Испытания изоляторов

Цель занятия: освоить методы испытаний изоляторов, дефектировку линейной аппаратуры.

Оборудование: аппарат испытания диэлектриков АИД-70 М; универсальная измерительная штанга ШИ-35/110, мегаомметр на 2500 В, изоляторы ПС70 Д; ПФ 160 А; ПСГ-120 А; SDI 30; SDI 50, образцы проводов АС; SAX ВЛ 3; электронно-оптический прибор «Филин-3» или ультразвуковой дефектоскоп УД-8, образцы линейной аппаратуры ВЛ, штангенциркуль или микрометр, справочная литература [17].

Краткие теоретические сведения

Обслуживание линейной изоляции воздушных линий (ВЛ)

Изоляторы на воздушных линиях предназначены для изоляции неизолированных проводов от заземленных элементов опор. Они изготовляются из фарфора, закаленного щелочного стекла, стеклопластиков и других материалов.

Механические свойства стеклянных изоляторов выше, чем фарфоровых (рис. 1.1, табл. 1.1), а эксплуатация проще, так как измерение их электрической прочности не требуется, поскольку при электрическом пробое или механическом воздействии стеклянная тарелка изолятора не растрескивается, а рассыпается, что легко обнаруживается при осмотрах.

Линейные изоляторы работают при непрерывно изменяющихся условиях окружающей среды (температура, туман, атмосферные осадки в виде дождя, снега и т.д.). Они подвергаются постоянному воздействию рабочего напряжения, периодическим воздействиям грозовых и коммутационных перенапряжений, испытывают значительные механические нагрузки от массы и натяжения проводов. В результате воздействия этих факторов изоляторы со временем «стареют» — снижаются их электрические и механические характеристики.

Чтобы повысить надежность работы изоляторов ВЛ в зонах с загрязненной атмосферой, применяют покрытия для наружной поверхности изоляторов водоотталкивающими (гидрофобными) веществами (паста ОРГРЭС-150, кремний, органический вазелин КВ-3). Эти вещества снижают образование сплошной пленки воды на поверхности изоляторов. В зонах с загрязненной атмосферой применяют изоляторы с большой длиной утечки тока по его поверхности (изоляторы исполнения ПСД 70 Е, ПСВ 120 Е, ПСА 160 А).

Рис. 1.1. Подвесные изоляторы:

а— типа ПС 70 Д; б— типа ПС 120 А; в — типа ПС 160 Б; г —типа ПС 210 Б; д — типов
ПС 160 (300, 400, 400 А); е — типа ПС ЗООБ; ж — типа ПФ 70 В; з — типа ПФ 160 А;
и — типа ПФ 200 А; к — типа ПСГ 70 А; л — типа ПСГ 120 А

Во избежание увеличения числа повреждений изоляторов на ВЛ напряжением 6... 10 кВ с железобетонными опорами рекомендуется в районах с загрязненной атмосферой применять штыревые изоляторы на напряжение 20 кВ (ШФ20), а также проводить мероприятия для снижения токов замыкания на землю (например, шунтирование фазы в РУ или в ТП напряжением 6... 10 кВ). Рекомендуется также все штыревые изоляторы проверять при ремонте напряжением 40...50 кВ промышленной частоты.

Для контроля изоляции ВЛ один раз в 6 лет проводится контроль электрической прочности подвесных фарфоровых изоляторов штангой.

Контроль линейной арматуры осуществляется внешним осмотром. Линейная арматура должна браковаться и подлежать замене, если:

¾ поверхность арматуры покрыта сплошной коррозией;

¾ в деталях арматуры имеются трещины, раковины, оплавы, изгибы;

¾ формы и размеры деталей не соответствуют чертежам;

¾ оси и другие детали шарнирных сочленений имеют износ более 10%.

Распределение напряжения по фарфоровым изоляторам в поддерживающих и натяжных гирляндах производится на ВЛ, находящейся под напряжением, при положительной температуре окружающего воздуха с помощью измерительной штанги или штанги с постоянным искровым промежутком.

Измерение сопротивления фарфоровых подвесных изоляторов, снятых с ВЛ, производится мегаомметром на напряжение 2500 В только при положительной температуре окружающего воздуха. Если сопротивление каждого подвесного изолятора не менее 300 Мом, то измерение распределения напряжения по изоляторам может не проводиться [14, п. 30.6.1. П.К.; п. 3. 6. 2.].

При монтаже изоляторов сопротивление изоляции измеряется непосредственно перед установкой изоляторов.

Испытания установленных на ВЛ стеклянных подвесных изоляторов, изоляторов всех типов для подвески грозозащитного троса и полимерных изоляторов не производятся, их контроль осуществляется внешним осмотром.

В некоторых случаях проводится дистанционная проверка изоляторов. Снижение изоляционных свойств приводит к повышению частотных разрядов (в дальнейшем ЧР). ЧР внешне проявляются в изоляции импульсами напряжения и вызванным ими током переходного процесса. Современными методами непосредственно этот ток измерить невозможно, но вызванные им быстрые изменения электромагнитного поля могут быть отмечены достаточно чувствительным прибором.

В настоящее время больше всего применяют два метода обнаружения ЧР в изоляции: электрический и акустический.

Электрический метод основан на измерении тока переходного процесса во внешней цепи. Этот ток определяется как произведение кажущегося заряда ЧР на соответствующий коэффициент.

Импульс тока ЧР создаёт импульс давления в окружающей среде, который регистрируется соответствующим устройством. Это основа акустического метода обнаружения ЧР. Примерами диагностических приборов являются «Филин-3» и ультразвуковой дефектоскоп УД-8.

Порядок выполнения

1. Проведите осмотр изоляторов.

Цель осмотра — выявление дефектов изолятора: трещины в фарфоре, шапках изолятора и деталях арматуры. Наличие всех замков в сочленениях изоляторов, соединенных в гирлянду, и шплинтов в деталях арматуры — обязательные условия работы гирлянды изоляторов.

По степени загрязненности и наличии на изоляторах следов разрядов или белого цвета, иногда охватывающих всю гирлянду, можно судить о приближающемся перекрытии.

Сколы фарфора не должны превышать площади 300 мм²

2. Произведите измерение сопротивления каждого изолятора в гирлянде.

Оно проводится мегаомметром на напряжение 2500 В только при

положительной температуре воздуха. Сопротивление каждого изолятора должно быть не менее 300 МОм.

Результаты измерений занесите в таблицу:

Таблица 1.2

Сделайте вывод о годности изоляторов в гирлянде.

3. Проведите измерение распределения напряжения по изоляторам и определите дефектный изолятор.

4. Проведите осмотр и отбраковку линейной аппаратуры.

Контроль линейной арматуры осуществляется внешним осмотром.

Линейная арматура должна браковаться и подлежать замене, если:

— поверхность арматуры покрыта сплошной коррозией;

— в деталях арматуры имеются трещины, раковины, оплавы, изгибы;

— формы и размеры деталей не соответствуют чертежам;

— оси и другие детали шарнирных сочленений имеют износ более 10%.

5. Дайте подробное описание дефектов линейной арматуры, из-за которых она отбракована.

Размеры линейной арматуры приведены в [17].

6. Проведите диагностирование изоляторов электронно-оптическим прибором «Филин-3» и ультразвуковым дефектоскопом УД-8.

6.1. Соберите гирлянду из 4-х изоляторов;

6.2.Присоедините аппарат АИД-70 М по схеме (см. Тема 3.1. Лабораторное занятие № 1 Проверка распределения напряжения вдоль гирлянды изоляторов, рис. 1.2.-1.3, Порядок выполнения: п. 4—8).

6.3. Выполнение работ с прибором «Филин-3».

Наблюдая в окуляр, направить объектив прибора на гирлянду изоляторов, не менее чем с двух позиций. Определить наличие в гирлянде дефектных изоляторов по регистрации на них частичных поверхностных разрядов. Работу следует выполнять в темное время суток. Применяя светофильтры, можно проводить диагностирование в дневное время в пасмурные (не солнечные) периоды. Выявленные при диагностировании дефектные изоляторы в гирлянде зафиксировать. Нумерация изоляторов в гирлянде устанавливается со стороны заземленной конструкции.

6.4. Выполнение работ с ультразвуковым дефектоскопом УД- 8.

Включить прибор. Перемещаясь вдоль воздушной линии на расстоянии не более 20 м от диагностируемого объекта, по звуковому сигналу определить местонахождение гирлянды с дефектным изолятором, являющимся источником акустических колебаний в диапазоне частот 43—45 кГц. По мере приближения к гирлянде с дефектным изолятором звук усиливается. Выявленные при диагностировании гирлянды с дефектными изоляторами зафиксировать.

Содержание отчета:

1. Описание результатов осмотра изоляторов

2. Результаты измерения сопротивления изоляторов, табл. 1.2.

3. Результаты измерения распределения напряжения по изоляторам.

4. Результаты осмотра и отбраковки линейной аппаратуры с описанием дефектов.

5. Результаты диагностирования изоляторов электронно-оптическим прибором «Филин-3» и ультразвуковым дефектоскопом УД-8.

6. Выводы.

7. Ответы на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

1. Перечислите способы диагностирования изоляторов ВЛ.

2. Укажите, в каком случае можно не проводить измерения распределения напряжения по изоляторам в гирлянде.

3. Поясните принцип диагностирования изоляторов с использованием электрического и акустического приборов.

4. Перечислите основные повреждения изоляторов.

5. Определите основные дефекты образца линейной аппаратуры, предложенной преподавателем.

Тема 4.2. Техническое обслуживание кабельных линий

Лабораторное занятие № 1
Испытания высоковольтного кабеля

Цель занятия: приобрести навыки контроля изоляции и испытания кабеля высокого напряжения.

Оборудование, приборы: аппарат испытания диэлектриков АИД-70 М; логометрический мегаомметр типа М4100/5; трехжильный кабель с вязкой пропиткой типа АОСК-10.

Краткие теоретические сведения

Для кабелей напряжением до 1000 В контроль состояния изоляции осуществляется измерением сопротивления изоляции мегаомметром 1000—2500 В. Величина ее не нормируется, но должна быть не менее нескольких десятков мегом. У трехфазных кабелей измерение сопротивления изоляции производится для каждой жилы по отношению к двум другим, заземленным. Недостатком этого способа контроля изоляции является невозможность обнаружения дефектов, развивающихся в изоляции при высоких напряжениях (например, внутренние частичные разряды за счет газовых включений в изоляции кабеля). Поэтому у кабелей напряжением выше 1000 В производится измерение сопротивления изоляции мегомметром, и испытание повышенным выпрямленным напряжением с измерением тока утечки каждой жилы относительно оболочки и двух других заземленных жил. Величина испытательного выпрямленного напряжения приведена в табл. 1.1.

Величина тока утечки не нормируется. При удовлетворительном состоянии кабеля ток утечки составляет:

— у кабелей до 10 кВ — до 500 мкА;

— у кабелей 20—35 кВ — до 800 мкА.

При испытании определяется коэффициент асимметрии токов утечки по фазам, который при удовлетворительной изоляции обычно не превышает 2. Результаты испытаний кабелей считаются удовлетворительными, если при испытаниях не произошло пробоя, и ток утечки в период приложения максимального напряжения не возрастал. Если ток утечки растет, испытания продолжаются до наступления пробоя.

Порядок выполнения

1. Ознакомиться с оборудованием рабочего места, логометрическим мегаомметром М4100/5, аппаратом испытания диэлектриков АИД-70 М и его органами управления (см. Тема 3.1. Лабораторное занятие № 1 Проверка распределения напряжения вдоль гирлянды изоляторов).

2. Подготовить прибор М4100/5 к работе:

— подключить проводники к клеймам «Л» и «3» мегомметра. Переключатель поставить в положение «М’П», замкнуть проводники накоротко, вращая ручку генератора со скоростью 120 об/мин, стрелка должна установиться на нуль по шкале «М’Ω».

— переключатель поставить в положение «К’Ω», замкнуть проводники накоротко, при вращении ручки генератора стрелка должна установиться на нуль по шкале «К’Ω».

3. Измерить сопротивление изоляции жил кабеля, подключив прибор согласно схемам (рис. 1.2—1.3). Результаты измерений занести в табл. 1.2.

4. Произвести испытание кабеля выпрямленным высоким напряжением при помощи аппарата АИД-70 М, подключение испытываемого кабеля к прибору произвести в соответствии с рис. 1.4.

		Свинец Изоляция
	Рис. 1.2. Схема измерения сопротивления изоляции жил кабеля относительно земли

		Рис. 1.2. Схема измерения сопротивления изоляции жил кабеля относительно земли

	Рис. 1.4. Схема подключения аппарата АИД-70 М к испытываемому кабелю Таблица 1.2

Данные и результаты испытания занести в табл. 1.3

Содержание отчета

1. Результаты измерения сопротивления изоляции жил кабеля, табл. 1.2.

2. Результаты испытания кабеля высоким постоянным напряжением табл. 1.3.

3. Выводы.

4. Ответы на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

1. Что собой представляет электрический кабель?

2. Перечислить основные элементы силового электрического кабеля.

3. Конструкция кабелей с вязкой пропиткой и их разновидности.

4. Устройство и разновидности маслонаполненных кабелей.

5. Применение и конструкция газонаполненных кабелей.

6. Назначение и конструкция кабелей с пластмассовой изоляцией.

Лабораторное занятие № 2
Определение места повреждения кабельной линии

Цель занятия: овладеть навыками определения места повреждения кабельной линии.

Оборудование, приборы и материалы:

1. Мегаомметр универсальный.

2. Испытатель кабелей и линий ИКЛ-4 или ИКЛ-5.

3. Мост постоянного тока Р-333.

4. Генератор звуковой частоты ГЗТЧ-4.

5. Кабелеискатель.

6. Стенд, имитирующий повреждения кабеля:

— пробой изоляции жил на землю;

— замыкание жил между собой;

— обрыв жил без заземления.

Краткие теоретические сведения

Чтобы определить место повреждения кабеля, необходимо установить характер его повреждения. Для этого мегаомметром 2500 В измеряют сопротивление изоляции токоведущих жил кабеля относительно земли и между каждой парой жил. Проверяют отсутствие обрыва жил. После этого устанавливают зону, в границах которой имеется повреждение, а затем уже непосредственно на трассе кабельной линии отыскивают место повреждения.

Зону повреждения кабеля определяют следующими основными методами: емкостным, петлевым, импульсным и методом колебательного разряда. Точное выявление места повреждения производят абсолютным индукционным или акустическим методами.

В кабельных линиях возможны следующие повреждения:

— пробой или нарушение изоляции, вызывающие замыкание одной жилы на землю;

— замыкание двух или трех жил на землю;

— замыкание двух или трех жил между собой в одном месте;

— замыкание двух или трех жил между собой в разных местах;

— обрыв одной, двух или трех жил без заземления:

— обрыв одной, двух или трех жил с заземлением оборванных;

— обрыв одной, двух или трех жил с заземлением необорванных;

— заплывающий пробой изоляции.

В кабельных линиях низкого напряжения повреждения выявляют путем замера мегаомметром сопротивления изоляции каждой токоведущей жилы кабельной линии по отношению к земле и между каждой парой жил.

В кабельных линиях высокого напряжения вид повреждения определяют путем поочередного испытания каждой жилы (с заземлением и без заземления остальных) постоянным током от установки типа АИД-70 медленным подъемом напряжения до испытательного. При двойном разрыве кабеля, повреждении изоляции жил в разных местах для выявления характера повреждения применяют приборы типа ИКЛ-4 и ИКЛ-5.

При определении зоны повреждения кабельных линий импульсным методом используют прибор ИКЛ-5 (испытатель кабелей и линий) или приборы Р5-1 А, Р5-5, Р5-8, Р5-9, Р5-10. Этот метод основан на измерении времени между моментом посылки в кабель прибором ИКЛ-5 кратковременного электрического импульса и моментом возврата импульса отраженного от места повреждения.

Импульсным методом определяют устойчивые однофазные и между- фазные короткие замыкания при переходных сопротивлениях не более 100 Ом, обрыв одной, двух или всех жил кабеля. Точное место повреждения выявляют непосредственно на кабельной трассе индукционным или акустическим методом. Иногда можно достаточно точно определить место повреждения одним методом (например, петлевым), в большинстве же случаев используют два, а иногда и несколько методов.

Метод трех измерений применяется для определения места замыкания одной жилы кабеля на землю при наличии двух вспомогательных жил любого сопротивления. Последовательно производят три измерения по схемам, изображенным на рис. 2.1 а, б, в и записывают три показания плеча сравнения, при этом переключатель «ПС» устанавливают в положение «ЗИ», а переключатель «N=» в положение 1/4, 1/9 или 1/1 в зависимости от сопротивления проверяемых проводов.

Примечание. Множитель «N» для всех схем, изображенных на рис. 2.1, устанавливается один и тот же.

Расстояние до места повреждения определяют по формуле:

(1)

где L — длина линии; L = 24 м.

Рис. 2.1. Схема определения места повреждения кабеля. Метод трех измерений

Сопротивление поврежденного провода от обоих концов места повреждения определяют по формулам:

(2)

(3)

где K=10 при N=1/9,

K=5 при N=1/4,

K=2 при N=1/1;

R₁, R₂, R₃ — отсчет по магазину плеча сравнения соответственно при 1, 2, 3 измерениях.

Метод петли применяется для определения места замыкания одной жилы кабеля на землю в симметричных линиях с относительно низким сопротивлением. Метод петли используют в тех случаях, когда на испытываемом кабеле есть хотя бы одна неповреждённая жила, а величина переходного сопротивления повреждённой — не более 5000 Ом. Для измерений используют мост. Возможно так же прим нение высоковольтного измерительного моста реохордного типа при большом, но устойчивом переходном сопротивлении.

Методом петли надёжно определяют однофазные и двухфазные замыкания устойчивого характера. Трёхфазные замыкания могут быть определены при наличии дополнительной жилы, для чего вдоль трассы прокладывают вспомогательный кабель или провод.

Рис. 2.2. Схема определения места повреждения кабеля при однофазном замыкании. Метод петли

Для определения места повреждения кабеля при однофазном замыкании (рис. 2.2) повреждённую 1 и здоровую 2 жилы соединяют накоротко перемычкой 3 на противоположном (от подключения измерительной схемы) конце схемы, образуя петлю. Чтобы уменьшить переходное сопротивление, соединение жил выполняют непосредственно под болт или специальными зажимами, при больших сечениях жил перемычкой сечением не менее 50 мм. С другой стороны к концам жил подсоединяют дополнительные (регулируемые) резисторы R и M, которые вместе с петлёй создают схему моста. При измерении переключатель «ПС» установить в положение «/МП» переключатель «N=» — М 1000.

Сопротивление R_х и расстояние l_х до места повреждения определяют по формулам:

(4)

(5)

где L — длина провода (кабеля), м;

Х_r — сопротивление петли, Ом;

R — отсчет по плечу сравнения, Ом;

M— сопротивление отдельного плеча отношения равное 1000 Ом.

Определение места короткого замыкания между проводами

При полном коротком замыкании между проводами производится измерение сопротивления петли согласно рис. 2.3 а, при этом переключатель «ПС» устанавливают в положение «2з».

Расстояние до места повреждения определяют по формуле:

(6)

где N ₁ — положение рукоятки переключателя «N=»;

R — отсчет по плечу сравнения; Ом;

r — сопротивление единицы длины провода (одинаково для обоих проводов); Ом.

Сопротивление единицы длины провода определяют по формуле:

где — удельное сопротивление проводника (жилы) кабеля, = 0, 0283 Ом-мм²/км;

l — длина единицы кабеля; принять l =10м = 0, 01км;

S — сечение жилы кабеля, мм²; S=6 мм²

Порядок выполнения

1. Мегомметром проверить характер повреждения кабеля.

Подключая мегомметр поочередно разными фазами, определить

повреждение изоляции между фазами (в этом случае мегомметр покажет «0»). Тумблер на стенде переключить в положение («земля» Для определения замыкания на землю присоединяют поочерёдно провода, один из проводов надо подсоединить к клемме («земля»* После каждого из измерений разряжают кабель.

2. Определив характер повреждения, соберите схемы (2.1. а, 2.1. б. 2.1. в) поочередно.

Тумблер на стенде должен быть в положении «земля».

Переключатель N должен быть равен 1.

Питание моста постоянного тока от сети «1, 5 В».

Произведите замеры сопротивлений R₁ (по схеме 2.1. а); R₂ (по схеме 2.1. б); R₃ (по схеме 2.1. в).

3. Определите расстояние до места повреждения по формуле (1).

4. Соберите схему (рис. 2.2), тумблер на стенде должен быть в положении «земля».

5. Измерьте сопротивление R и определите расстояние до места повреждения по формуле (5).

6. Соберите схему (рис. 2.3. а), тумблер на стенде переключите в положение «☇», переключатели моста: ПС — в положении «2з»; N=0, 1.

7. Измерьте сопротивление R₁, и определите расстояние до места повреждения по формуле (6).

8. Определите относительные погрешности измерений по формуле:

Содержание отчета

1. Электрические схемы.

2. Результаты измерений и расчеты.

3. Наряд-допуск.

5. Выводы.

6. Ответы на контрольные вопросы

Контрольные вопросы

1. Перечислите возможные повреждения кабеля.

2. Укажите меры безопасности при работах по отысканию места повреждения кабеля.

3. Перечислите приборы, с помощью которых определяют зоны повреждения кабеля.

4. Назовите методы определения повреждения в кабельной линии.

5. Поясните показания мегаомметра при определении:

а) разрыва жил кабеля;

б) КЗ между фазами.