POLITECHNIKA POZNAŃSKA Instytut Elektroenergetyki Zakład Wysokich Napięć i Materiałów Elektrotechnicznych
Laboratorium Techniki Wysokich Napięć Ćwiczenie nr 6 Temat: Pomiar współczynnika strat wysokonapięciowego układu izolacyjnego
Rok akad. 2010/2011 Wydział Elektryczny Kierunek Elektrotechnika
Uwagi:

1.Wstęp:

1. Cel ćwiczenia:

Wyznaczenie współczynnika strat układu izolacyjnego tgδ .

1. Przebieg ćwiczenia:

Do zbadania mieliśmy:

- LyekyN (przewód z izolacją z polichlorku winylu o dł. 2m)

- YHAKX (kabel z izolacją polietylenową o dł. 1,9m z prototypowymi głowicami)

- YHAKXS (kabel z izolacją z polietylenu sieciowanego o dł. 2,3m)

Pomiaru należało dokonać przy wartościach napięcia podanych w tabeli pomiarowej, oraz wykonać następujące czynności:

- przełącznik CZUŁOŚĆ mostka ustawić w pozycję WYŁ,

- sprawdzić stan baterii zasilającej wskaźnik zera

- gałąż R₃ mostka ustawić położeniu 50Ω

- gałąż C₄ mostka ustawić położeniu 0,001μF

- przełącznik zakresów A ustawić w pozycji 1

- przełącznik mnożnika N ustawić w pozycji 0,1

- przełącznik biegunowości wskaźnika zera ustawić w pozycji + tgδ2.

Po tych czynnościach wstępnych należy:

- włączyć transformator probierczy i podnieść napięcie do żądanej wartości

- włączyć włącznik sieci SIEĆ mostka

- przełączyć CZUŁOŚĆ ustawić na takie położenia, aby mikroamperomierz wskazywał ok. 30 μA

- doprowadzić mostek do równowagi (minimum wychylenia mikroamperomierza) przez kolejne regulacje rezystorami R₃ oraz kondensatorami C₄ zwiększając stopniowo czułość wskaźnika zera

- odczytać wartości R₃ i C₄

- zmniejszyć czułość wskaźnika zera

- podnieść napięcie pomiarowe

1. Schemat pomiarowy:

2. Tabela pomiarowa:

Obiekt badań	U	R3	C4	Cx	tgδ	P
	[kV]	[Ω]	[μF]	[pF]	-	[μW]
Przewód LYekyN	2	114,4	0,7500	383,9633	0,000000075	0,036169
	4	114,2	0,7520	384,6357	0,0000000752	0,145317
	6	114,1	0,7570	384,9728	0,0000000757	0,329426
	8	113,5	0,7860	387,0079	0,0000000783	0,608963
Kabel YHAKX	5	76,4	0,001	574,9398	1*10^-10	0,000451
	7,5	76,4	0,001	574,9398	1*10^-10	0,001015
	10	76,4	0,002	574,9398	2*10^-10	0,003611
	12,5	76,3	0,006	575,6933	6*10^-10	0,016947
	15	76,3	0,012	575,6933	12*10^-10	0,048807
	17,5	Przy tej wartości napięcia ciężko było ustabilizować mostek
Kabel YKAKXS	6	59,3	0,001	740,7319	1*10^-10	0,000837
	8	59,3	0,002	740,7319	2*10^-10	0,002977
	10	59,3	0,004	740,7319	4*10^-10	0,009304
	12	59,3	0,005	740,7319	5*10^-10	0,016746
	14	59,2	0,01	741,9831	0,000000001	0,045665
	16	59,2	0,015	741,9831	0,0000000015	0,089465

Charakterystyki dla Przewodu LYekyN:

Charakterystyki dla Kabla YHAKX

Charakterystyki dla Kabla YKAKXS

Przykładowe obliczenia:

C_x=C₀$\frac{318,3}{R3}$

Dla obliczeń przyjmuję wartości:

C₀=138pF

Z dwóch zależności:

C_x=C₀$\frac{318,3}{R3}$

tgδ=ωC₄R₄

wyznaczam ω:

Dla C₀=138pF oraz R₄=318,3Ω ω= 0,000314169 dla każdej wartości napięcia

Obliczenia dla R₃=114,4Ω i C₄=0,75*10^-6F

C_x=C₀$\frac{318,3}{R3} =$138*10^-12F*$\frac{318,3\mathrm{\Omega}}{114,4\mathrm{\Omega}} =$ 383,9633*10^-12F

tgδ=0,1*C₄ = 0,1*0,75*10^-6F= 0,000000075

P=U² *ω *C_x *tgδ= (2000V)²*314*383,9633*10^-12F*0,000000075 = 3,61693*10^-8W

Wnioski końcowe:

W ćwiczeniu mieliśmy dokonać pomiaru współczynnika stratności wysokonapięciowego układu izolacyjnego za pomocą mostka Scheringa. Obiektami doświadczenia były: LyekyN (przewód z izolacją z polichlorku winylu o dł. 2m), YHAKX (kabel z izolacją polietylenową o dł. 1,9m z prototypowymi głowicami), YHAKXS (kabel z izolacją z polietylenu sieciowanego o dł. 2,3m).

Za każdym razem we wszystkich trzech przypadkach wraz ze wzrostem wartości napięcia wartość rezystancji R₃ malała natomiast wartość pojemności C₄ rosła.

Najmniejszą stratność miał YHAKX (kabel z izolacją polietylenową o dł. 1,9m z prototypowymi głowicami), największą zaś LyekyN (przewód z izolacją z polichlorku winylu o dł. 2m) co może być przyczyną odmiennej izolacji obu przewodów, długości obu przewodów (różnica 10cm), poza tym polichlorek winylu (PCV) wykazuje gorsze własności dielektryczne od izolacji polietylenowej.

Omówienie charakterystyk tgδ=f(U). Wraz ze wzrostem napięcia na przewodzie współczynnik tgδ rośnie łagodnie, po przekroczeniu pewnej wartości napięcia zaczyna gwałtownie wzrastać.

Wszystkie wyznaczone współczynniki mieszczą się w granicach normy. Współczynnik ten nie powinien przekraczać wartości 10^-2. Jeśli wartość tego współczynnika przekracza tą wartość oznacza to, że izolacja jest nie dobra. Wyznaczenie tgδ pozwala nam na określenie ilości ciepła wygenerowanego w tym materiale na skutek pola elektrycznego.

Co do charakterystyki P=f(U) to wraz ze wzrostem napięcia moc wydzielana na przewodzie jest większa. Wynika z nich również, że moc strat jest proporcjonalna do współczynnika strat.