pobierz - Zakład Wysokich Napięć i Kompatybilności

LABORATORIUM APARATÓW I URZĄDZEŃ WYSOKONAPIĘCIOWYCH
POLITECHNIKA WARSZAWSKA
INSTYTUT ELEKTROTECHNIKI TEORETYCZNEJ I SYSTEMÓW INFORMACYJNO-POMIAROWYCH
ZAKŁAD WYSOKICH NAPIĘĆ I KOMPATYBILNOŚCI ELEKTROMAGNETYCZNEJ
BADANIE IZOLACJI ODŁĄCZNIKA ŚREDNIEGO NAPIĘCIA
Wstęp
Pomiary napięć przeskoku,
przebicia lub czasu
życia układu
izolacyjnego
charakteryzują się znacznym rozrzutem. Rozrzut ten wynika z wielu czynników. Przykładem
może być wpływ prędkości podnoszenia napięcia w przypadku napięć przemiennych lub
statystyczne opóźnienie przeskoku dla napięć udarowych.
W celu uzyskania wiarygodnych wyników należy dokonywać wielokrotnych pomiarów
żądanej wielkości (np. napięcia przeskoku). Stosując następnie metody rachunku
statystycznego można wyznaczyć przedział ufności, w którym poszukiwana wartość się
znajduje.
Miarą wytrzymałości elektrycznej układu izolacyjnego jest napięcie, przy którym
następuje przebicie układu. Napięcie to, zwane napięciem przebicia, jest utożsamiane ze
względu na wartość, z najwyższym napięciem wytrzymywanym, którego przekroczenie
powoduje przebicie układu. Największą wartość napięcia, przy której do przeskoku jeszcze
nie dochodzi, jest nazywana napięciem wytrzymywanym.
Każdy nowo wyprodukowany układ izolacyjny przechodzi odpowiedni zestaw prób
napięciem wytrzymywanym o różnym charakterze. Dla izolacji regenerującej się jest to
najczęściej napięcie o kilkuprocentowym prawdopodobieństwie przeskoku.
Napięcie znamionowe wskazuje górną granicę największej wartości napięcia sieci, do
której jest przeznaczona aparatura rozdzielcza i sterownicza. Znormalizowane wartości napięć
znamionowych i odpowiadających im znamionowych napięć wytrzymywanych podano
w tabeli 1.
Dla większości napięć znamionowych podano kilka poziomów izolacji w celu
umożliwienia zastosowania rozmaitych kryteriów poprawnego działania lub kategorii
przepięć. Wybór powinien być dokonany z uwzględnieniem stopnia narażenia na przepięcia
o stromym lub łagodnym czole, sposobu uziemiania punktu neutralnego sieci oraz rodzaju
urządzeń ograniczających przepięcia.
Napięcie
znamionowe
[kVsk]
Najwyższe
napięcie pracy
urządzenia
[kVsk]
3
3,6
6
10
15
20
66
7,2
12
17,5
24
72,5
Znamionowe napięcie
wytrzymywane krótkotrwałe
o częstotliwości sieciowej
[kVsk]
Wartość
podstawowa
Wzdłuż przerwy
izolacyjnej
10
12
20
28
38
50
140
Znamionowe napięcie
wytrzymywane udarowe piorunowe
[kVm]
Wartość
podstawowa
Wzdłuż przerwy
izolacyjnej
20
23
40
46
40
46
60
70
60
70
75
85
75
85
95
110
95
110
125
145
325
375
23
32
45
60
160
Tabela 1. Napięcia wytrzymywane izolacji dla wybranych napięć znamionowych.
„Wartości podstawowe” mają zastosowanie do izolacji faza-ziemia, międzyfazowej
oraz otwartego łącznika. Wartości napięcia wytrzymywanego „wzdłuż przerwy izolacyjnej”
mają zastosowanie tylko dla tych łączników, których przerwa międzystykowa jest
przeznaczona do spełniania wymagań bezpieczeństwa stawianym odłącznikom.
Napięcie wytrzymywane podane w tablicy ma zastosowanie przy znormalizowanych
atmosferycznych warunkach odniesienia określonych w normie [1]. Stosując współczynniki
poprawkowe można przeliczyć napięcie wyładowania zupełnego występujące w warunkach
próby na wartość, którą otrzymałoby się w warunkach normalnych i odwrotnie, napięcie
probiercze wymagane w warunkach normalnych można przeliczyć na równoważną wartość
w warunkach próby. Sposób obliczenia tych współczynników podaje wymieniona norma.
Współczynniki poprawkowe uwzględniające wpływ warunków atmosferycznych
Normalne warunki atmosferyczne określają:
temperatura t0 = 20°C,
ciśnienie b0 = 101,3kPa,
wilgotność bezwzględna h0 = 11g/m3
Napięcie wyładowania zupełnego jest proporcjonalne do współczynnika poprawkowego
Kt. Jego wartość wynika z iloczynu dwóch współczynników poprawkowych: k1 – na gęstość
powietrza i k2 – na wilgotność.
Kt = k1 ⋅ k2
Napięcie probiercze U, które należy doprowadzić w czasie próby izolacji zewnętrznej,
określa się mnożąc wymagane napięcie probiercze U0 przez współczynnik Kt.
U = U0 ⋅ Kt
Sprawozdanie z badań powinno zawsze podawać rzeczywiste warunki atmosferyczne
panujące podczas prób oraz zastosowane współczynniki poprawkowe.
Współczynnik poprawkowy uwzględniający gęstość powietrza k1
Współczynnik k1 zależy od względnej gęstości powietrza δ. Można go na ogół wyrazić
w postaci:
k1 = δm
gdzie m jest wykładnikiem potęgi odczytywanym z rysunku 1.
Jeżeli temperatury t i t0 są wyrażone w °C, a ciśnienie atmosferyczne b i b0 w tych
samych jednostkach, względna gęstość powietrza wynosi:
b 273 + t0
δ = b ⋅ 273 + t
0
Współczynnik poprawkowy uwzględniający wilgotność powietrza k2
Współczynnik poprawkowy k2 można przedstawić w postaci:
k2 = kw
gdzie w jest wykładnikiem potęgi odczytywanym z rysunku 1, a k jest parametrem
zależnym od rodzaju napięcia probierczego oraz od wartości stosunku bezwzględnej
wilgotności powietrza h i jego względnej gęstości δ.
Rys. 1. Wartości wykładników m i w
w zależności od parametru g.
g=
UB
500 L δ k
gdzie: UB [kV] – 50-procentowe napięcie wyładowania zupełnego (zmierzone lub
oszacowane) w rzeczywistych warunkach atmosferycznych,
L [m] – minimalna droga przeskoku.
Rodzaj napięcia
k
Zakres wilgotności
udarowe
1 + 0,010 (
h
– 11)
δ
1 ≤ h/δ ≤ 15
przemienne
1 + 0,012 (
h
– 11)
δ
1 ≤ h/δ ≤ 15
stałe
1 + 0,014 (
h
– 11)
δ
1 ≤ h/δ ≤ 15
Tabela 2. Wartości współczynnika k.
Pomiar wilgotności bezwzględnej zaleca się wykonywać bezpośrednio za pomocą
odpowiedniego miernika z błędem nie przekraczającym 1 g/m3. Można również stosować
pomiar wilgotności względnej, który połączony z pomiarem temperatury pozwala na
określenie wilgotności bezwzględnej. Krzywe wilgotności względnej przedstawia rysunek 2.
Rys. 2. Krzywe wilgotności
względnej.
Zgodnie z [2] współczynnik poprawkowy wilgotności należy stosować tylko w próbach na
sucho gdy podstawowym zagadnieniem jest izolacja zewnętrzna w warunkach atmosferycznych.
Dla aparatury rozdzielczej i sterowniczej o napięciu znamionowym poniżej 52 kV
należy przyjąć, że m = 1 i w = 0, kiedy wilgotność względna jest różna od wilgotności
w atmosferze odniesienia (h = 11 g/m3).
Zgodnie z tymi zaleceniami współczynnik Kt przyjmuje wartość równą δ, a wzór na
napięcie probiercze U, które należy doprowadzić w czasie próby izolacji zewnętrznej,
przyjmuje postać:
U = U0 ⋅ δ
Sposób przeprowadzania prób
Odłączniki są specyficznym rodzajem łączników, które służą do otwierania i zamykania
obwodów elektrycznych wysokiego napięcia w stanie bezprądowym, w celu stworzenia
bezpiecznej przerwy izolacyjnej w obwodzie. Łączniki tego typu nie są wyposażone
w komorę gaszenia łuku i dlatego ich zdolność wyłączeniowa jest bardzo mała. Głównym
zadaniem odłączników jest zapewnienie bezpieczeństwa i komfortu pracy obsługi dzięki
widocznej
przerwie
izolacyjnej
w
stanie
otwartym.
Ponadto
izolacja
doziemna,
międzybiegunowa i międzystykowa musi być skoordynowana w ten sposób, że wytrzymałość
napięciowa izolacji międzystykowej jest większa od pozostałych.
Wymagania stawiane odłącznikom zawarte są w normie [3]. Natomiast sposób
przeprowadzania prób izolacji napięciem przemiennym i udarowym określa norma [1].
Próby izolacji powinny być wykonywane na aparaturze zmontowanej kompletnie jak do
eksploatacji. Na wystąpienie wyładowania zupełnego na badanym obiekcie może mieć wpływ
jego ustawienie (np. odstępy od konstrukcji będących pod napięciem lub uziemionych,
wysokość usytuowania nad poziomem ziemi, wykonanie doprowadzeń wysokiego napięcia).
Próby izolacji wykonuje się zarówno przy próbie typu jak i przy próbie wyrobu.
Przy próbach izolacji łączników trójbiegunowych napięcie probiercze należy doprowadzać
w konfiguracjach podanych w tabeli 3. Użyte oznaczenia wyjaśniono na rysunku 3.
Rys. 3. Oznaczenia styków i podstawy łącznika
Warunki próby
Łącznik
Napięcie doprowadzone do
Uziemienie przyłączone do
1
Zamknięty
Aa
BCbcF
2
Zamknięty
Bb
ACacF
3
Zamknięty
Cc
ABabF
4
Otwarty
A
BCabcF
5
Otwarty
B
ACabcF
6
Otwarty
C
ACabcF
7
Otwarty
a
ABCbcF
8
Otwarty
b
ABCacF
9
Otwarty
c
ABCabF
Tabela 3. Warunki próby izolacji w przypadku ogólnym.
Próby w warunkach 3, 6 i 9 mogą być pominięte, jeżeli układ zewnętrznych biegunów
jest symetryczny względem bieguna środkowego i podstawy. Próby w warunkach 7, 8 i 9 mogą
być pominięte, jeżeli układ zacisków każdego bieguna jest symetryczny względem podstawy.
Sposób opracowania wyników
1.
Wyznaczyć napięcie znamionowe pracy odłącznika, uwzględniając wpływ
warunków atmosferycznych na uzyskane wyniki pomiarów,
2.
Omówić koordynację izolacji w przebadanym odłączniku.