Новости
736 0

Эксплуатация ограничителей перенапряжения ОПН

Ограничитель перенапряжения нелинейный (далее ОПН), вне зависимости от величины напряжения, подлежит обязательным испытаниям. Данное изделие может использоваться для защиты от коммутационных перенапряжений и применяться в электроустановках с напряжением 0.4 кВ, 6 кВ, 10 кВ, 35 кВ, 110 кВ и выше. В зависимости от рабочего напряжения испытания регламентируются разными нормативными документами. Например, МЭК 60099-4:2004 – стандарт международный, а также утвержденный на его основе и действующий ГОСТ Р 52725 – 2007. Также принимаются во внимание разнообразные технические условия и ГОСТы проверки оборудования высоковольтного. В этой статье мы вкратце рассмотрим методики, нормы и объемы испытания ОПН.

Подготовка прибора к работе.

Подготовка прибора к работе:

— проверка клейма поверки СИ и отсутствия видимых повреждений корпуса и измерительных проводов;

— проверка напряжения источника питания.

Подготовка прибора к работе:

Читайте также: Как самостоятельно подключить кондиционер к электросети

— расположить генератор высоковольтный в максимально горизонтальной плоскости на расстоянии не доступном для механического повреждения при нарушении изоляции во время испытаний;

— надежно заземлить генератор высоковольтный и пульт управления при помощи проводов заземления (ПЩ-4,0мм2), прилагаемых к аппарату;

— удалить генератор высоковольтный от пульта управления на расстояние не менее трех метров;

— на вывод генератора высоковольтного наложить переносное заземление;

— пульт управления подключить к питающей сети;

— подключить испытываемый объект к выводу генератора высоковольтного.

Замер тока проводимости

На картинке представлены различные схемы подключения для проведения испытаний ОПН, связанных с измерением тока проводимости:

В основном нормативное значение тока проводимости завод изготовитель указывает в техническом паспорте к изделию. Это значение берется на основании проводимых на предприятии испытаний и напрямую зависит от наибольшего длительно прикладываемого напряжения.

Измерение величины тока проводится амперметром или миллиамперметром. К выводам собранной схемы подключается лабораторный источник питания. При подаче нагрузки проводятся измерения тока. Нагрузка должна соответствовать величине наибольшего допустимого длительного напряжения.

Нужно отметить, что работы должны проводиться при установившейся температуре окружающей среды 20 ±15°С, на очищенных и вытертых досуха ограничителях перенапряжения, которые необходимо предварительно отключить от сети.

Проведение испытаний.

Перед началом проведения испытаний необходимо проверить состояние разрядника (ОПН).

Загрязненную фарфоровую изоляцию протереть ветошью, смоченной уайтспиритом, с последующей протиркой насухо. При обнаружении повреждений фарфоровой изоляции, трещин фланцев, трещин в защитных рубашках, повреждений армировочных швов разрядник (ОПН) необходимо заменить не проводя испытаний.

Измерение сопротивления разрядника и ОПН выполняется при температуре не ниже +50С в сухую погоду.

Измерения проводятся:

— на разрядниках и ОПН с номинальным напряжением менее 3кВ прибором на напряжении 1000В;

Читайте также: Первый радиоприемник, напечатанный на 3D-принтере, и собранный своими руками: радио с антенной, которое действительно работает

— на разрядниках и ОПН с номинальным напряжением 3кВ и выше прибором на напряжении 2500В.

Значение измеренного сопротивления у разрядников РВС и не указанных в данной методике ОПН не нормируется и должно соответствовать требованиям заводской инструкции.

Сопротивление разрядников РВН, РВП, РВО, CZ и ограничителей перенапряжения с номинальным напряжением до 3 кВ должно быть не менее 1000 Мом.

Значение сопротивления разрядников или их элементов приведены в таблице №1. они не должны отличаться более чем на ±30% от данных, приведенных в паспорте, а при их отсутствии — от полученных при предыдущих измерениях. Более значительное уменьшение сопротивления свидетельствует об увлажнении внутренних деталей разрядников, а увеличение об обрыве цепи шунтирующих сопротивлений.

Таблица 1.

Значения сопротивлений вентильных разрядников или их элементов.

Тип разрядника или элементаСопротивление, МОмДопустимые изменения по сравнению с заводскими данными или данными первоначальных измерений.
Не менееНе более
РВМ-31540±30%
РВМ-6100250
РВМ-10170450
РВМ-156002000
РВМ-20100010000
РВРД-395200В пределах значений, указанных в столбцах

2 и 3.

РВРД-6210940
РВРД-107705000

ПриборомMIC-2500на напряжении 2500В измеряется сопротивление изоляции изолирующего основания разрядников с регистраторами срабатывания. Оно должно быть не менее 1 Мом.

Измерение тока проводимости у разрядников с шунтирующими сопротивлениями

И тока утечки у разрядников без шунтирующих сопротивлений выполняется на выпрямленном напряжении по заводской методике с применением сглаживающей ёмкости от 0,1 до 0,2 мкФ в зависимости от типа разрядника при температуре не ниже +50С. Собрать измерительную схему, приведенную на рисунке № 5. Учитывая, что ток проводимости (утечки) зависит в третьей степени от величины приложенного напряжения, следует строго контролировать подаваемое напряжение. Для измерения тока проводимости желательно применять миллиамперметры типа

М1200 класса точности 0,5 и 1,0. Допустимые значения токов проводимости приведены в таблице № 2.

Таблица 2.

Допустимые токи проводимости вентильных разрядников при выпрямленном напряжении.

Тип разрядника или элементаИспытательное выпрямленное напряжение, кВ.Ток проводимости при t 200С, мкА
Не менееНе более
РВП-6, РВО-666
РВП-10, РВО-10106
РВО-354270130
РВС-1516450620
РВС-15*16200340
РВС-2020450620
РВС-20*20200340
РВС-3332450620
РВС-3532450620
РВС-35*32200340
РВМ-34380450
РВМ-66120220
РВМ-1010200280
РВМ-1518500700
РВМ-2028500700
РВЭ-25М28400650
РВМЭ-2532450600
РВРД-333085
РВРД-663085
РВРД-10103085

*- разрядники для сетей с изолированной нейтралью и компенсацией емкостного тока замыкания на землю, выпущенные после 1975г.

Измерение тока проводимости ОПН выполняется при подаче переменного напряжения промышленной частоты

При температуре не менее +50С. Измерительная схема собирается, как показано на рисунке № 6. Измеренный ток должен соответствовать току приведенному в заводской инструкции. Если измерения проводились при температуре, отличающейся от температуры 200С более чем на 50С, то измеренные значения тока проводимости следует откорректировать: на каждый градус повышения или понижения температуры соответственно увеличить или уменьшить значения тока на 0,3%. Увеличение или уменьшение тока проводимости ОПН по сравнению с допустимыми значениями свидетельствует об ухудшении характеристик нелинейных резисторов. В этом случае ОПН подлежит замене.

Важность испытаний

Пожалуй, основной нормативный документ, который мы используем и с которым чаще всего сталкиваемся при производстве приемо-сдаточных испытаний – это ПУЭ. Применительно к ограничителям перенапряжения в нем существует глава 1.8, а конкретно пункт 1.8.3. Он устанавливает нормы и объемы испытаний для ОПН и вентильных разрядников.

Читайте также: Почему выбивает автомат при включении, в щитке, без нагрузки: ищем причины

Кроме приемо-сдаточных, в соответствии с вышеприведенными документами, могут проводиться такие испытания:

  • периодическое;
  • квалификационное;
  • типовое.

Квалификационная проверка данных устройств нужна для того, чтобы определить имеет ли готовность предприятие для выпуска продукции в данном объеме. Это касается первой промышленной серии либо установочной партии. Немаловажным этапом здесь является проверка взрывобезопасности. В процессе эксплуатации ОПН вследствие воздействия различных факторов, одним из которых является нерасчетный режим применения, внутри него может возникать повышенное давление. Как результат возможен взрыв, который влечет за собой повреждения оборудования, которое установлено поблизости, а также, что самое главное – людей, работающих на объекте.

Давайте подробнее остановимся на рассмотрении приемо-сдаточных испытаний. Как отмечалось выше, они регламентируются главой 1.8 ПУЭ п. 1.8.3. Если свести все данные из нее, то получим удобную табличку:

Таким образом, для ОПН существует методика измерения сопротивления и тока проводимости. Как проверить эти параметры рассмотрим ниже.

Эксплуатация ограничителей перенапряжения ОПН

После установки ограничителей перенапряжения начинается процесс их эксплуатации. На протяжении всего времени работы ограничитель перенапряжения необходимо подвергать профилактическим осмотрам и испытаниям не реже одного раза в год перед грозовым сезоном. При таких осмотрах проверяется отсутствие повреждений изоляционной покрышки и фланцев, а так же деформаций экранов. В случае обнаружения таких повреждений изделие необходимо снять с эксплуатации.Профилактические испытаниязаключаются в измерении тока проводимости и могут осуществляться без отключения аппарата от сети либо от стороннего источника испытательного напряжения. Измерение тока проводимости без отключения устройства от сети возможно, только если это было предусмотрено при установке ограничителя перенапряжения.

Типовая схема измерения тока проводимости ОПН:

1 — Испытуемый ограничитель; 2 — Приспособление для измерения тока проводимости без отключения от сети; 3 — Нож заземления; 4 — Защитный нелинейный резистор с остающимся напряжением при импульсном токе 8/20 мкс с максимальным значением 1800 А не более 1500-1700 В; 5 — Резисторы; 6 — Разрядник; 7 — Миллиамперметр переменного тока класса точности 1.0; 8 — Миллиамперметр постоянного тока класса точности 1.0; 9 — Диодный мост, рассчитанный на ток 10 мА; 10 — Источник испытательного напряжения (сторонний или фазное напряжение сети в месте эксплуатации при испытаниях без отключения от сети).Следует обратить внимание и учесть, что значение тока, измеренное миллиамперметром постоянного тока, будет на 5-10 процентов ниже по сравнению с результатами измерения миллиамперметром переменного тока.

При испытаниях ограничителя перенапряженияот стороннего источника допускается осуществление измерений тока проводимости, с помощью поставленного в комплекте с ограничителем устройства или основания с датчиком тока. Результаты испытаний фиксируются в рабочих журналах.

Так как ток проводимости в значительной мере зависит от температуры окружающей среды и значения напряжения, то и результаты измерений необходимо приводить к нормальным условиям (Т=20оС) по формуле:

I — измеренный ток проводимости в мА действ. Т — температура окружающего воздуха при выполнении измерений, °С. Uизм — напряжение в момент измерений, действ, кВ. Значение тока In заносят в рабочий журнал.

Во время проведений профилактических испытаний изоляционная поверхность ограничителя перенапряжения должна быть сухой и чистой.

Ограничитель перенапряжения ОПНпризнается годным к дальнейшей эксплуатации, когда измеренное значение полного тока не превышает 1 мА. Если значение тока проводимости превышает данное значение, ограничитель снимается с эксплуатации

Внимание!Любой регистрирующий прибор, подключенный к нижнему заземляющему фланцу ограничителя перенапряжения, показывает сумму тока проводимости (через колонку варисторов) и тока утечки (по поверхности корпуса ОПН).

Так же следует отметить, чтозагрязненная поверхность изолятора (если она увлажнена) является проводником, причем нелинейным, а ток утечки по этой поверхности при неблагоприятном стечении обстоятельств может составлять миллиамперы, то есть применительно к ограничителю перенапряжения будет сравним или даже превосходить ток проводимости через колонку варисторов.

Приведенное значение тока (1 мА) в цепи заземления ограничителя относится только к величине тока проводимости через варисторы. Суммарное значение тока проводимости и тока утечки превышающее это значение не является браковочным показателем! Перед началом профилактических испытаний от стороннего источника напряжения внешняя поверхность изоляции ограничителя перенапряжения должна быть очищена от грязи и высушена во избежание влияния тока утечки на результаты измерений.

Трубчатые разрядники

Проверка состояния поверхности разрядника

Наружная поверхность разрядника не должна иметь ожогов электрической дугой, трещин, расслоений и царапин глубиной более 0,5 мм на длине более трети расстояния между наконечниками.

Измерение поверхностного электрического сопротивления фибробакелитового разрядника

Проверка производится перед установкой разрядника мегаомметром на напряжение 2500 В. Поверхностное электрическое сопротивление должно быть не ниже 10000 МОм.

Измерение диаметра дугогасительного канала разрядника

Значение диаметра канала должно соответствовать данным, приведенным в табл. 5

П, М. Измерение внутреннего искрового промежутка разрядника

При вводе в эксплуатацию размеры внутреннего искрового промежутка должны соответствовать данным, приведенным в табл. 22.1. При межремонтных испытаниях эти размеры не должны превышать значений, указанных в табл. 22.1 для разрядников РТФ 6-10 кВ – на 3 мм, РТФ-35 – на 5 мм, РТВ 6-10 кВ – на 8 мм, РТВ 20-35 кВ – на 10 мм, РТВ-110 – на 2 мм.

П, М. Измерение внешнего искрового промежутка разрядника

Размеры внешнего искрового промежутка должны соответствовать данным, приведенным в табл. 5

Таблица 5

Технические данные трубчатых разрядников
Тип разрядникаНомина-льное напряжение, кВТок отклю-чения, кAВнешний искровой промежуток, ммНачальный диаметр дугогасительного канала, ммКонечный диаметр дугогасительного канала, ммНачальная длина внутреннего искрового промежутка, ммКонечная длина внутреннего искрового промежутка, мм
РТФ-66,5-10201014150±2
РТВ-66,5-2,510696068
2-101010146068
РТФ-1010,5-5251011,5150±2
,2-1251013,7225±2
РТВ-1010,5-2,520696068
2-101510146068
РТФ-3535,5-2,51301012,6250±2
1-51301015,7200±2
2-101301620,4220±2
РТВ-35352-101001016140150
РТВ-20202-10401014100110
РТВ-110110,5-2,54501218450±2
1-54502025450±2

П, М. Проверка расположения зоны выхлопа разрядника

Зоны выхлопа разрядников разных фаз не должны пересекаться и охватывать элементы конструкций и проводов ВЛ. В случае заземления выхлопных обойм разрядников допускается пересечение их зон выхлопа.

Ток проводимости и техническое состояние ОПН

  1. Ток, протекающий по ОПН под действием рабочего напряжения, состоит из совокупности (суммы) токов, протекающих по соединённым последовательно варисторам – варисторной колонке (столбу) и по поверхностям и объёму внешних и внутренних изоляционных элементов: покрышки (оболочки), стеклотекстолитового цилиндра и т. п. Ток, протекающийпо сечению варисторапод действием приложенного рабочего напряжения, называюттоком проводимости,ток, протекающийпо изоляции,называюттоком утечки,а суммарный – длительным током ограничителя.

    Величина тока проводимости отдельного варистора при заданном напряжении определяется химическим составом материала, технологией изготовления, площадью поперечного сечения, температурой и предысторией варистора. Допустимая плотность тока проводимости достаточна мала и при температуре 200 С составляет примерно (10-30)·10 — 6А СКЗ/см2 [3, с. 85], где СКЗ – среднеквадратичное значение тока. Таким образом, для варистора диаметром 46 мм ток проводимости при указанной температуре и максимально допустимым рабочем напряжении составит 0.2-0.5 мА СКЗ. В [2, c. 40] приведены допустимые значения тока проводимости для ОПН — 110-750 кВ. Так, для ОПН – 110 (производитель и диаметр варисторов не указаны) диапазон тока проводимости при напряжении 73 кВ составит (0.4 -0.65) мА СКЗ.

    Читайте также: Как сделать импульсный блок питания своими руками: лучшие сборки и схемы

    Величина тока утечки, например, по поверхности покрышки, определяется ее материалом, состоянием, температурой, степенью увлажнённости и загрязнения. При увлажнении загрязнений поверхности изоляции аппарата по ней протекает ток утечки, достигающий при больших уровнях загрязнения десятых долей ампера [3, стр.156]. Поэтому полученные при измерениях значения токов, превышающие указанные в заводской документации, могут быть не результатом изменения состояния варисторного столба, а всецело определяться состоянием изоляционной покрышки – её увлажнением при чрезмерном загрязнении.

    Для более адекватного анализа состояния варисторной колонки рекомендуется отделять (сепарировать) ток проводимости от токов утечки. Конструкция большинства ОПН это сделать не позволяет.

    Полное разделение влияния состояния покрышки на величину тока проводимости невозможно даже теоретически. Это объясняется тем, что распределение потенциалов приложенного напряжения по высоте варисторной колонки и поверхности покрышки в силу локального увлажнения и подсушивания покрышки неодинаковы. Существующая разность потенциалов вызывает изменение величины тока проводимости.

  2. Ток проводимости варистора характеризуется двумя существенными особенностями: — ток проводимости носитемкостнойхарактер (имеет существенную емкостную составляющую); — ток проводимостинесинусоидален.

    Рассмотрим указанные особенности более подробно с учётом некоторых элементарных сведений из теоретических основ электротехники.

    2.1.

    Эквивалентная схема варистора представляет собой последовательно – параллельное соединение активных и емкостных элементов [3, стр. 69], причём часть элементов, как активных, так и емкостных, характеризуетсянелинейнойзависимостью их тока от напряжения. Математическая модель реального варистора, на основании которой веётся расчёт параметров, весьма сложна. Для понимания сути вопроса представим значительно упрощённую эквивалентную схему варистора, состоящую из параллельно соединённыхлинейныхактивного сопротивленияrи ёмкостиC(рис. 1а).

    Рис. 1аРис. 1б, Рис. 1вРис. 2

    На рис.1б представлены графики мгновенных значений приложенногосинусоидальногонапряженияUи токаiдлялинейнойразветвлённой цепи с активным сопротивлениемrи ёмкостьюC. Полный (общий) токiноситемкостнойхарактер, т.е. опережает напряжениеUна уголa– угол сдвига фаз тока и напряжения. Как видно из векторной диаграммы на рис.2, токIравен геометрической сумме двух токов: токаIc, протекающего через ёмкостьС, на 900 опережающего напряжениеU, и токаIr,протекающего через активное сопротивлениеrи совпадающего по фазе с напряжениемU. Графики мгновенных значений для активногоirи емкостногоicтоков показаны на рис. 1в. Величина углаaзависит от соотношения емкостной и активной составляющих – чем больше емкостная по отношению к активной, тем больше величина углаa.

    Нагрев варисторов и ОПН в целом определяетактивная составляющаятока проводимости. Ограничитель сохраняет работоспособность до тех пор, пока в результате воздействия рабочего напряжения и импульсов перенапряжения активная составляющая тока не превысит критического значения, т. е.пока не нарушится тепловое равновесие аппарата, при котором количество тепла, выделяемого в варисторах, превысит возможности конструкции ОПН по его рассеянию в окружающую среду.

    Допустимая плотность активной составляющей тока проводимости (1.0-5.0) ·10 -6А СКЗ/см2 [3, с.85], что для варистора диаметром 46 мм составит (0.02-0.08 ) мА СКЗ.

    Таким образом, для варисторов активная составляющая равна примерно 10% от полного тока. Именно в малом содержании активного тока в полном кроется одна из особенностей измерения тока проводимости, а именно — измеренное значение полного тока проводимостине позволяет в полной мере судить о процессах, происходящихв варисторной колонке.

    Доказательство этого тезиса было приведено в статье [4]. В данной работе указано, что величина активной составляющей тока ОПН в номинальных режимах составляет 8-12% от величины полного тока. При измерениях полного тока егозаметное изменениенаблюдается в случае, когдаактивная составляющая тока возрастёт в 5-6 раз.Действительно, как это видно из приведенных диаграмм на рис. 3, рост активной составляющейIr5,3 раза приводит к изменению полного токаIв 1,1 раза, то есть всего лишь на 10% (рис.3б), а увеличение активной составляющей в 7,1 раз приводит к росту полного тока только на 20% (рис.3в).

    Рис. 3

    Следовательно, принятая диагностика состояния ОПН пополному токучерез негонедостаточно надёжна,посколькуобнаруживает негативные изменения с большим запаздыванием, когда нарастание тока может стать лавинообразным и привести к аварии.

    Практический вывод: для адекватного анализа состояния варисторной колонки должна измерятьсяактивная составляющаяполного тока проводимости.

    2.2.

    Как было указано, активное и ёмкостное сопротивление варистора носятнелинейныйхарактер, то есть их величина непостоянна и зависит от значения приложенного напряжения. Это означает, что присинусоидальнойформе напряжения сети полный ток проводимости ограничителянесинусоидален.Для иллюстрации, на рис. 4 представлены осциллограммы испытательного напряженияUи полного токаiпроводимости ОПН 35/40.5, где форма токаiзначительно отличается от синусоидальной кривой.

    Рис. 4

    Напомним, что при изучении процессов в электрических цепях с несинусоидальными токами и напряжениями можно использовать теорему Фурье. Согласно теореме, всякая периодически изменяющая величина рассматривается как сумма постоянной (независимой от времени) величины и ряда синусоидальных (гармонических) величин с кратными частотами. Гармоническая составляющая, частота которой равна частоте несинусоидальной периодической величины, называетсяосновной или первой гармоникой,остальные гармоники, у которых частота в 2, 3, 4 и т.д. раз больше, называютсявысшими гармониками,т.е. второй, третьей гармоникой и т.д.

    Согласно той же теореме, периодическая кривая,симметричнаяотносительнооси абсцисс,не содержит постоянной составляющей и чётных гармоник. Следовательно, кривая тока проводимости, являясь периодической и симметричной оси абсцисс,содержит только нечётные гармоники.

  3. Таким образом, полный ток проводимости представляет собой сумму несинусоидальных активного и емкостного токов. Какие показатели тока необходимо использовать для адекватного анализа варисторов?

    Следует напомнить, что переменныйпериодическийток независимо от его формы характеризуется его максимальнымIp(синоним – амплитудным), среднимIсри среднеквадратичнымIзначениями. При рассмотрении преобразования электрического тока в тепло рассматривается егосреднеквадратичноезначение. С учётом характера тока проводимости нелинейных ограничителей,для адекватного анализа состояния варисторов должна быть измерена среднеквадратичная (эффективная) величина активной составляющей тока.

    Напомним, что cреднеквадратичное значение (СКЗ) периодического тока i(t) или напряжения u(t) любой формы определяется как:

    где T – период изменения тока (напряжения).

    Ранее применяющиеся термины (действующее или эффективное) согласно ГОСТ 16465 – 70 считаются недопустимыми.

    Соотношения между среднеквадратичным I, максимальным I p (амплитудным I m) и средним I ср за половину периода значениями тока, который изменяется по любому периодическому закону, характеризуются коэффициентами амплитуды kа и формы kф. Среднеквадратичное значениеI=Ip/kа и I=Iср•kфЗначения этих коэффициентов зависят отформытока. Длясинусоидальноготока kа=1.41, а kф=1.11. Для других (несинусоидальных!) форм тока эти коэффициенты имеют другие значения.

    Итак, в качестве промежуточного вывода из рассмотренного можно сделать вывод, что при контроле длительного тока ОПН необходимо измерятьсреднеквадратичное значение активной составляющей тока проводимости.

  4. В какой мере существующие методы и средства измерений отвечают указанным требованиям? Существующие методы измерения тока проводимости могут быть классифицированы на следующие: — измерение показателей тока стрелочными или цифровыми приборами прямым или косвенным методами; — измерение и последующий анализ тех параметров тока, на основании которых можно опосредственно судить о величине активной составляющей тока; — измерение параметров и последующий численный анализ на ЭВМ с помощью математической модели ОПН.4.1.

    Измерение тока стрелочными или цифровыми приборами.

    Исторически первым устройством, которое применялось для анализа тока проводимости в условиях эксплуатации, явились так называемые приспособления для измерения тока проводимости под рабочим напряжением (см., например, ТО и РЭ на ОПН производства Корниловского завода электротехнического фарфора). Данное устройстводо сих поррекомендуется для использования некоторыми отечественными производителями ОПН.

    В устройстве в качестве измерительного прибора использован стрелочный миллиамперметр переменного тока, который включён в цепь измеряемого тока (см. рис. 5а), то есть принятпрямой методизмерения тока. Указано, что класс точности прибора должен быть не хуже 0.5, при этом система прибора и пределы измерений не указаны. За показатель принимается действующее значение тока. Допускалось измерение тока миллиамперметром постоянного тока с указанной точностью измерений через двухполупериодный выпрямительный мост (рис. 5б), при этом показания рекомендовалось увеличивать на 10% (очевидно, имеется в виду коэффициентkф=1.11).

    Рис. 5 (a,б,в)

    С учётом того, что указанное устройство применяется и рекомендуется к применению до настоящего времени, необходимо прокомментировать данные технические решения.

      Очевидно, что формально измеряется не ток проводимости, а длительный ток (хотя ток утечки при сухой покрышке ограничителя по отношению к току проводимости достаточно мал);
  5. Измеряются показатели полного тока (т.е. емкостная и активная составляющие);
  6. Выбор пределов измерений приборов определяется диапазоном допустимых значений тока для ОПН данного класса напряжения сети. Ориентировочные значения могут быть приняты согласно табл. 2.10 [2, c. 40].
  7. В энергетике гармоники выше 13-го порядка обычно не рассматриваются. Этой гармонике соответствует частота 13*50=650 Гц. Следовательно, все приборы, применяемые для измерения несинусоидальных токов, должны измерять без погрешности ток частотой до 650 Гц [5, c. 70].
  8. Для измерений токов проводимости могут быть использованы стрелочные приборы переменного тока электродинамической и электромагнитной систем и выпрямительной с магнитоэлектрическим измерителем.
  9. Показания электродинамического амперметра (вольтметра) зависят от среднеквадратичного значения измеряемого тока (напряжения) несинусоидальной формы, так как вращающий момент пропорционален сумме квадратов среднеквадратичных значений всех гармоник, содержащихся в измеряемом токе (напряжении), независимо от их взаимных фазовых сдвигов.
  10. Миллиамперметры переменного тока электромагнитной системы измеряют среднеквадратичное значение тока несинусоидальной формы независимо от начальных фаз. Однако частотный диапазон таких приборов ограничен. Основные амперметры класса точности 0.5 имеют номинальную область частот от 40 до 100 Гц и только часть приборов — расширенную до 500-1000 Гц. Кроме того, показания приборов указанной системы зависят от внешних магнитных полей.
  11. Миллиамперметры постоянного тока магнитоэлектрической системы при их включении через выпрямитель измеряют средневыпрямленное значение переменного тока. При указанном включении через двухполупериодный диодный мост точность измерения синусоидального тока, даже при применении прибора класса 0.5, будет значительно хуже.

Известно, что для корректного измерения переменного тока прибором магнитоэлектрической системы необходимо принимать ряд довольно сложных схемных решений. Это касается как построения самого узла выпрямления, так и типа применяемых выпрямительных элементов. Например, рекомендуется выполнять данный узел на германиевых транзисторах, а не на диодах. Рекомендуется также усиливать сигнал, вводить отрицательные обратные связи и т.д. [6,7]. С этой точки зрения, указанные в ТО и РЭ на ОПНы ряда фирм рекомендации по применению миллиамперметра с выпрямительным мостом на диодах необходимо подвергать большим сомнениям.

Очевидно, что в данном случае более правомерно рекомендовать так называемые выпрямительные приборы, которые состоят из измерителя магнитоэлектрической системы и узла выпрямителя, построенного с учётом всех требований по точности измерения.

Современные стрелочные мультиметры при контроле переменного тока (напряжения) определяют средневыпрямленное значение сигнала, а шкала градуируется в среднеквадратичных значениях синусоидального напряжения.

Принесинусоидльнойформе сигнала интерпретация результатов измерения переменного тока стрелочными мультиметрами затруднена [8]. В этом случае,среднеквадратичноезначение сигнала несинусоидальной формы определяется путём пересчёта:Ux =Uq•kф/1.11,гдеUxи– соответственно среднеквадратичное значение и коэффициент формы измеряемого сигнала, аUq– показания прибора.

При таких перерасчётах для тока проводимости надо знать величину коэффициента формы и помнить, что эта величина непостоянна – ведь форма тока зависит от многих факторов.

Возможно применение отдельного класса выпрямительных приборов – приборов с среднеквадратичной характеристикой [5, c. 77-79]. Такие приборы имеют дополнительную диодную цепочку, дающую возможность заменить линейную зависимость выпрямленного тока на квадратичную, при этом измеряется среднеквадратичное значение тока несинусоидальной формы независимо от начальных фаз гармоник.

В последнее время, на рынке появилисьстрелочныеизмерители/регистраторы тока ОПН отечественных и зарубежных производителей, предназначенные для постоянного контроля тока проводимости под рабочим напряжением. Такие приборы постоянно подключены в разрыв цепи заземления ограничителя. С рассмотренной точки зрения, подобные измерители очевидно должны поверяться не синусоидальным током, а током, близким по форме току ОПН.

Цифровые мультиметры определяют средневыпрямленное значение и умножают на коэффициент формы синусоидального сигнала. Как и в случае стрелочных приборов, значение сигнала несинусоидальной формы определяется путём перерасчёта.

Существует особый класс цифровых приборов, в том числе и мультиметров, обеспечивающих измерение среднеквадратичного значения периодического сигналапроизвольной формы– так называемые приборы классаTrue RMS, обеспечивающих измерение истинного (true) значения СКЗ. Данные приборы выпускаются как отечественными, так и зарубежными производителями.

Среди приборов с функциейTrue RMSимеется ряд приборов длябесконтактногоизмерения тока утечки изоляции (токоизмерительные клещи), пригодные для измерения истинного СКЗ длительного тока ОПН.

Читайте также: Общая информация по коммерческому учету электрической энергии

Необходимо отметить, что ток проводимости может быть измеренкосвенным методом(рис.5в), при этом в цепь тока включается измерительный резистор, параллельно которому подключён вольтметр. Падение напряжения на резисторе пропорционально величине протекающего тока. Основными требованиями при этом являются : 1)измерительный резистор должен иметь минимально возможный допуск по отклонению сопротивления и 2) вольтметр должен иметь большое входное сопротивление.

В любом случае, приборы, включённые непосредственно в цепь заземления, измеряют не ток проводимости, асумму токовколонки варисторов и изоляции (если, конечно, не приняты меры по их сепарации).

В то же время, как указывается, например, в работе [9], измерение полного тока является достаточно информативным способом. Данный метод измерения подкреплён большим количеством экспериментального материала, а предельно допустимые значения, указанные в паспорте, учитывают конструктивные особенности конкретного аппарата. Кроме того, эти значения указаны с запасом, составляющим примерно 30 % от реального срока службы ОПН.

4.2.

В настоящее время рядом отечественных предприятий предлагаются приборы для измерения активной составляющей тока, основанные на измерении параметров высших гармоник – действующего (как указано в документации) значения третьей или пятой (на частотах 150 или 250 Гц). В рекламных материалах утверждается, что высшие гармонические составляющие содержатся только в активной составляющей тока проводимости.

4.3.

На сегодняшний день наиболее адекватным методом получения среднеквадратичного значения активной составляющей тока проводимости ограничителя является его вычисление на основе принятой математической модели ОПН. Исходными параметрами для вычисления этого параметра являются измеряемые с помощью аналого – цифрового преобразователя мгновенные значения приложенного испытательного напряжения и полного тока проводимости. Последующая обработка результатов измерений проводится на специализированных ЭВМ (микроконтроллерах) или ПЭВМ с помощью разработанных программ.

Имеется ряд подобных приборов зарубежных производителей, которые дают возможность получать ряд параметров тока проводимости, включая величину активной оставляющей, не только в лабораторных, но и в полевых условиях. Основным недостатком является то, что в технической документации на приборы не приводятся описания математических моделей, на основе которых ведётся расчёт параметров. В этом плане остаётся только верить производителю.

4.4.

Одним из результатов научно – исследовательских работ, проводимых ООО Балтэнерго, является разработка математической модели ОПН классов 35 – 220 кВ, а на её основе – программы вычисления и отображения параметров тока проводимости ограничителей. Основной целью явилась разработка алгоритма и программы разделения несинусоиального тока ОПН на активную и емкостную составляющие.

В программе осуществляется фильтрация поступающих данных (раздельно для вычисления уровней параметров и интервалов времени), гармонический анализ сигналов на основе преобразования Фурье, разделение тока проводимости на активную и емкостную составляющие согласно принятой математической модели и схеме замещения ОПН, вычисление истинных СКЗ, амплитудных и временных параметров выделенных составляющих.

В рабочем окне программы представлены графики мгновенных значений испытательного напряжения u и тока i ОПН (Рис.6а), а также сфазированные (синхронизированные) графики вычисленных значений первых гармоник напряжения u1 и тока i1 (Рис.6б), а также активной ir и емкостной i1c составляющих тока (Рис.6в) ОПН с масштабированием области графического вывода информации.

Рис. 6аРис. 6бРис. 6с

В отдельном диалоговом окне в виде таблицы представлены вычисленные среднеквадратичные и амплитудные значения токов и напряжений, данные о процентном содержании высших гармоник в испытательном напряжении, сдвиг фаз первых гармоник тока и напряжения, а также значение активной мощность, рассеиваемой ОПН.

Аппаратная часть комплекса включена в состав испытательного стенда ОПН 35-220 кВ, предназначенного для проведения приёмо – сдаточных испытаний ОПН и проведения научно-исследовательских работ.

В результате измерения испытательного напряжения и полного тока проводимости ОПН вычисляются, сохраняются в файлах и выводятся на печать графики вычисленных значений активной и емкостной составляющих тока ОПН, а также следующие параметры:

U

— истинное СКЗ напряжения ( True RMS) ОПН;U1— истинное СКЗ первой гармонической составляющей напряжения ОПН;u3— процентная доля третьей гармонической составляющей напряжения по отношению к первой;u5— процентная доля пятой гармонической составляющей напряжения по отношению к первой;Up— максимальное мгновенное значение напряжения ОПН;Ix— истинное СКЗ тока ОПН;Ixp— максимальное мгновенное значение тока ОПН;Ir— истинное СКЗ активной составляющей тока ОПН;Irp— максимальное значение активной составляющей тока ОПН;I1cp— максимальное значение первой гармоники емкостной составляющей тока ОПН;P— активная мощность, рассеиваемая ОПН;f1— частота первой гармонической составляющей напряжения ОПН.

Пример отображения графиков мгновенных значений испытательного напряженияUи полного тока проводимости ОПН, а также вычисленных кривых активнойirсоставляющей и первой гармоники емкостной ic составляющей приведены на рис. 7.

Рис. 7

Указанные параметры хранятся в базе данных на изготовленные ОПН, а по требованию заказчика могут быть внесены в паспорт изделия.

Замер сопротивления изоляции

Исходя из данных, приведенных в выше представленной таблице, видно, что при испытании ОПН до 3 кВ необходимо использовать мегомметр напряжением 1000 В, если свыше 3 кВ – нужен мегомметр на 2500 В. Измеренное сопротивление для ОПН до 3 кВ должно быть выше 1000 мОм, напряжением от 3 до 35 кВ – должно быть в пределах рекомендованного изготовителем значения, выше 110 кВ – должно составлять не меньше 3000 мОм, в то же время результат не должен отличаться больше чем на ±30% от ранее произведенных испытаний или значений, указанных изготовителем.

Испытание ограничителей перенепряжений нелинейных

  • О компании
  • Каталог продукции
  • Техническая поддержка
  • Статьи
  • Диагностика ОПН
  • Контакты
  • Разрядники и ОПН
  • Преимущества одноколонковых ОПН с полимерной изоляцией
  • Ток проводимости и техническое состояние ОПН
  • Испытание ограничителей перенапряжений нелинейных
  • Школа молодого опнщика, назначение и принцип действия ОПН
  • Способы и устройства автономного электропитания средств диагностики аппаратов защиты от грозовых перенапряжений воздушных лэп

ОПН, разработанные и изготовленные нашим предприятием, проходят весь комплекс испытаний в соответствии с требованиями международного стандарта МЭК 60099-4:2004, разработанного на его основе ГОСТ Р 52725 — 2007 “ Ограничители перенапряжений нелинейные для электроустановок переменного тока напряжением от 3 до 750 кВ. Общие технические требования.”, а также “Правил устройства электроустановок” (ПУЭ). Издание 7. Раздел 1.8.3.” Вентильные разрядники и ограничители перенапряжений” и соответствующих ГОСТов на испытание высоковольтного оборудования и технических условий (ТУ).

В соответствии с этими документами, на этапе разработки и изготовления ограничители подвергаются следующим типам испытаний:

  • классификационным;
  • типовым;
  • периодическим;
  • приёмо-сдаточным.

Объём и нормы испытаний приведены в указанных документах.

Наиболее объёмными и сложными являются квалификационные испытания, которые проводятся при разработке ОПН. Ограничители перенапряжений, разработанные предприятием, проходят указанные испытания в специализированных научно-испытательных центрах, которые имеют государственную лицензию на производство указанных работ и выдачу сертификатов качества и соответствия. В частности, одним из видов квалификационных испытаний ОПН являются испытания на взрывобезопасность.

При эксплуатации ОПН в силу разных причин, например, в случае нерасчётного режима его применения, возможны внутренние повреждения. Внутренние повреждения могут сопровождаться дуговым перекрытием колонки варисторов. В этом случае во внутренней герметизированной полости корпуса аппарата резко повышается давление, что может привести к взрыву аппарата. Взрыв сопровождается разлётом частей аппарата и их осколков. Это представляет серьёзную опасность для обслуживающего персонала и установленного оборудования. Поэтому конструкция ОПН включает устройства взрывобезопасности. Для ограничителей в полимерных покрышках чаще всего это защитный стеклопластиковый цилиндр.

Методика испытаний ОПН на взрывобезопасность регламентируется пунктом 9.8 ГОСТ Р 52725 — 2007. Считается, что ОПН выдержал испытания, если образец остался неповреждённым или повреждения происходят без разлёта осколков на большие расстояния (все части образца должны остаться внутри защитного заграждения (цилиндра) нормированных высоты и диаметра).

При подготовке ОПН к испытаниям колонка варисторов шунтируются медной проволокой определённого диаметра. Испытания проводятся в режимах “ большого” и “малого” тока короткого замыкания импульсами определённой токовой величины и длительности.

На нашем сайте www.baltenergo.spb представлен фрагмент фильма по испытаниям на взрывобезопасность ОПН производства нашего предприятия. Испытания проведены на базе научно-испытательного центра ВВА (г. Москва). По результатам испытаний получены соответствующие сертификаты.

Для эксплуатирующих организаций, как нам кажется, наиболее важными являются приёмо-сдаточные испытания.

Необходимо отметить, что объём и нормы указанных испытаний ПУЭ и МЭК (проект ГОСТа) трактуют по-разному. Для более полной информации по этим испытаниям, привёдем таблицы, составленные на основе указанных документов применительно к ОПН нашего предприятия.

ПУЭ. Издание 7. Раздел 1.8.3. Вентильные разрядники и ограничители перенапряжений

ОБЪЁМ И НОРМЫ ПРИЁМО-СДАТОЧНЫХ ИСПЫТАНИЙ ОПН

Объём приёмо-сдаточных испытаний ОПННоминальное напряжение, кВ
До 3 кВ3-35110150-500
1Измерение сопротивленияМегаомметр 1000 ВМегаомметр 2500 В
Не менее 1000 мОмВ соответствии с инструкциями изготовителейНе менее 3000 мОм
2Измерение тока проводимости1При приложении наибольшего длительно допустимого фазного напряжения100 кВ 50 Гц
Предельные значения токов должны соответствовать инструкции заводов-изготовителейПредельные значения токов должны соответствовать инструкции заводов-изготовителей

ГОСТ Р 52725 — 2007 Ограничители перенапряжений нелинейные для электроустановок переменного тока напряжением от 3 до 750 кВ. Общие технические требования.

ОБЪЁМ И НОРМЫ ПРИЁМО – СДАТОЧНЫХ ИСПЫТАНИЙ ОПН Виды испытаний и проверок

Виды испытаний и проверокНомер пункта
технических требованийправил и методов испытаний
1. Измерение классификационного напряжения6.2.39.2
2. Измерение остающихся напряжений6.2.19.3
3. Измерение частичных разрядов6.4.119.15 При приёмо-сдаточных испытаниях только для ОПН с наибольшим длительно допустимым рабочим напряжением от 73 кВ и выше-пункт 9.15.3
4. Проверка герметичности6.4.1ОПН, не содержащие газовых полостей, проверке на герметичность при приёмо-сдаточных испытаниях не подвергаются – пункт 9.12.4
5. Испытание на равномерность распределения токов многоколонкового ОПНТолько для многоколонковых ОПН
6.Технический осмотр6.1.19.20

Примечание:жирным шрифтом выделены виды испытаний для конструктивного исполнения ОПН, выпускаемых ООО Балтэнерго.

Как видно из приведенных таблиц, виды приёмо-сдаточных испытаний согласно ПУЭ и ГОСТа, не совпадают не по одному пункту. Очевидно, что для выполнения требований указанных документов необходимо объединить виды приёмо-сдаточных испытаний по ПУЭ и ГОСТа в один комплекс.

Ниже приведена итоговая таблица приёмо-сдаточных испытаний для ОПН 3-220 кВ полимерном корпусе.

ПРИЁМО-СДАТОЧНЫЕ ИСПЫТАНИЯ ОПН 3-220 кВ

ОБЪЁМ ПРИЁМО-СДАТОЧНЫХ ИСПЫТАНИЙКЛАСС НАПРЯЖЕНИЯ СЕТИ / НАИБОЛЬШЕЕ ДЛИТЕЛЬНО ДОПУСТИМОЕ РАБОЧЕЕ НАПРЯЖЕНИЕ (*- МАКСИМАЛЬНОЕ ЗНАЧЕНИЕ), кВ
3-35110150220
1ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЙМегаомметр 2500 В
В соответствии инструкциями изготовителейНе менее 3000 мОм
2ИЗМЕРЕНИЕ ТОКА 1 ПРОВОДИМОСТИПри приложении наибольшего длительно допустимого рабочего напряжения, кВ100.0100.0
3ИЗМЕРЕНИЕ КЛАССИФИКАЦИОННОГО НАПРЯЖЕНИЯ 2
4ИЗМЕРЕНИЕ ЧАСТИЧНЫХ РАЗРЯДОВ 3При приложении напряжения 1.25*UНР
Уровеннь частичных разрядов – не более 10 пКл
5ИЗМЕРЕНИЕ ОСТАЮЩЕГОСЯ НАПРЯЖЕНИЯОстающееся напряжение должны быть указаны изготовителем в ТУ на конкретные типы ОПН при импульсах токов 30/60 мкс, 8/20мкс и 1/10 мкс максимальными значениями импульсов, указанными в табл.2 – пункт 6.2.1 ГОСТа.
6ТЕХНИЧЕСКИЙ ОСМОТРПроверке подлежат: состояние поверхности наружных изоляционных частей, защитных покрытий и площадок под заземляющие зажимы, правильность заполнения табличек технических данных, нанесения маркировки на корпусе ограничителя и комплектность

Примечание:

  1. При приёмосдаточных испытаниях ОПН, кроме цифрового измерения истинного среднеквадратичного значения (СКЗ) U испытательного напряжения ( True RMS) и ряда других параметров, на испытательном стенде > измеряется истинное СКЗ тока проводимости Ix ограничителей. Затем на основе разработанной программы для ПЭВМ рассчитываются :
  • U1— истинное СКЗ первой гармонической составляющей напряжения ОПН;
  • u3— процентная доля третьей гармонической составляющей напряжения по отношению к первой
  • u5— процентная доля пятой гармонической составляющей напряжения по отношению к первой;
  • Up— максимальное мгновенное значение испытательного напряжения ОПН;
  • Ixp— максимальное мгновенное значение тока проводимости ОПН;
  • Ir— истинное СКЗ активной составляющей тока проводимости ОПН;
  • Irp— максимальное значение активной составляющей тока проводимости ОПН;
  • I1 cp— максимальное значение первой гармоники емкостной составляющей тока проводимости ОПН;
  • P-активная мощность, рассеиваемая ОПН;
  • f1— частота первой гармонической составляющей испытательного напряжения ОПН.

Цель такого анализа – получение дополнительных данных для анализа состояния варисторной колонки испытываемого ограничителя.

Напомним, что ток проводимости варистора характеризуется двумя существенными особенностями:

  • ток проводимости носит емкостной характер (имеет существенную емкостную составляющую);
  • ток проводимости несинусоидален.

Нагрев варисторов и ОПН в целом определяетактивная составляющаятока проводимости. Принятая диагностика состояния ОПН пополному токучерез негонедостаточно надёжна. Для адекватного анализа состояния колонки варисторов должна быть определена среднеквадратичная (эффективная) величина активной составляющей тока и потери мощности в ней.

Более подробно о параметрах тока проводимости — в статье данного цикла на сайте >.

  • Классификационное напряжение ОПН — максимальное (амплитудное) значение напряжения промышленной частоты, делённое на v2, которое должно быть приложено к ОПН для получения квалификационного тока. Квалификационный ток ОПН — максимальное значение (наибольшее амплитудное значение одной из двух полярностей, если ток ассиметричен) активной составляющей тока промышленной частоты, используемое для определения классификационного напряжения и нормируемое изготовителем.

    К ограничителю прикладывают напряжение промышленной частоты и поднимают его до значения, при котором через варистор ограничителя будет протекать ток, амплитудное значение активной составляющей которой будет равно нормируемому значению классификационного тока. Измерение тока производят со стороны заземляющего фланца. Максимальное (амплитудное) значение напряжение, делённое на v2, при котором через варистор протекает классификационный ток, принимают в качестве классификационного напряжения.

    Полученные измеренные значения должны быть не ниже значений, нормированных изготовителем.

  • Измерения проводятся на полностью собранном ОПН, укомплектованным экраном. Измерение максимального кажущегося заряда частичных разрядов проводят при напряжении промышленной частоты. Напряжение на ограничителе плавно поднимают до 1,25*UНР, а затем через время 10 с снижают до уровня 1,05*UНР, при котором проводят измерение частичных разрядов по ГОСТ 20074. Ограничитель считается выдержавшим испытание, если уровень частичных разрядов не превышает 10 пКл.
Добавить комментарий