Харків –ХНУМГ – 2014

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

МІСЬКОГО ГОСПОДАРСТВА

Імені О. М. Бекетова

Методичні вказівки

до лабораторних робіт

з дисципліни

«Монтаж, наладка та експлуатація електрообладнання»

( для студентів 5 курсу денної, 6 курсу заочної форм навчання,

а також слухачів другої вищої освіти зі спеціальності

7.05070103 «Електротехнічні системи електроспоживання»)

Харків –ХНУМГ – 2014

Методичні вказівки до лабораторних робіт з дисципліни «Монтаж, наладка та експлуатація електрообладнання» ( для студентів 5 курсу денної, 6 курсу заочної форм навчання, а також слухачів другої вищої освіти зі спеціальності 7.05070103 «Електротехнічні системи електроспоживання»)/ Харк. нац. ун-т міськ. госп-ва ім. О.М. Бекетова; уклад.: А. В. Хитров, Д. В. Рум’янцев,
І. О. Темнохуд. – Х.: ХНУМГ, 2014. – с.

Укладачі: А. В. Хитров, Д. В. Рум’янцев, І. О. Темнохуд.

Рецензент: І. Г. Абраменко

Рекомендовано кафедрою «Електропостачання міст», протокол засідання

№ 1 від 29.08.2013 р.

Зміст

Вступ.....................................................................................................................4

Загальні положення.............................................................................................5

Лабораторна робота 1. Оцінка стану ізоляції силового трансформатора.....7

Лабораторна робота 2. Дослідження фізичної моделі системи контролю ізоляції мереж з ізольованою нейтраллю................................................................22

Лабораторна робота 3. Налагодження та перевірка трансформаторів

струму (ТС)........................................................................................................28

Лабораторна робота 4. Перевірка і наладка трьохполюсного масляного

вимикача.............................................................................................................35

Лабораторна робота 5. Дослідження ємнісних методів контролю зволоже-

ності і ізоляції високовольтного обладнання.................................................51

Лабораторна робота 6. Наладка вимикача високовольтного вакуумного

типу ВВВ-10.......................................................................................................68

Лабораторна робота 7. Комплектний розподільний пристрій серії ВМ-1

(Внутрішньої установки малогабаритне).......................................................75

Список джерел..................................................................................................86

ВСТУП

Відомо, що від продуктивності і якості роботи експлуатаційного персоналу суттєво залежить безперебійне електропостачання всіх споживачів електричної енергії. Тому велике значення має рівень технічної підготовки працівників електротехнічних служб. Метою методичних вказівок є: дати студентам необхідний обсяг теоретичних знань, практичних навичок з експлуатації електрообладнання електричних мереж, необхідних інженер – експлуатаційнику.

Кожна з лабораторних робот складається з реальних зразків електричного обладнання і контрольно – вимірювальної апаратури, що використовуються в умовах експлуатації. До складу роботи включено як теоретичний матеріал з визначення технічного стану електроустановок, так і технологія відповідних робіт на техніці. Такій підхід до виконання робіт має сприяти покращенню підготовки студентів до свідомої та активної участі в організації і проведенні контролю технічного стану електричного обладнання при планово-попереджувальних та позачергових випробуваннях.

Загальні положення

Для успішного виконання лабораторної роботи необхідно ознайомитись з відповідною програмою, вивчити теоретичні матеріали, що відносяться до неї, підготувати звіт по роботі і протоколи випробувань.

Лабораторні установки являють собою реальні зразки обладнання, які знаходяться в експлуатації, що повинно сприяти придбанню студентами практичних навичок в контролі й випробуванні високовольтного обладнання в реальних умовах робот інженера-електрика.

Перш ніж приступити до виконання робіт, студенти повинні пройти спеціальний інструктаж із забезпечення безпеки і протипожежних заходів.

При проведенні лабораторних робіт студенти повинні дотримуватися наступних правил:

– уважно проробити завдання на лабораторну роботу, ознайомитися з вимірювальними і випробувальними схемами, усвідомити послідовність операцій, що проводяться;

– оглянути встановлене на робочому місці обладнання і прилади, пересвідчитися в їх придатності. При наявності незнайомих приладів потрібно вивчити їх конструкцію, технічні характеристики та правила користування;

– перед початком збирання схем встановити, якими пристроями в схему подається наруга, якої вона величини і виду, переконатися, що ці пристрої відключені;

– збирання схем потрібно проводити таким чином, щоб вони вийшли більш наочнішими, не треба застосовувати надто довгі провідники або дуже короткі (внатяг). Приєднувати під один затискач більше двох провідників не рекомендується. Застосовувати провідники без наконечників або з порушеною ізоляцією забороняється;

– при збиранні схем необхідно дотримуватись відповідності технічних характеристик вимірювальної і регулювальної апаратури параметрам випробуваних пристроїв захисту;

– якщо вимірювальні прилади розраховані на декілька маж вимірювання, а апарати допускають включення на різну напругу, то перед збиранням схеми прилади і апарати потрібно включити для роботи на оперативну наругу даної лабораторної установки;

– всі прилади при збиранні схем повинні бути включені на максимальну межу вимірювання, рухомі частини регулювальних трансформаторів повинні знаходитися в положенні, що забезпечує мінімальну напругу на виході, а реостатів – у положенні, що забезпечує максимальний опір;

– включення вимірювальних і випробувальних схем під напругу можна здійснювати тільки після перевірки правильності збирання викладачем. Після включення схеми необхідно провести частину випробувань без запису свідчення вимірювальних приладів і тільки пересвідчившись в правильності роботи схеми, приступити до виконання програми випробувань;

– при виконанні вимірювальних операцій межі вимірювальної апаратури потрібно вибирати таким чином, щоб відлік проводився за показаннями у другій половині шкали, при цьому не можна допускати виходу показник за межі шкали;

– по завершенні роботи потрібно відключити напругу, пересвідчитися у відповідності отриманих результатів необхідним і сповістити при це керівника;

– розбирати схему і перейти до чергового пункту програми роботи слід тільки з дозволу керівника;

– по закінченні лабораторної роботи необхідно прибрати робоче місце, здати прилади і інструменти керівнику, оформити протоколи і звіт по роботі.

Всі роботи повинні проводитись відповідно до вимог правил безпеки в установках напругою більше 1000 В. Перед включенням випробувальних схем під напругу присутні повинні бути обов’язково попереджені про операцію, що планується до виконання.

Робити якісь зміни в схемах, що знаходяться під напругою, або торкатися оголених місць струмопровідних частин пристрою категорично забороняється.

Лабораторна робота 1

Оцінка стану ізоляції силового трансформатора

1.1 Мета роботи

– Усвідомити фізичний зміст електричних процесів, що відбуваються в ізоляції, при вмиканні її на постійну напругу.

– Засвоїти основи експлуатаційних методів контролю технічного стану ізоляції силових трансформаторів за величиною її опору та коефіцієнта абсорбції.

– Одержати уявлення про порядок величин опору ізоляції електрообладнання та їхню залежність від технічного стану ізоляції й умов вимірювання.

1.2 Загальні положення

Поляризацією називається стан речовини, при якій елементарний об'єм діелектрика отримує електричний момент.

Виникнення (індукція) електричного моменту в одиниці об'єму зразка діелектричного матеріалу або ділянки електричної ізоляції може відбуватися під дією електричного поля, механічних напруг або спонтанно (мимовільно).

Поляризованість J – визначає інтенсивність поляризації діелектрика і є кількісною характеристикою діелектрика. Середній електричний момент, що доводиться на одну молекулу діелектрика, дипольний момент молекули:

P=q∙ l (1.1)

Де q – величина заряду, l – відстань між центрами позитивного і негативного заряду. Якщо існує n таких молекул (диполів) в 1м³, то

J=n∙ p (1.2)

Поляризованість J, Кл∙ м/м³ співпадає по значенню з поверхневою густиною зарядів, що виникають на поверхні діелектрика.

Індукований полем електричний момент молекули p, поляризованого діелектрика і напруженість електричного поля Е – векторні фізичні величини. Вектори J і E в ізотропних кристалічних діелектриках і текстурах співпадають і мають різні напрями в анізотропних середовищах. Для ізотропних («лінійних») діелектриків поляризованість J пропорційна напруженості зовнішнього поля Е

J=e₀∙ c∙ Е (1.3)

Де c – безрозмірний параметр, званий діелектричною сприйнятливістю, а e₀ – електрична постійна, рівна 8, 854∙ 10^-12 Ф/м. Для характеристики здатності діелектричних матеріалів до поляризації в техніці використовують безрозмірний параметр – відносну діелектричну проникність e_r (індекс r надалі опускатимемо).

Відлік значень опору ізоляції проводиться після закінчення 1 мін з моменту прикладання напруги. Кабельна лінія напругою до 1 кВ вважається придатною до подальшої експлуатації, якщо опір ізоляції складає не нижче 0, 5 МОм.

При проведенні вимірювань слід враховувати специфіку впливу різних зовнішніх чинників на величину опору ізоляції. Одним з таких чинників є температура. При її підвищенні в більшості діелектриків, що використовуються як електрична ізоляція, збільшується кількість вільних носіїв зарядів, що приводить до зниження опору. У зв'язку з цим однозначно зробити висновок про стан якості ізоляції вельми важко.

Іншим, поширеним чинником, що має вплив на опір ізоляції, є її вогкість. При підвищенні волого поглинення відбувається істотне зменшення опору ізоляції.

Більшість електромагнітних матеріалів, що використовуються, є гігроскопічними, тобто здатними вбирати вологу з навколишнього середовища, що вносить додаткову погрішність в реальну величину опору ізоляції. На практиці для оцінки стану ізоляції доцільно використовувати коефіцієнт абсорбції

(1.4)

Де R_60” і R_15” - значення опору ізоляції, виміряні відповідно через 15 і 60 секунд після прикладання напруги.

Значення k_абс для вологої ізоляції знаходиться в межах 1, 0 – 1, 2, для сухої ізоляції – 1, 2 -1, 7 і вище.

Для вимірювання опору ізоляції устаткування в мережах 0, 4 кВ використовуються мегомметри з вихідною напругою не менше 1000 В, а мережах 6кВ і вище – мегомметри з вихідною напругою 2500 В. У зв'язку з процесом поляризації, протікаючому в ізоляції величина вимірюваного опору залежить від часу прикладання напруги. Еквівалентна схема заміщення ізоляції устаткування представлена на рис.1.1.

Рис.1.1 – Схема заміщення ізоляції устаткування.

Опір R_С обумовлений протіканням в ізоляції струму витоку. Ємність С₀ – еквівалентна геометричній місткості устаткування, що піддається випробуванню (трансформатор, електродвигун). Величина її, як правило, незначна і знаходиться в межах від декількох сотень до декількох тисяч піко фарад. У зв'язку з цим така ємність повністю заряджатиме за час обмежений 15 секундами (R_15”). Силові коливання володіють значною геометричною ємністю, тому з метою зменшення погрішності на величину коефіцієнта абсорбції їх рекомендується відключати від випробовуваного устаткування.

Послідовна ланка C_АБ і R_АБ еквівалентний опір кола в результаті протікання струмів абсорбції. При використовуванні для ізоляції якісних діелектриків, що не містять домішок і вологи,, для заряду ємності буде потрібно значний проміжок часу. На практиці цей час був обмежений 60 секундами (R_60”).

В процесі вимірювання може бути встановлена асиметрія значень опорів, причиною якої є зволоження і забруднення кінцевих муфт КЛ. Для усунення її використовується просочення.

Значення опору ізоляції КЛ напругою вище 1 кВ не нормується.

Вода, що міститься в твердій ізоляції силових трансформаторів, діє як каталізатор в процесі руйнування целюлози і прискорює таким чином процес старіння ізоляції. Вакуумна сушка в поєднанні з низькочастотним нагрівом є ефективним способом, що дозволяє на цілий порядок понизити витрати часу в порівнянні з традиційним методом сушки, заснованим на циркуляції масла.

Силові трансформатори в мережах первинного електропостачання неминуче піддаються дії коротких замикань. Це найбільшою мірою відноситься до трансформаторів тягових підстанцій, оскільки в контактному колі короткі замикання відбуваються досить часто. В результаті виникнення струмів короткого замикання обмотки трансформаторів піддаються значним силовим діям. У зв'язку з цим велике значення має механічна міцність ізоляції трансформаторів, особливо паперової і з пресованого картону.

Відомо, що волога, що міститься в ізоляції сприяє термокінетичному розкладанню целюлози і прискорює процес старіння матеріалу. Тому досягши певного рівня змісту вологи в ізоляції трансформатора для забезпечення його подальшої надійної роботи необхідне просушування. Існують різні способи просушування. Метод Smart Dry, що поєднує вакуумну сушку обмоток з низькочастотним нагрівом (LFH), зарекомендував себе як найраціональніше для трансформаторів потужністю більше 10 МВА і економічно вигідне рішення.

1.3 Чинники, що впливають на процес старіння ізоляційних матеріалів

Механічна міцність ізоляції трансформатора значною мірою визначається так званим ступенем поляризації, яка оцінюється коефіцієнтом поляризації DР. Целюлоза, утворююча основу ізоляційних матеріалів обмоток, складається з певних волоконних ланцюжків, до складу кожної з яких спочатку входить більше 1000 молекул. Швидкість, з якою зменшується коефіцієнт DP, залежить від багатьох чинників. В першу чергу серед таких чинників необхідно назвати температуру. Відомо, що достатньо високі температури в значній мірі зменшують величину коефіцієнта DР. Одна з термічних моделей старіння показує, що підвищення або зниження температури обмотки на 6 ^оС по відношенню до базової температури 98^оС в два рази збільшує або знижує інтенсивність старіння. Іншим чинником є дія кислот на целюлозу. Органічні кислоти, основною складовою яких звичайно є оцтова, утворюються в результаті старіння або окислення ізоляційного масла. Третій важливий чинник – вміст вологи в твердому ізоляційному матеріалі, який збільшується в процесі експлуатації в результаті випаровувань з баку.

Всі ці чинники поступово зменшують довжину волокон целюлози в процесі експлуатації, молекулярні ланки розщеплюються, внаслідок чого коефіцієнт DP зменшується до 200 і нижче. Матеріал стає крихким і у меншій мірі може протистояти впливаючим на нього силам. Це є основною причиною скорочення терміну служби трансформатора. Досліди, що проводилися в Німеччині в 1940-х роках, показали, що більшість волоконних матеріалів зберігає значну електричну міцність після втрати механічної.