Специальный курс электрических аппаратов: Методические указания к выполнению лабораторных работ

Государственное образовательное учреждение высшего и профессионального образования Северо-Западный государственный заочный технический университет

КАФЕДРА ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ И ЭЛЕКТРОМЕХАНИКИ

СПЕЦИАЛЬНЫЙ КУРС ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ Методические указания к выполнению лабораторных работ

Факультет энергетический Направление и специальность подготовки дипломированного специалиста: 654500 – электротехника, электромеханика и электротехнология; 180200 – электрические и электронные аппараты

Санкт-Петербург 2003

1

Утверждено редакционно-издательским советом университета УДК 621.316.36(076.5) Специальный курс электрических аппаратов: Методические указания к выполнению лабораторных работ. -СПб.: СЗТУ, 2003, -17 с. Сборник содержит тематику лабораторных работ по испытанию аппаратов низкого и высокого напряжений на испытательных стендах в условиях современного производства. Приведены перечень основных государственных стандартов на испытания электрических аппаратов и рекомендованная литература. Методические указания составлены на основании государственных образовательных стандартов высшего профессионального образования по направлению и специальности подготовки дипломированного специалиста: 654500 – электротехника, электромеханика и электротехнология, 180200 – электрические и электронные аппараты. Рассмотрено на заседании кафедры электротехники и электромеханики 20 января 2003 г., одобрено методической комиссией энергетического факультета 14 февраля 2003 г. Р е ц е н з е н т ы:

С о с т а в и т е л и:

кафедра электротехники и электромеханики СЗТУ (заведующий кафедрой В.И. Рябуха, канд. техн. наук, проф.); Н.Н.Дзекцер, канд. техн. наук, директор ИЭЦ-«Контакт».

В.Л. Беляев, канд. техн. наук, доц.; Ю.В. Куклев, канд. техн. наук, доц.

© Северо-Западный государственный заочный технический университет, 2003

2

ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ Лабораторные работы, охватывают темы, изучаемые дисциплиной «Специальный курс электрических аппаратов» проводятся в лабораториях АО "ЭЛЕКТРОСИЛА" и Великолукского завода высоковольтной аппаратуры (для студентов, обучающихся на Великолукском филиале СЗТУ). Работы заключаются в выполнении ряда стандартных испытаний электрических аппаратов. Перед началом работ руководитель проводит инструктаж и знакомит студентов с инструкцией по технике безопасности при работе на данном стенде. Студентам категорически запрещается без указания руководителя или в его отсутствие включать испытательную схему, делать в ней какие-либо переключения, механически воздействовать на объект испытаний. По окончании работы студенты обязаны привести рабочее место в порядок. Для выполнения работы студент должен быть теоретически подготовлен. Подготовленность студента проверяется преподавателем, и только после этого он может быть допущен к работе. Каждый студент, выполняя работу, должен вести необходимые записи и по окончании работы должен оформить отчет. Все необходимые вычисления должны производиться только с использованием системы единиц СИ. Отчет о выполненной работе должен содержать: 1. Краткое описание работы с указанием ГОСТ, требования которых проверяются (контролируются) или соблюдаются при выполнении данного испытания. 2. Технические данные оборудования и метрологические характеристики приборов, применявшихся при испытании. 3. Механическую и электрическую схемы экспериментальной установки и исследуемого аппарата (по указанию преподавателя). 4. Таблицы с внесенными в них результатами измерений и вычислений, графики. 5. Краткие выводы (с заключением о соответствии данного аппарата требованиям ГОСТ или другой нормативно-технической документации). Испытания аппаратов проводятся в соответствии с требованиями и методиками, приведенными в государственных стандартах. Способы испытаний, условия и порядок их проведения, оборудование и устройство испытательных стендов, а также методы и техника измерений контролируемых величин описаны в [1-10]. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Образцов В.А. Контрольные испытания низковольтных аппаратов. -Л.: Энергоатомиздат, 1989. 2. Петинов О.В., Щербаков Е.Ф. Испытание электрических аппаратов. -М.: Высш. школа, 1985. 3. Дзербицкий С. Испытания электрических аппаратов. -Л.: Энергия, 1977. 3

4. Намитоков К.К. Испытания аппаратов низкого напряжения. -М.: Энергоатомиздат, 1985. 5. Федченко И.К. Техника высоких напряжений: Испытательные установки и методы испытаний выключающихся аппаратов высокого напряжения. Киев: Вища школа, 1969. 6. Кужекин И.П. Испытательные установки и измерения на высоком напряжении. -М.: Энергия, 1980. 7. Бажанов С.А., Воскресенский В.Ф. Профилактические испытания изоляции оборудования высокого напряжения. -М.: Энергия, 1977. 8. Воробьев А.А. и др. Высоковольтное испытательное оборудование и измерения. – М.: Госэнергоиздат, 1960. ПЕРЕЧЕНЬ ГОСТ НА ИСПЫТАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ 1. ГОСТ 2933-83*. Аппараты электрические низковольтные. Методы испытаний. 2. ГОСТ 403-73. Аппараты электрические на напряжение до 1000В. Допустимые температуры нагрева частей аппаратов. 3. ГОСТ 9098-78*Е. Выключатели автоматические на токи до 6300А и напряжение до 1000В. Общие технические условия. 4. ГОСТ 17242-86Е. Предохранители плавкие на напряжение до 1000В. Общие технические условия. 5. ГОСТ 12434-83*Е. Аппараты коммутационные низковольтные. Общие технические условия. 6. ГОСТ 11206-77*Е. Контакторы электромагнитные на напряжение до 1000В. Общие технические условия. 7. ГОСТ 14312-79. Контакты электрические. Термины и определения. 8. ГОСТ 17703-72*. Аппараты электрические коммутационные. Основные понятия. Термины и определения. 9. ГОСТ 24683-81. Изделия электротехнические. Методы контроля стойкости к воздействию специальных сред. 10. ГОСТ 21657-83*. Электрическая изоляция изделий ГСП. Технические требования. Методы испытаний. 11. ГОСТ 14254-80*. Изделия электротехнические Оболочки. Степени защиты. Обозначения. Методы испытаний. 12. ГОСТ 10434-82*. Соединения контактные электрические. Классификация. Общие технические требования. 13. ГОСТ 27,002-89. Надежность в технике. Термины и определения. 14. ГОСТ 16962.1-89Е. Изделия электротехнические. Методы испытаний на устойчивость к климатическим внешним воздействующим факторам. 15. ГОСТ 17441-84. Соединения контактные электрические. Правила приемки и методы испытаний. 16. ГОСТ 687-78*Е. Выключатели переменного тока на напряжение свыше 1000В. Общие технические условия. 4

17. ГОСТ 689-90*Е. Разъединители и заземлители переменного тока на напряжение от 6 до 750 кВ. Общие технические условия. 18. ГОСТ 12450-82. Выключатели переменного тока на номинальные напряжения от 110 до 750 кВ. Технические требования к отключению ненагруженных воздушных линий и методы испытаний. 19. ГОСТ 8024-90. Аппараты и электротехнические устройства переменного тока на напряжение свыше 1000В. Нормы нагрева при продолжительном режиме работы и методы испытаний. 20. ГОСТ 1516.1-76*. Электрооборудование переменного тока на напряжение от 3 до 500кВ. Требования к электрической прочности изоляции. 21. ГОСТ 1516.2-76*. Электрооборудование и электроустановки переменного тока на напряжение 3 кВ и выше. Общие методы испытаний электрической прочности изоляции. 22. ГОСТ 10390-86*. Электрооборудование на напряжение свыше 3 кВ и выше. Методы испытаний внешней изоляции в загрязненном состоянии. 23. ГОСТ 17512-82*. Электрооборудование и электроустановки на напряжение 3 кВ и выше. Методы измерения при испытаниях высоким напряжением. 24. ГОСТ 7397-88Е*. Выключатели и переключатели установочные. Общие технические условия. 25. ГОСТ 2327-89Е. Выключатели, выключатели-разъединители, переключатели, переключатели-разъединители врубные низковольтные. Общие технические условия. 26. ГОСТ 2491-82*. Пускатели электромагнитные низковольтные. Общие технические условия. 27. ГОСТ 2492-84*Е. Выключатели силовые кнопочные и посты управления кнопочные. Общие технические условия. 28. ГОСТ 17516.1-90Е. Изделия электротехнические. Общие требования в части стойкости к механическим внешним воздействующим факторам. 29. ГОСТ 16962.2-90Е. Изделия электротехнические. Методы испытаний на стойкость к механическим внешним воздействующим факторам. 30. ГОСТ 3698-82*. Реле защиты максимального тока низковольтные. Общие технические требования. 31. ГОСТ 3699-82*. Реле напряжения защитные низковольтные. Общие технические требования. РАБОТА 1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ КОНТАКТНОЙ СИСТЕМЫ 1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ Целью работы является определение влияния параметров контактной системы на коммутационную износостойкость аппарата. 1.1. Определение коммутационной износостойкости контактов 5

Испытания на коммутационную износостойкость проводятся в режиме (число коммутационных циклов в час; напряжение, ток, постоянная времени или коэффициент мощности при включении и при отключении; восстанавливающееся напряжение), соответствующем категории применения аппарата и требованиям ГОСТ или ТУ (технические условия) на аппарат. Износ контактов определяется по изменению провала контактов, их толщины или массы. Однако измерение потери массы контактов является трудоемкой операцией, так как для этого их необходимо периодически снимать с аппарата и взвешивать на аналитических весах, что оправдано только при сравнительных исследованиях контактных материалов. В связи с этим при испытаниях износ определяют по изменению толщины или провала контактов. Обычно испытания ведутся до полного износа контактных накладок. Полным износом обычно считается контактирование по материалу контактодержателя или уменьшение провала контактов до 0,5 мм. Следует изучить методики испытания аппаратов на коммутационную износостойкость, измерения провала и толщины контактов, определения параметров испытательной цепи. 1.2. Исследования отброса контактов Отброс контактов может вызываться двумя причинами: - упругими силами, возникающими при соударении подвижных контактов о неподвижные в процессе включения аппарата; - электродинамическими силами, возникающими при прохождении тока через контакты и достигающими величин, достаточных для отброса контактов при токах, в десятки раз превышающих номинальные. Исследование отбросов обычно производится методом осциллографирования тока, протекающего через контакты и напряжения на контактах. При исследовании упругих отбросов (дребезга) контактов осциллографируются изменения протекающего через контакты слабого тока (десятые доли ампера) при низком напряжении источника питания (не более 5В). При таких условиях ток прерывается при малейшем нарушении контакта, а время прерывания тока является продолжительностью отброса контакта. По осциллограммам определяются времена и число отбросов в каждом полюсе аппарата. Исследование отбросов электродинамическими силами проводят при определении тех сквозных токов, которые способен пропускать аппарат во включенном положении. Испытания проводят при минимально возможных контактных нажатиях и номинальном напряжении аппарата. В ходе испытаний через контакты пропускают полуволну переменного тока 50 Гц, значение которого повышают до тех пор, пока не произойдет обширных оплавлений контактов или их сваривания. Величина тока, меньшая на 10%, обычно принимается за предельно допустимую величину пикового сквозного тока для данного аппарата. Наличие электродинамического отброса соответствует на осциллограмме появлению напряжения (порядка 20-30 В) на замкнутых 6

контактах аппарата. Следует изучить методики отбросов контакта, в том числе и с помощью электронных цифровых миллисекундомеров (например, типа Ф209 или Ф291), позволяющих определять суммарную продолжительность отбросов контактов в процессе их дребезга. 1.3. Проверка одновременности замыкания контактов Для проверки одновременности замыкания главных контактов многополюсного аппарата в их цепи включаются сигнальные лампы. Затем при медленном перемещении подвижной системы аппарата и загорании одной из ламп замеряются зазоры между контактами других полюсов. Обычно неодновременность замыкания не должна превышать 0,5 мм. Следует изучить методику измерения на низковольтных аппаратах, а также способы регулирования одновременности замыкания контактов на конкретных аппаратах. 1.4. Измерение падения напряжения в контактах Измерение падения напряжения производится, как правило, при протекании в цепи контактов номинального тока. Измерения проводятся с помощью милливольтметра, провода которого заканчиваются остро отточенными иглами, прижимаемыми в фиксированных точках измерения (обычно в местах, предназначенных для присоединения к аппарату проводов или шин). Для исключения реактивной составляющей изменения падения напряжения часто проводят на постоянном токе. В последнее время находит применение метод, основанный на использовании преобразователя Холла. Этот метод позволяет измерять мощность, выделяющуюся в контактах аппарата переменного тока, и по ней определять сопротивление контактов. Следует изучить схему измерения падения напряжения на контактах с помощью преобразователя Холла. ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ 1. Какими причинами обусловлены отбросы контактов коммутационных аппаратов? 2. Какими методами пользуются при исследованиях отбросов контактов? 3. Зависит ли режим испытания аппарата на коммутационную износостойкость от категории его применения? 4. По изменению каких параметров контактной системы судят об износе контактов? 5. Как осуществляется проверка одновременности замыкания контактов? 6. Какими методами измеряют падение напряжения в контактах? Литература: [1], с.20…29, 170…177; [2], с.24…27, 68…70; [3], с.77…85. 7

РАБОТА 2 ИСПЫТАНИЕ НА ДЛИТЕЛЬНОЕ НАГРЕВАНИЕ 1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ Целью работы является определение номинального тока аппарата (т.е. тока, при котором температура токоведущих частей не превышает допустимую) или с целью проверки соответствия аппарата нормам превышения температуры при протекании по нему номинального тока. 1.1. Испытание на нагревание низковольтных аппаратов Перед проведением испытания рекомендуется произвести определенное количество включений и отключений в обесточенном состоянии аппарата для приработки контактов и удаления окисной пленки с контактных поверхностей. Для испытания аппарат устанавливают в рабочем положении, а если это предусмотрено условиями эксплуатации, то и в предназначенной для него специальной оболочке. Испытание должно производиться при верхнем значении температуры окружающей среды, установленной для данного аппарата. В противном случае в результаты испытания должны вноситься соответствующие поправки. Аппарат должен быть защищен от посторонних воздушных включений, солнечных или иных тепловых излучений. Измерение температуры окружающей среды во время испытания не должно превышать ±3°С. При испытании на нагревание токами до 400 А аппараты должны подключаться к источникам энергии изолированными проводами или кабелями, минимальная длина которых должна составлять 1м при сечении провода до 35 мм2 и 2 м при сечении более 35 мм2. При токе более 800 А подключение аппарата осуществляется шинами, минимальная длина которых должна составлять 3 м. В диапазоне токов от 400 до 800 А разрешается подключать аппарат как проводами, так и шинами соответствующего сечения. Если эффект взаимного нагрева между главной цепью, цепью управления и вспомогательными цепями аппарата может иметь значение, то испытание этих цепей на нагревание должно производиться одновременно. Продолжительность испытания должна быть достаточной для достижения всеми элементами установившейся температуры. Температура считается установившейся, если ее изменение в течение часа не превышает 1°С. Измерение превышения температуры деталей аппарата над температурой окружающей среды обычно производится с помощью термопар при соблюдении требований ГОСТ 2933-83*. Для измерения температуры окружающей среды используются термометры, погруженные в наполненные трансформаторным маслом сосуды объёмом около 200 см3 и равномерно размещенные относительно аппарата на расстоянии 1±0,2м, примерно посередине его высоты. За температуру окружающей среды принимается среднее арифметическое показание термометров (не менее двух). 8

Следует ознакомиться с методикой и условиями проведения испытаний на нагревание, изучить схемы испытания и способы измерения температуры, уметь производить оценку результатов испытания. Аппарат считается выдержавшим испытание на нагревание, если ни в одном из опытов ни один из элементов аппарата не имел превышения температуры над указанной в нормах (см. ГОСТ 403-73). 1.2. Испытание на нагрев выключателя высокого напряжения Испытанию на нагрев подвергают полностью собранный аппарат с новыми контактами, установленный в эксплуатационном положении, при котором возможен наибольший нагрев его частей. Перед испытанием измеряют общее и по элементам сопротивления токоведущего контура, если это установлено в конструкторской документации. Измерение сопротивления производится методом вольтметра-амперметра или прибором непосредственного измерения сопротивления. Испытания проводят при нормальных климатических условиях испытаний (ГОСТ 15150-69). Выключатель испытывают током, равным номинальному. Выключатели с токоведущими системами всех трех полюсов, расположенных в общем кожухе, испытываются в трехфазной схеме или при токах 630 А и ниже – в однофазной схеме с последовательным соединением полюсов. Выключатели с разделенными полюсами в зависимости от конструктивных особенностей, наличия взаимного магнитного или теплового влияния полюсов испытываются: - в трехфазной схеме; - в трехфазной схеме с заменой одного или двух полюсов шинами; - в однофазной схеме с «обратной» шиной, проходящей по оси соседнего полюса или с пропусканием тока последовательно через два или три полюса. Допускается проводить испытания аппаратов без заполнения сжатым газом, изоляционным маслом, без опорной изоляции, если это не облегчает условия испытаний. Временные (на период испытаний) подсоединения к главной цепи должны быть выполнены так, чтобы разность превышений температур на выводах главной цепи и на временных подсоединениях на расстоянии 1 м от выводов была не более 5°С. Температуру (превышение температуры) элементов токоведущего контура следует определять с помощью термопар. Температура обмоток определяется по изменению сопротивления. Определение температуры окружающего воздуха производится по методике, приведенной в п 1.2 Нагрев аппарата при испытании продолжают до достижения установившегося теплового режима. Режим считают установившимся, если температура отдельных частей аппарата не изменяется более чем на 1°С в течение 1 часа. Температуры нагрева и соответствующие превышения температуры частей аппарата в установившемся режиме не должны превышать наибольших допустимых значений, приведенных в ГОСТ 8024-90. При этом должна обеспечиваться нормальная работа аппарата (без заеданий, 9

заклинивания, снижения механической прочности частей), а также должны сохраняться в нагретом состоянии временные и скоростные характеристики аппарата. Следует ознакомиться с методикой и условиями проведения испытаний на нагрев. Необходимо изучить схемы испытания и способы измерения температуры, уметь производить оценку результатов испытания, ознакомиться с нормами нагрева (ГОСТ 8024-90). ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ 1. С какой целью производят испытание на нагревание? 2. Какие условия должны быть соблюдены при испытании на нагревание? 3. Как определяется температура деталей аппарата и окружающей среды в процессе испытания? 4. Чем определяется продолжительность испытания на нагревание? 5. Как оцениваются результаты испытания? 6. Какие требования предъявляются к испытуемому аппарату при испытании на нагрев? 7. Какие условия должны быть соблюдены при испытании на нагрев? 8. Как проводятся испытания на нагрев трехполюсных выключателей с раздельными полюсами и полюсами, расположенными в общем баке? 9. Как измеряется температура деталей аппарата, его обмоток и окружающей среды в процессе испытания на нагрев? 10. Как оцениваются результаты испытания на нагрев? Литература: [1], с.85…105; [2], с.36…44, 156…161; [3], с.93…100; [4], с.116…132; [5], с.55…62 РАБОТА 3 ИСПЫТАНИЕ ИЗОЛЯЦИИ 1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ Целью работы является определения допустимых напряжений. 1.1. Испытательные установки и методы измерения на высоком напряжении Для испытания изоляции электротехнического оборудования и, в частности, электрических аппаратов высокого напряжения служат специальные источники высокого напряжения промышленной частоты, постоянного высокого напряжения и импульсов высокого напряжения. В качестве источников высокого напряжения промышленной частоты в настоящее время находят применение повышающие испытательные 10

трансформаторы, каскады (последовательное соединение) испытательных трансформаторов и резонансные схемы. Эти источники наиболее часто используются для испытания изоляции электрических аппаратов. В настоящее время разработано большое количество разнообразных источников постоянного высокого напряжения. Чаще всего используются источники - выпрямители, схемы с умножением напряжения и электростатические генераторы. Постоянное напряжение используется для профилактических испытаний изоляции, а также в тех случаях, когда изоляция аппаратов переменного тока по каким-либо техническим причинам не может быть испытана переменным напряжением. Для получения импульсов высокого напряжения заданной формы и величины •применяются различные генераторы импульсных напряжений. Большой класс генераторов разработан специально для испытания электроаппаратуры, подвергающейся воздействиям грозовых и коммутационных перенапряжений. Форма импульсов напряжений нормируется для разных видов 'испытаний, а максимальное значение напряжения зависит от класса напряжения и вида испытуемого аппарата. В процессе испытаний изоляции переменным напряжением измерение амплитуды напряжения в соответствии с ГОСТ 17512-82 должно производиться одним из следующих методов: - амплитудным вольтметром с делителем или трансформатором напряжения; - измерительным прибором, подключенным к схеме высокого напряжения через добавочный конденсатор и схему выпрямления; - шаровым измерительным разрядником. Измерение действующего значения напряжения следует производить: - вольтметром, подключенным к делителю или трансформатору напряжения; - электростатическим киловольтметром. При измерении постоянных напряжений определяется как величина постоянного напряжения, так и амплитуда пульсаций. Измерение постоянных напряжений следует проводить одним из следующих методов: - измерительным прибором с делителем напряжения; - измерительным прибором с добавочным резистором; - непосредственно измерительным прибором; - шаровым измерительным разрядником. Измерение амплитуды пульсации следует производить: - измерительным прибором, подключенным к схеме высокого напряжения через добавочный конденсатор, блокирующий постоянную составляющую тока; - измерительным прибором, подключенным к схеме высокого напряжения через добавочный конденсатор и выпрямитель. Измерение значения напряжения полных стандартных грозовых импульсов, а также коммутационных импульсов должно производиться: - измерительным прибором с делителем напряжения; 11

- шаровым измерительным разрядником. Следует ознакомиться с высоковольтным испытательным оборудованием и методом измерения переменных, постоянных и импульсных высоких напряжений, с требованиями к измерительным системам, с допускаемыми погрешностями измерения. 1.2. Виды изоляции высоковольтных электрических аппаратов Изоляция является одним из важнейших элементов конструкции аппаратов и в значительной степени определяет надежность работы аппаратов в условиях эксплуатации. Для изоляции токоведущих частей аппаратов используются разнообразные виды диэлектриков: газообразные, жидкие, твердые и их комбинации. Различают (ГОСТ 1516.2-76*) внешнюю и внутреннюю изоляцию. Внешняя изоляция находится в непосредственном контакте с атмосферным воздухом и подвергается влиянию атмосферных и других внешних воздействий (загрязнение, увлажнение, воздействие животных и птиц и т.п.). Внутренняя изоляция не подвергается этим воздействиям и размещается в изоляционных или металлических оболочках. Все виды изоляции разделяют на самовосстанавливающуюся и несамовосстанавливающуюся. Самовосстанавливающаяся изоляция полностью восстанавливает свои изолирующие свойства после электрического разряда, полностью шунтирующего изоляцию между электродами и вызывающего снижение напряжения между электродами практически до нуля. Несамовосстанавливающаяся изоляция теряет или не полностью восстанавливает свои изолирующие свойства после такого разряда. Для многих видов несамовосстанавливающейся изоляции характерен эффект накопления частичных необратимых повреждений, приводящих к старению изоляции. В электрических аппаратах обычно используются изоляционные конструкции, включающие в себя внешнюю и внутреннюю, самовосстанавливающуюся и несамовосстанавливающуюся изоляцию. Изоляция электрических аппаратов рассчитывается на длительное, в течение всего срока службы (обычно 25 лет) воздействие рабочего напряжения промышленной частоты. Однако в процессе эксплуатации происходит старение изоляции, обусловленное электрическими (ионизационные процессы), тепловыми (ускорение химических реакций), механическими (повреждения при электродинамических усилиях), электрохимическими и другими факторами. На изоляцию в процессе эксплуатации воздействуют также перенапряжения, которые могут существенно отличаться по величине и длительности. Различают перенапряжения грозовые, длительность которых составляет микросекунды; коммутационные - длительностью несколько миллисекунд и кратковременные повышения напряжения длительностью - от долей до нескольких секунд. Требования к электрической прочности изоляции высоковольтных 12

электрических аппаратов различных классов напряжения приведены в ГОСТ 1516-76*. Следует ознакомиться с общими требованиями к изоляции, с требованиями к изоляции выключателей, разъединителей, заземлителей, короткозамыкателей, с требованиями к изоляции отдельно испытываемых изоляторов. 1.3. Методы испытания электрической прочности изоляции Методы и условия испытаний изоляции, проводимых напряжением промышленной частоты, грозовым и коммутационным импульсами напряжения, а также указания по обработке результатов испытаний содержит ГОСТ 15-16.2-76* . Испытаниям подвергаются: внутренняя и внешняя изоляции аппаратов относительно земли, а для трехполюсных выключателей в общем баке - между соседними полюсами при включенном и отключенном положениях выключателя; внутренняя и внешняя изоляции между контактами одного и того же полюса при отключенном положении аппарата. Конкретные виды и величины испытательных напряжений для внутренней и внешней изоляции аппаратов различных классов напряжения и различного назначения приведены в ГОСТ 1516.1-76* Испытаниям, как правило, подвергаются полностью собранные аппараты. Допускается проводить испытание внешней изоляции на макетах или без установки частей, не влияющих на электрическую прочность изоляции. Допускается проводить испытание внутренней изоляции аппаратов (без наполнения их баков маслом или другой изолирующей средой, если ранее установлено, что конструкция изоляции без наполнителя выдерживает испытательное напряжение. Если полюс аппарата состоит из нескольких одинаковых элементов: изоляционных опорных колонн или подвесок, на каждой из которых расположен один или несколько модулей дугогасительной камеры, то испытание изоляции допускается проводить на одном элементе. Также поэлементно и по отдельным изолирующим частям допускается проводить испытания крупногабаритных, отправляемых с предприятияизготовителя в не полностью собранном виде выключателей и отделителей с внутренней газовой изоляцией. Испытательные напряжения элементов должны соответствовать распределению напряжения на полностью собранном аппарате. За нормальные температурные условия при испытании принимаются: температура воздуха 20°С, атмосферное давление 101300 Па (760 мм рт.ст.), абсолютная влажность 11г/м. При испытании изоляции при атмосферных условиях, отличающихся от нормальных, должны вводиться поправки на испытательное напряжение (по формулам, приведенным в стандарте). При испытании изоляции грозовыми импульсами напряжения различают испытания полным грозовым импульсом и срезанным импульсом. Стандартный полный грозовой импульс имеет длительность фронта 1,2 - 0,36 мкс и длительность импульса 50-10 мкс. Максимальное значение напряжения 13

импульса зависит от класса напряжения и вида испытуемого аппарата и меняется в широких пределах: от 42 кВ для класса 3 кВ до нескольких миллионов вольт для классов сверхвысокого напряжения. Допуск на максимальное значение напряжения импульса - 3. Обозначение такого импульса: "1,2/50". Стандартный срезанный грозовой импульс представляет собой полный импульс, у которого в момент времени 2-5 мкс от начала импульса производится срез напряжения со скоростью определенного значения. В качестве срезающего устройства при испытании аппаратов должен применяться стержневой разрядник. При испытании самовосстанавливающейся изоляции допускается не пользоваться срезающим устройством. Перед испытанием полным или срезанным импульсом должна производиться градуировка генератора импульсов напряжения при присоединенном объекте испытания с помощью пикового вольтметра и делителя напряжения или шарового разрядника. При испытании объектов с самовосстанавливающейся изоляцией градуировка производится при напряжении 90-100 кВ нормированного, а при испытании объектов с несамовосстанавливающейся изоляцией при напряжении не менее 60 кВ нормированного. Испытание внутренней изоляции, кроме газовой, должно проводиться приложением к испытуемому объекту 3 импульсов каждого вида - полного и срезанного и каждой полярности - положительной и отрицательной. Интервал времени между приложением импульсов - не менее 1 мин. При испытании аппаратов, в изоляции которых есть воздушные полости, этот интервал должен быть не менее 2 мин. Изоляция считается выдержавшей испытание, если не наблюдалось полного разряда или недопустимых повреждений, для обнаружения которых рассматриваются такие признаки как: искажение формы приложения импульса, отсутствие разряда на срезающем промежутке и на внешней изоляции при наличии среза напряжения на осциллограмме импульса, отрицательные результаты последующего испытания напряжением промышленной частоты в течение 1 мин. Испытание внешней изоляции, совместное испытание внешней и внутренней изоляции, испытание газовой изоляции должно проводиться приложением к объекту 15 импульсов каждого вида (полного и срезанного) и каждой полярности (положительной и отрицательной). Аппарат считается выдержавшим испытание, если не произошло ни одного полного разряда или недопустимого повреждения несамовосстанавливающейся изоляции (внешней и внутренней) и произошло не более двух полных разрядов из каждой серии 15 импульсов в газовой или внешней самовосстанавливающейся изоляции. При испытании изоляции коммутационным импульсом напряжения применяются апериодический и колебательный импульсы. Стандартный апериодический коммутационный импульс должен иметь следующие параметры: время подъема 250-50 мкс; длительность импульса 2500 - 1500 мкс; допуск на максимальное значение напряжения 3. Обозначение импульса: "250/2500". Этим импульсом может производиться испытание всех видов изоляции классов напряжения до 500 кВ включительно. В обоснованных случаях допускается испытание изоляции апериодическими импульсами 14

100/2500, 500/25 и 1000/5000. Стандартный колебательный (затухающий) коммутационный импульс должен иметь параметры первого полупериода: время подъема 4000-1000 мкс; длительность импульса 7500 - 2500 мкс, допуск на объекте испытания с помощью пикового вольтметра и делителя напряжения или шарового разрядника на максимальное значение 3. Обозначение импульса: "4000/7500". Полярность импульса определяется полярностью первого полупериода. Методика испытания различных видов изоляции коммутационными импульсами идентична испытанию полным грозовым импульсом напряжения. Требования к прочности изоляции аппаратов при напряжениях коммутационных импульсов указаны в ГОСТ 1516.1-76. При испытании изоляции напряжением промышленной частоты форма кривой напряжения должна быть синусоидальной. За значение испытательного напряжения принимается действующее значение напряжения. Источники высокого напряжения должны обеспечить плавное изменение напряжения на объекте и установившиеся токи короткого замыкания при пробоях не менее 1 Д. При испытании внутренней и в сухом состоянии внешней изоляции допускается применение установки меньшими токами короткого замыкания, но не менее 0,3 А. Подача напряжения до 1/3 испытательного может производиться с произвольной скоростью, допускается приложение такого напряжения толчком. Затем напряжение быстро и плавно поднимается до испытательного, причем при напряжениях выше 3/4 испытательного должна быть обеспечена возможность отсчета напряжения по прибору. После достижения требуемого значения напряжение без выдержки (при плавном подъеме) или после выдержки (одноминутное) должно быть быстро снижено или до нуля, или до значения не более 1/3 испытательного, и после чего произведено отключение. Испытание внутренней изоляции аппаратов производится однократным приложением к ней нормированного испытательного напряжения с выдержкой его в течение нормированного времени 1 мин. При этом изоляция считается выдержавшей испытание, если во время испытания не наблюдалось полного разряда или недопустимых повреждений. Наличие недопустимых повреждений устанавливается на основе следующих признаков: потрескивания, изменения показаний приборов, разряда на защитном шаровом промежутке. Испытание внешней изоляции проводится методом трехкратного приложения напряжения при плавном подъеме его до нормированного значения без последующей выдержки. Объект считается выдержавшим испытание, если не произошло ни одного полного разряда. При одном разряде проводится дополнительно шесть подъемов напряжения до нормированной величины. Если при этом не произошло ни одного разряда, то изоляция считается выдержавшей испытание. Требования к прочности изоляции аппаратов при напряжениях промышленной частоты приведены в ГОСТ 1516.1-76*. При испытании внешней изоляции аппарата под дождем объект устанавливается в свое рабочее положение и на него направляется 15

равномерный дождь капельной структуры под углом 45° к горизонтали. Зона действия дождя должна перекрывать габарит объекта испытания. Испытательное напряжение прикладывается к объекту после предварительного пребывания его в течение не менее 5 мин под дождем с нормированным удельным сопротивлением и температурой воды. Испытание внешней изоляции под дождем производится коммутационными импульсами напряжения и напряжением промышленной частоты. В процессе испытаний к объекту прикладываются 15 импульсов каждой полярности. Интервал между импульсами не менее 1 мин. Объект считается выдержавшим испытание, если произошло не более двух перекрытий. При испытании напряжением промышленной частоты напряжение прикладывается трижды к объекту путем повышения его до нормированного значения без последующей выдержки. Интервал между опытами не менее 1 мин. Объект считается выдержавшим испытание, если не произошло ни одного полного перекрытия. При испытании внешней изоляции аппаратов в загрязненном состоянии их изоляторы могут загрязняться: методом предварительного загрязнения специальным загрязняющим веществом; методом естественного загрязнения в условиях эксплуатации и методом соляного тумана, путем распыления в воздухе специального помещения раствора поваренной соли. Испытания проводятся при длительном воздействии нормированного переменного или постоянного напряжения и при воздействии коммутационных импульсов. Испытание длительным воздействием напряжения проводят с целью проверки электрической прочности загрязненных изоляторов при нормированной степени загрязнения и нормированном испытательном напряжении или для определения максимальной выдерживаемой солености при испытании методом соляного тумана. При этом к загрязненным изоляторам прикладывают неизменное нормированное напряжение, после чего изолятор увлажняют мелкокапельной влагой. Испытание продолжают до тех пор, пока не произойдет перекрытие изолятора или пока изолятор не выдержит приложенное напряжение в течение заданного времени (обычно не менее 10 мин). ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ 1. Какое оборудование используется в качестве источников высокого напряжения промышленной частоты, постоянного высокого напряжения и импульсов высокого напряжения? 2. Какими методами производится измерение амплитуды и действующего значения высокого переменного напряжения, величины и амплитуды пульсаций высокого постоянного напряжения, напряжения грозовых и коммутационных импульсов? 3. Какие виды изоляции различают в высоковольтных аппаратах? От каких основных факторов зависит срок службы изоляции? 4. Как проводятся и оцениваются испытания изоляции аппаратов 16

грозовыми импульсами напряжения? 5. Как проводится и оценивается испытание изоляции аппаратов коммутационными импульсами напряжения? 6. Как проводятся и оцениваются испытания изоляции высоким напряжением промышленной частоты? 7. Как проводится и оценивается испытание внешней изоляции аппарата под дождем? 8. Как проводится и оценивается испытание внешней изоляции аппарата в загрязненном состоянии? Литература: [6], с.4. ..44; 66... 93; [7], с.64…67; [8], с.51…56

СОДЕРЖАНИЕ Общие указания Библиографический список Работа 1. Определение параметров контактной системы Работа 2. Испытание на длительное нагревание Работа 3. Испытание изоляции

3 3 6 8 11

Редактор М.Ю.Комарова Сводный темпплан 2002 г. Лицензия ЛР № 020308 от 14.02.97 Подписано в печать Б.Кн.-журн.

Формат 60*84 1/16 П.л. 1,25

Б.л. 0,625

РТП РИО СЗТУ

Тираж Заказ ________________________________________________________________________________ Северо - Западный государственный заочный технический университет РИО СЗТУ, член Издательско-полиграфической ассоциации вузов Санкт-Петербурга 191186, Санкт-Петербург, ул.Миллионная, 5 17