Установка для испытания изоляции объектов электротехнического назначения
INSULATION TEST PLANT FOR ELECTROTECHNICAL OBJECTS

Изобретение относится к области электроэнергетики, а именно к компактным установкам (приборам), позволяющим проводить испытания изоляции объектов электротехнического назначения повышенным переменным напряжением 50 Гц и постоянным напряжением максимальным выходным напряжением до 10 кВ.
Известна установка пробойная универсальная УПУ -10, содержащая блок управления и блок высокого напряжения, (см. http://etalonpribor.com.ua/pdf/UPU10%20RE.pdf)
Блок управления и блок высокого напряжения выполнены переносными и соединены кабелями. Блок управления включает регулятор испытательного напряжения TV2 (ЛАТР - 5А). Блок высокого напряжения включает трансформатор высоковольтный TV1, переключатель высоковольтный, измерительный высоковольтный делитель напряжения, измерительный шунт, выпрямительные столбы, заземлитель и другие элементы. Трансформатор TV1 и переключатель помещены в бак, заполненный трансформаторным маслом, используемым в качестве изолятора.
Недостатками устройства являются следующие.
Известное устройство выполнено из двух блоков, и для его переноса требуются усилия двух человек, что неудобно при эксплуатации.
Известное устройство имеет недостаточную мощность, что ограничивает время его непрерывной работы.
Известное устройство имеет один токовый вход, что неудобно и не позволяет достоверно измерять ток утечки.
Известное устройство имеет избыточные органы управления диапазонами измерения вследствие низкой точности прибора, при этом имеет большую погрешность измерений.
Работа известного устройства ограничена значениями температуры воздуха от +5°C до +40°C.
Известное устройство выявляет приведенную основную погрешность, отсутствуют автоматический режим и режим источника тока; не производится полное измерение параметров выходного испытательного напряжения, масса и размеры по причине отсутствия принудительных воздушной и жидкостной систем охлаждения велики.
Технической задачей является получение установки, обладающей расширенными функциональными возможностями в области рабочих температур и измеряемых электрических параметров испытательного напряжения, а также повышенной эффективностью и удобством испытаний, а также повышенной безопасностью для персонала.
Техническим результатом является повышение эффективности обнаружения мест с дефектами изоляции, уменьшение трудоемкости при серии однотипных испытаний, уменьшение трудозатрат персонала по способу подключения объектов испытания при одновременном уменьшении весогабаритных параметров установки и значительном увеличении точности и достоверности измеряемых параметров.
Технический результат достигается тем, что в установке для испытания изоляции объектов электротехнического назначения, содержащей блок управления и блок высокого напряжения, включающий высоковольтный трансформатор, высоковольтный делитель напряжения и высоковольтный переключатель рода тока, имеются отличия, а именно: она выполнена в едином корпусе, внутри которого размещены блок питания, оснащенный таймером блок управления, блок измерения, установленный в непосредственной близости от высоковольтного модуля, регулятор напряжения, блок температурный, при этом высоковольтный модуль выполнен в виде герметичного модуля с двойной изоляцией в виде полого пластмассового корпуса, заполненного жидким диэлектриком, при этом он дополнительно включает высоковольтный выпрямитель, высоковольтные сглаживающие конденсаторы, ограничительный резистор, высоковольтное разрядное устройство и гидравлические разъемы для соединения с жидкостной системой принудительного охлаждения, снабжен встроенным высоковольтным разъемом для подключения испытуемого объекта, причем соединение блока измерений и блока управления выполнено по цифровому последовательному интерфейсу через гальваническую развязку, блок питания соединен только с блоком управления, вход блока управления соединен с выходом блока измерения, выход блока управления соединен с входом регулятора напряжения и входом питания блока измерения, вход блока измерения подключен к выходу делителя напряжения высоковольтного блока, выход регулятора напряжения подключен к входу высоковольтного блока, одновременно регулятор напряжения и высоковольтный модуль подключены к блоку температурному, выход которого соединен с входами воздушной системы принудительного охлаждения и жидкостной системы принудительного охлаждения, выход воздушной системы принудительного охлаждения выполнен с возможностью воздействия на регулятор напряжения и жидкостную систему принудительного охлаждения, а выход жидкостной системы принудительного охлаждения подключен к гидравлическому входу высоковольтного модуля.
В жидкостной системе принудительного охлаждения высоковольтного модуля в качестве теплоносителя использован жидкий диэлектрик. Установка имеет два токовых входа - для заземленной и незаземленной нагрузки.
Установка имеет цифровой последовательный канал передачи измеренных оцифрованных значений тока и напряжения в блок управления для их математической обработки.
Установка обладает высокой удельной мощностью при своих габаритах и массе, что достигается за счет применения комбинированной принудительной системы охлаждения.
Установка позволяет одновременно измерять и отображать среднеквадратические, амплитудные и средние значения напряжения, среднеквадратические значения тока за счет математического вычисления встроенным программным обеспечением параметров оцифрованного измеряемого и генерируемого сигнала.
Установка позволяет применять ее не только как источник напряжения, но и имеет режим источника тока, что позволяет разрушить место с дефектом изоляции для его визуального обнаружения.
На чертеже приведена блок-схема устройства, подтверждающая возможность промышленного применения изобретения при всей совокупности признаков в формуле.
Установка выполнена в едином корпусе, внутри которого размещены функциональные блоки на шасси в виде механической конструкции с расположенными крепежными элементами для фиксации блоков.
Корпус снабжен клеммой для измерения тока испытуемого объекта - вход измерения тока при незаземленной нагрузке.
Установка содержит блок питания 1, блок управления 2, блок измерения 3, регулятор 4 напряжения, высоковольтный модуль 5, блок 6 температурный, воздушную систему 7 принудительного охлаждения, жидкостную систему 8 принудительного охлаждения диэлектрика.
Высоковольтный модуль 5 является единым герметичным модулем, имеющим двойную изоляцию, а именно: первичную изоляцию в виде полого пластмассового корпуса при толщине пластмассы в 5 мм (меньше небезопасно и менее надежно, т.к. механическая прочность страдает, больше 5 мм дорого и избыточно) и вторичную изоляцию в виде жидкого диэлектрика. Высоковольтный модуль 5 включает высоковольтный трансформатор, высоковольтный делитель напряжения, высоковольтный выпрямитель, высоковольтные сглаживающие конденсаторы, ограничительный резистор, высоковольтное разрядное устройство и переключатель рода тока и гидравлические разъемы, соединенные посредством гидравлических шлангов с жидкостной системой принудительного охлаждения, заполненной жидким диэлектриком, который выполняет функцию высоковольтной изоляции и теплоносителя для жидкостной системы принудительного охлаждения. Высоковольтный модуль 5 снабжен встроенным высоковольтным разъемом для подключения объекта испытаний с помощью входящего в комплект установки высоковольтного кабеля с зажимом типа 'крокодил' со стороны объекта испытаний.
Блок 3 измерений расположен непосредственно на высоковольтном модуле 5, расстояние между которыми не превышает 3-4 см, что позволяет уменьшить длину аналоговых линий связей, снизить уровень помех и повысить точность измерений блока измерения.
Соединение блока 3 измерений и блока 2 управления происходит по цифровому последовательному интерфейсу, что минимизирует искажение передаваемых измеренных данных от воздействия аналоговых шумов. Наличие клеммы, расположенной на корпусе установки, позволило разместить два входа для измерения тока испытуемого объекта, а именно вход измерения тока при заземленной нагрузке и вход измерением тока при незаземленной нагрузке.
Безопасность персонала при использовании установки обеспечена гальванической развязкой блока 3 измерений и блока 2 управления, заземлением панелей блока 3 измерений и блока 2 управления, а также дополнительной изоляцией органов управления применением пленочных материалов.
В качестве индикации применен графический индикатор, что позволило одновременно на нем отобразить среднеквадратичные, средние и амплитудные значения напряжения, среднеквадратичные значения тока, режимы работы, показания встроенного в установку таймера, который является частью блока 2 управления и представляет собой часть основного микроконтроллера, в котором находится программа управления для предупреждения о безопасности и аварийных сообщений.
При этом блок 1 питания соединен только с блоком 2 управления. Вход блока 2 управления соединен с выходом блока 3 измерения, а выход блока 2 управления соединен с входом регулятора 4 напряжения и входом питания блока 3 измерения. Вход блока 3 измерения подключен к выходу делителя напряжения высоковольтного модуля 5.
Выход регулятора напряжения 4 подключен к входу высоковольтного модуля 5, одновременно регулятор напряжения 4 и высоковольтный модуль 5 подключены к блоку 6 температурному. Выход блока 6 температурного соединен с входами воздушной системы 7 принудительного охлаждения и жидкостной системы 8 принудительного охлаждения диэлектрика. Выход воздушной системы 7 принудительного охлаждения воздействует на регулятор 4 напряжения и жидкостную систему 8 принудительного охлаждения диэлектрика, а выход жидкостной системы 8 принудительного охлаждения диэлектрика подключен к гидравлическому входу высоковольтного модуля 5.
Установка оснащена цифровым последовательным каналом передачи измеренных оцифрованных значений тока и напряжения в блок 2 управления для их математической обработки, что повышает достоверность измеренных величин.
Установку используют для испытания изоляции объектов электротехнического назначения переменным напряжением частотой 50 Гц и постоянным напряжением, когда на один вывод испытуемого объекта подают высокое напряжение и второй вывод соединяют с шиной заземления при заземленной нагрузке или второй вывод соединяют с токовой клеммой на корпусе прибора при незаземленной нагрузке, например, при испытании диэлектрических материалов и элементов, электротехнических изделий, конденсаторов, ограничителей перенапряжений и защитных резисторов, средств защиты, изоляции машин постоянного тока, изоляции кабельных изделий, а также моточных изделий, например, обмотки генераторов и компенсаторов, цепей возбуждения и резисторов цепи гашения ноля, обмотки электродвигателей переменного тока, с одновременным измерением тока при заземленной нагрузке.
Такой способ измерения тока позволяет упростить измерения в тех ситуациях, когда второй вывод объекта испытаний трудоемко отключить от заземляющего проводника и вывести для наружного подсоединения.
При проведении серии однотипных испытаний в установке предусмотрен автоматический режим, при котором испытания происходят по нажатию одной кнопки оператором.
Выходом установки является высоковольтный модуль 5, подключаемый посредством высоковольтного разъема непосредственно к объекту испытания с помощью высоковольтного кабеля, входящего в комплект установки.
Объект испытания может быть подключен к заземлению или может быть подключен к входной токовой клемме, расположенной на корпусе установки и являющейся частью блока 3 измерений, при этом изоляцию объекта испытаний подвергают воздействию переменным напряжением и постоянным напряжением отрицательной полярности в течение интервала времени, отсчитываемого таймером.
Сигнал питания с блока 1 питания поступает на вход блока 2 управления, в свою очередь блок 2 управления, после проверки отсутствия аварийных событий, подает питание на вход блока 3 измерений. Одновременно на сигнальный вход блока 3 измерений поступают аналоговые сигналы тока и напряжения с высоковольтного модуля 5. Силовое управление высоковольтного модуля 5 осуществляется с выхода регулятора 4 напряжения, в свою очередь управляемого блоком 2 управления. Таким образом, формируют и фиксируют требуемый испытательный сигнал для объекта испытаний. Причем наличие в высоковольтном модуле 5 встроенного разрядного устройства, позволяет снимать заряд с емкостного объекта испытаний.
Автоматический режим испытаний позволяет удерживать испытательное напряжение на выходе установки согласно заданному интервалу встроенного таймера.
Полностью независимый по сигналам управления от блока 2 управления блок 6 температуры отслеживает тепловой режим регулятора 4 напряжения и высоковольтного модуля 5, активирует независимые воздушную систему 7 принудительного охлаждения в виде воздушного вентилятора и воздуховода, в котором расположены охлаждаемые компоненты, и жидкостную систему 8 принудительного охлаждения диэлектрика. Данные системы охлаждения включаются в работу независимо друг от друга, а при нагруженном режиме дополняют друг друга, повышая, таким образом, эффективность охлаждения.
Жидкостная система 8 принудительного охлаждения диэлектрика соединена посредством гидравлических шлангов с гидравлическими разъемами, расположенными в высоковольтном модуле 5, таким образом жидкий диэлектрик, предназначенный для электрической изоляции элементов высоковольтного модуля 5, выполняет функцию теплоносителя для жидкостной системы 8 принудительного охлаждения диэлектрика.
Таким способом достигается значительное увеличение удельной мощности высоковольтного модуля 5 и, как следствие, работа установки пробойной универсальной при полной мощности в течение неограниченного времени.
Предлагаемая установка - это установка с выходным напряжением до 11 кВ и выходным током до 110 мА, выходная мощность до 1200 Вт, она позволяет измерять испытательное напряжение, измерять время испытаний, определять был ли пробой изоляции или нет по истечении времени испытаний. Установка работоспособна в интервале температур -20°C до+40°C.