рисунок 2.5).

Якщо власна ємність електростатичного кіловольтметра змінюється в широких межах при переміщенні його рухомої частини, то перевагу надають схемі з ємнісним подільником.

R R

Рисунок 2.4 – Схема з додатковою ємністю

Рисунок 2.5 – Схема з ємнісним подільником

У даній роботі необхідно проградуювати однофазний високовольтний підвищувальний трансформатор типу ИОМ-100/25 потужністю 25 кВА, максимальною напругою 100 кВ. Градуювання його за допомогою кульового розрядника може здійснюватися двома методами:

1 На первинній обмотці встановлюють напругу U₁, що відповідає деякому цілому показникові шкали вольтметра, а потім кулі, які попередньо були розміщені на максимально можливій відстані, починають поступово зближувати кулі до виникнення розряду. Після цього фіксують довжину іскрового проміжку L і за таблицями або градуювальною кривою кульового розрядника визначають напругу U_2max, що відповідає напрузі U₁ первинної обмотки трансформатора. Кульовий розрядник має пристрій для дистанційного вимірювання довжини іскрового проміжку безпосередньо під напругою.

2 Кульові електроди встановлюють на відстані L , що відповідає деякому значенню напруги U_2max. Після цього вмикають випробувальний трансформатор і напругу повільно збільшують до моменту виникнення розряду в іскровому проміжку, фіксуючи за вольтметром величину напруги U₁. Перевага цього методу полягає в тому, що для градуювання не потрібний розрядник з дистанційним керуванням.

У лабораторній роботі можуть використовуватися обидва методи. При роботі з кульовим розрядником необхідно стежити за тим, щоб кульові електроди перебували на відстані не менше п'яти їхніх діаметрів від інших частин обладнання.

Лабораторія ЕФіТBH обладнана електростатичними кіловольтметрами типів С96 і C100. Кіловольтметр С96 є переносним тридіапазонним приладом електростатичної системи із світловим відліком, який використовують для вимірювання напруги в мережах постійного та змінного струмів в діапазоні частот від 2 Гц до 20 МГц. Прилад має наступні діапазони вимірювання напруги: 15, 30 і 75 кВ. Живлення освітлювального пристрою здійснюють від мережі змінного струму напругою 220 В. При вимірюванні напруг живлення здійснюють змінним або постійним струмом напругою 6 В. Кіловольтметр С100 є переносним тридіапазонним лабораторним приладом електростатичної системи із світловим відліком величини напруги з діапазонами вимірювання: 25, 50 і 75 кВ.

Основні застереження щодо експлуатації:

- заземлені металеві деталі установки не повинні знаходитися ближче 1 м від електродів ввімкнутого приладу;

- ізоляційні елементи установки не повинні знаходитися ближче 0,5 м від електродів;

- прилад повинен бути встановлений на ізоляційну підставку висотою не нижче 0,5 м.

Порядок проведення вимірювань кіловольтметром наступний. За допомогою ручки, розташованої з правої сторони електрода кіловольтметра, встановити шкалу, що відповідає величині напруги, яку вимірюють. Встановити відповідний діапазон вимірювання. Для цього відвести вгору пружину фіксатора і пересунути рухомий електрод уздовж станини разом з опорним ізолятором.

Перед проведенням вимірювань необхідно ввімкнути освітлювач, встановивши головкою коректора світлову риску на нульову позначку шкали приладу. Чіткість зображення світлового вказівника регулюють у вертикальній площині за допомогою гвинта, а в горизонтальній – баранця.

Порядок виконання роботи

Градуювання випробувального трансформатора кульовим розрядником

1 Визначити величину середньої напруги на низькій стороні трансформатора (таблиця 2.3).

2 Розрахувати ефективну напругу на високій стороні трансформатора.

3 Розрахувати коефіцієнт трансформації для кожної відстані між електродами L.

4 Визначити середній коефіцієнт трансформації трансформатора.

Таблиця 2.3 – Градуювання випробувального трансформатора

Відстань між електродами L, см	Напруга на низьковольтній стороні трансформатора, U1, В				Напруга на високій стороні трансформатора, U2, В		Коефіцієнт трансфор- мації	Примітка
	1	2	3	Uср	U2max	U2еф
0,6	30	30	28		20,2			Р=760 мм рт. ст. t=20 оC ктр=496
0,8	37	36	37		26,2
1	46	48	48		31,9
1,5	65	64	64		45,5
2	80	84	82		58,5
2,4	98	97	97		67,5

Таблиця 2.4 – Випробування обладнання великої ємності

Контрольні параметри	Об’єкт дослідження
Випробувальна напруга на високовольтній стороні випробувального трансформатора, U2, кВ	20	20
Випробувальна напруга на низьковольтній стороні випробувального трансформатора, U1, В	64	56
Показники кіловольтметра ємнісного розподільника, Uд, кВ	25	24
Розрахована напруга на високовольтній стороні трансформатора,U2р=U1· ктр, кВ	312,5	84

1 Визначити вплив розімкненої лінії на величину напруги на початку лінії у відповідності з даними таблиці 2.4.

2 За даними напруги низьковольтної сторони трансформатора визначити напругу на високій стороні випробувального трансформатора.

3 За заданою величиною ємності розподільника визначити плечі розподільника, напругу за показами кіловольтметра.

Опрацювання результатів досліджень

1 Заповнити таблицю 2.3 за результатами градуювання випробувального трансформатора кульовим розрядником.

2 Побудувати графік залежності ефективного значення напруги кульового розрядника від відстані між кулями.

3 Сформулювати висновки з роботи.

Контрольні запитання

1 Які методи використовують для вимірювання високої напруги?

2 Яка методика випробування обладнання з великою ємністю?

3 Які схеми використовують для розширення діапазону вимірювання

напруги електростатичним кіловольтметром?

4 Яка максимальна помилка вимірювань при використанні середнього

значення коефіцієнта трансформації?

5 В яких випадках і чому необхідно проводити вимірювання напруги на

високовольтній стороні трансформатора?

6 За рахунок чого відбувається відхилення від заводського коефіцієнта трансформації?

7 За даними таблиці 3.4 знайдіть значення напруги на високовольтній стороні трансформатора при підключенні до третього елемента ємнісного подільника й подачі напруги 72 кВ?

8 Накресліть і поясніть призначення елементів схеми заміщення при вимірювані обладнання великої ємності.

9 За допомогою векторної діаграми (рисунок 2.2) поясніть вплив величини ємнісного навантаження на роботу випробувального трансформатора.

10 Поясніть роботу схеми (рисунок 2.4) з додатковою ємністю.

11 Яке співвідношення ємностей подільника необхідне для отримання напруги 30 кВ, якщо робоча напруга 110 кВ?

12 Поясніть принцип дії електростатичного кіловольтметра.

13 Як проводять вимірювання високої напруги кульовим розрядником?

14 Як уникнути відхилення коефіцієнта трансформації від лінійності ?

15 Яким чином можна розширити діапазон вимірювання кіловольтметра?

16 Чому існує залежність величини розрядної напруги від діаметру кулі?

17 Які переваги та недоліки симетричної і несиметричної схем вимірювання напруги кульовими розрядниками?

18 Опишіть методи градуювання випробувального трансформатора кульовими розрядниками.