Испытания высоковольтного оборудования переменного тока коммутационной аппаратуры и устройств управл

Испытания высоковольтного оборудования переменного тока коммутационной аппаратуры и устройств управления

Введение
Высоковольтное коммутационное оборудование и устройства управления играют критическую роль в обеспечении надежности, безопасности и стабильности работы электрических сетей переменного тока. Они отвечают за включение и отключение токов (номинальных, перегрузочных, аварийных), управление потоками мощности и защиту дорогостоящих элементов системы. Гарантировать их безаварийную работу в течение всего срока службы возможно только при проведении комплексных и строгих испытаний на этапах разработки, производства и эксплуатации. Данная статья охватывает ключевые аспекты таких испытаний.

1. Объекты испытаний
Испытаниям подвергаются основные виды аппаратов, предназначенных для коммутации цепей переменного тока среднего и высокого напряжения:

• Выключатели переменного тока: Вакуумные, элегазовые (SF6), воздушные, масляные. Основные объекты испытаний.
• Разъединители и заземлители: Аппараты, обеспечивающие создание видимого разрыва цепи и безопасное заземление участков сети.
• Короткозамыкатели и отделители: Специализированная аппаратура для искусственного создания КЗ и последующего быстрого отключения поврежденного участка.
• Предохранители высокого напряжения: Аппараты токоограничивающего и плавкого типа.
• Комбинированные аппараты (например, выключатели-разъединители).
• Приводные механизмы (устройства управления): Пружинные, пневматические, гидравлические, электромагнитные, электромоторные приводы, обеспечивающие необходимое усилие и скорость срабатывания коммутационных аппаратов.
• Системы управления и релейной защиты: Блоки управления, шкафы, контроллеры, задающие логику работы и получающие сигналы от защит для инициирования отключения.

2. Область испытаний
Испытания проводятся для решения следующих ключевых задач:

• Подтверждение соответствия требованиям стандартов: Основные стандарты (серии МЭК 62271, ГОСТ Р, ГОСТ и др.) устанавливают обязательные типовые и приемо-сдаточные испытания.
• Оценка коммутационной способности: Способность аппарата надежно включать и отключать заданные токи (номинальный рабочий ток, номинальный ток отключения, включающую способность, емкостные и малые индуктивные токи).
• Проверка диэлектрической прочности: Устойчивость изоляции аппарата к рабочим напряжениям, грозовым и коммутационным перенапряжениям как между фазами и на землю, так и внутри дугогасительных устройств в разомкнутом состоянии.
• Определение токоведущей способности: Способность аппарата длительно пропускать номинальный ток без превышения допустимых температур.
• Проверка механической надежности и ресурса: Способность выполнять заданное количество операций (механических и коммутационных) без ухудшения характеристик.
• Оценка характеристик приводов и устройств управления: Скорость срабатывания, усилие, синхронность фаз, потребляемая мощность, надежность работы от вторичных цепей питания.
• Проверка термической и динамической стойкости при сквозных токах КЗ: Способность выдерживать тепловое и электродинамическое воздействие токов короткого замыкания без разрушения в течение заданного времени.
• Контроль качества изготовления: Выявление скрытых дефектов материалов и сборки.
• Эксплуатационный контроль: Периодические испытания в процессе эксплуатации для оценки состояния оборудования и прогнозирования остаточного ресурса.

3. Методы испытаний
Для оценки характеристик оборудования применяется комплекс взаимодополняющих методов:

• Испытания коммутационной способности:
  • Испытания на отключение: Моделирование отключения номинального тока отключения, емкостных токов (линий, батарей конденсаторов), малых индуктивных токов (трансформаторов, реакторов), токов несимметричного КЗ. Проверяются: успешность гашения дуги, отсутствие повторных пробоев, перенапряжения, стойкость контактов.
  • Испытания на включение: Включение на номинальный ток включения (обычно равный току электродинамической стойкости КЗ). Проверяются: отсутствие сваривания контактов, механическая целостность.
  • Комбинированные испытания (ЦИКЛЫ О-В-О, В-О и т.д.): Последовательное выполнение операций отключения и включения с заданными паузами для имитации реальных режимов сети и проверки термической стойкости дугогасительного устройства.
  • Испытания на стойкость при малых токах: Отключение токов, близких к нулю (проверка среза тока, перенапряжений).
• Диэлектрические испытания:
  • Испытания промышленной частотой (50/60 Гц): Подача повышенного переменного напряжения на изоляцию для проверки ее общей прочности.
  • Импульсные испытания: Подача стандартных грозовых (1.2/50 мкс) и коммутационных (250/2500 мкс) импульсных напряжений для оценки стойкости к перенапряжениям.
  • Испытания частичных разрядов (ЧР): Выявление локальных дефектов в твердой и жидкой изоляции по уровню и характеру частичных разрядов.
  • Испытания постоянным напряжением: Иногда применяются для проверки состояния изоляции некоторых типов аппаратов (после монтажа, в эксплуатации).
• Испытания на нагрев (токоведущей способности): Длительное пропускание номинального тока через замкнутый аппарат для измерения установившихся температур токоведущих частей и контактов и сравнения их с допустимыми по стандарту.
• Испытания на механическую и коммутационную стойкость: Проведение серии механических операций (включение-отключение без тока) и/или коммутационных операций (с номинальным током) для проверки износостойкости и сохранения характеристик.
• Испытания на динамическую и термическую стойкость при КЗ: Пропускание через замкнутый аппарат тока короткого замыкания заданной величины и длительности (обычно 1-3 сек). Оценивается способность выдерживать электродинамические усилия (пиковое значение тока) и нагрев (действующее значение тока за время протекания).
• Испытания приводов и устройств управления:
  • Измерение времени включения/отключения.
  • Измерение скорости движения контактов.
  • Проверка синхронности срабатывания полюсов.
  • Измерение усилий/моментов.
  • Испытания на срабатывание при пониженном напряжении питания.
  • Проверка работы блокировок и сигнализации.
  • Испытания на механическую стойкость (циклы операций).
• Контрольно-диагностические испытания: Измерение сопротивления контактов (микроомметр), проверка состояния изоляции (мегаомметр, тангенс угла диэлектрических потерь), анализ характеристик срабатывания (операционные осциллографы).

4. Испытательное оборудование
Для проведения полного комплекса испытаний требуется специализированное высокомощное оборудование:

• Высоковольтные испытательные генераторы:
  • Генераторы промышленной частоты: Мощные трансформаторы напряжения или каскадные установки для получения десятков и сотен кВ переменного напряжения.
  • Генераторы импульсных напряжений: Установки, формирующие стандартные импульсы 1.2/50 мкс и 250/2500 мкс (генераторы Маркса).
  • Генераторы постоянного напряжения: Выпрямители высокого напряжения.
  • Генераторы коммутационных перенапряжений (КПН): Комплексные установки для моделирования специфических КПН.
• Высоковольтные источники тока:
  • Мощные испытательные трансформаторы тока: Для создания больших переменных токов (десятки кА) при сравнительно низком напряжении (испытания на нагрев, динамическую стойкость).
  • Синхронные генераторы короткого замыкания: Очень мощные машины, способные генерировать токи КЗ, близкие к реальным сетевым условиям (до сотен кА).
  • Импульсные генераторы тока LC-типа: Используются для моделирования токов отключения и включения. Заряжаемые от источника постоянного напряжения батареи конденсаторов разряжаются через индуктивность и испытуемый аппарат, создавая затухающий синусоидальный или апериодический ток заданной амплитуды и постоянной времени.
  • Синтетические испытательные установки: Наиболее сложные и универсальные. Используют раздельные источники напряжения (ВН часть) и тока (Токовая часть), которые синхронизированно подключаются к аппарату в критический момент коммутации. Позволяют испытывать аппараты на параметры, недостижимые для прямых методов (особенно на высокие напряжения и токи).
• Измерительные системы:
  • Высоковольтные делители напряжения: Резистивно-емкостные или емкостные, для измерения высоковольтных импульсных и переменных сигналов.
  • Шунты и измерительные трансформаторы тока: Прецизионные низкоомные резисторы (шунты) или трансформаторы тока для измерения больших токов с высокой точностью и широкой полосой пропускания.
  • Высокоскоростные цифровые осциллографы: С большим объемом памяти и полосой пропускания (сотни МГц — единицы ГГц) для регистрации быстропеременных процессов (токи, напряжения при коммутации, перемещения контактов).
  • Системы измерения частичных разрядов: Чувствительные измерители с полосовыми фильтрами и калибровкой.
  • Системы измерения времени, скорости и перемещения контактов: Оптические, емкостные, индуктивные датчики.
  • Системы измерения температуры: Термопары, инфракрасные пирометры/камеры.
• Вспомогательное оборудование: Системы автоматизации испытаний, системы управления, коммутационные камеры, блоки защиты, источники оперативного тока для приводов, климатические камеры (для испытаний в различных условиях окружающей среды).

Заключение
Испытания высоковольтной коммутационной аппаратуры переменного тока и устройств ее управления представляют собой сложный, ресурсоемкий, но абсолютно необходимый процесс. Только комплексные испытания, проведенные в соответствии с требованиями международных и национальных стандартов на специализированном оборудовании, могут гарантировать, что аппарат безопасно и надежно выполнит свои функции в реальной энергосистеме в самых тяжелых аварийных режимах. Постоянное развитие методов испытаний и испытательной базы позволяет создавать и внедрять во все более сложные и ответственные сети современное, компактное и эффективное коммутационное оборудование.