Technika Wysokich Napięć

26. Scharakteryzować typowe kształty napięć udarowych i uzasadnić ich stosowanie

75.Źródła napięć probierczych.

77.Typowe układy probiercze wys. napięcia stałego. Dobór parametrów układu.

78.Właściwości generatorów udarów napięciowych i prądowych

79.Typowe układy probiercze WN udarowego

84.Omówić metody pomiarowe wysokich napięć stałych i przemiennych.

85. Omówić metody pomiarowe napięć udarowych i szybko zmiennych.

86. Omówić metody pomiarowe wyładowań niezupełnych

88.Pomiar wysokonapięciowym mostkiem Scheringa

Transformator probierczy jest rodzajem transformatora wykorzystywanego do prób urządzeń elektrycznych pod napięciem przemiennym o częstotliwości technicznej tj. w granicach 40 do 62 Hz.

Transformator probierczy może być:

• pojedynczym transformatorem

• zespołem transformatorów połączonych kaskadowo.

Podstawowa różnica pomiędzy transformatorem energetycznym a probierczym polega na tym, że jest to układ jednofazowy o większej grubości izolacji. Podyktowane jest to innymi wymaganiami jak:

• zapewnienie dużej przekładni około 700 razy,

• dorywcze warunki pracy,

• pojemnościowy charakter obciążenia,

• niewielkie narażenia przepięciowe (ograniczone drgania obwodu probierczego).

Ekspozycja środowiskowa - ekspozycja na oddziaływanie czynników fizycznych lub chemicznych w miejscach ogólnie dostępnych dla ludności.

Ekspozycja zawodowa - ekspozycja na oddziaływanie czynników fizycznych lub chemicznych w środowisku pracy

26. Scharakteryzować typowe kształty napięć udarowych i uzasadnić ich stosowanie

Udar napięciowy jest impulsem jednej biegunowości .Część wznosząca, krótsza jest nazywana czołem udaru, a opadająca, dłuższa -grzbietem udaru .Udar charakteryzowany jest parametrami:

-wartość szczytowa Um[kV]

-czas trwania czoła T₁[μs.]

-czas do półszczytu na grzbiecie T₂[μs.]

-kształt udaru T₁/T₂

Rozróżnia się udary :piorunowe-krótkie i łączeniowe -długie .

Do celów probierczych są stosowane znormalizowane kształty udarów:

-udar piorunowy T₁/T₂ =1,2/50

-udar łączeniowy T₁/T₂ =250/2500

-udary specjalne 100/2500; 500/2500; T₁∈(100;1000) μs.

Powstające pod wpływem udaru przeskoki powodują jego ucięcie .Udary ucięte mogą powodować w izolacji wzrost naprężeń do wartości większych niż przy udarach pełnych .Dla tego w praktyce probierczej (np. Próby izolacji trafo)są stosowane udary ucięte (na grzbiecie lub na czole)zwane udarami ukośnymi .Izolacja urządzeń elektroenergetycznych jest narażona w eksploatacji na działanie przepięć powstających w wyniku wyładowań atmosferycznych oraz czynności łączeniowych bądź sta-nów awaryjnych w sieci przesyłowej.

Przepięcia te mają charakter udarowy .Do badań laboratoryjnych więc stosuje się znormalizowane kształty udarów które odpowiadają różnym sytuacjom w linii.

75.Źródła napięć probierczych.

Zasadniczymi częściami składowymi zespołów pro-bierczych napięć przemiennych są: źródło napięcia, urządzenie regulacyjne i transformator probierczy. Źródłem napięcia jest sieć niskiego napięcia. Wymagane jest by była ona dostatecznie sztywna. Urządzeniem regulacyjnym w prostych układach może być zwykły transformator regulacyjny. Dość często stosuje się jednak :

- transformator Thoma z zestykiem ślizgowym

wzdłużnym,

- zahamowany silnik indukcyjny jako regulator

indukcyjny

-prądnica synchroniczna z regulacją wzbudzenia.

Urządzenia regulacyjne dobiera się tak ,aby regulacja

była jak najbardziej płynna. Spośród podanych urzą-dzeń największą moc można uzyskać stosując prądni-cę synchroniczną. Głównym urządzeniem zespołu jest transformator probierczy. Cechuje się on układem

1-fazowym ,większą grubością izolacji , dużą przekła-dnią (ok. 700-krotną),dorywczymi warunkami pracy, charakterem obciążenia pojemnościowym .Najwyższe napięcia prob. (500kV) wymagają układów złożonych z większej liczby pojedynczych transformatorów probierczych.

Zasilacze napięć stałych działają w oparciu o metodę:

- konwersji napięcia przemiennego (podstawowym

elementem są prostowniki półprzewodnikowe)

- metodę generacji elektrostatycznej(wykorzystuje zasadę maszyny elektrostatycznej typu Van de Graaffa ,może osiągać napięcie nawet 10MV

77.Typowe układy probiercze wys. napięcia stałego. Dobór parametrów układu.

Stosowane są te układy do prób WN-ciowych układów izolacyjnych o dużej pojemności (kabli, kond), do wyładowań niezupełnych i do zasilania generatorów impulsowych .Metody otrzymywania:

1.Konwersji napięcia przemiennego

Głównie prostowniki półprzewodnikowe i ich układy.

Zwykle prostowniki łączone w ukł wieloelementowe :szeregowo-równoległe

Rr- rezystancja tłumiąca

Układ podwyższający napięcie

UDM=2*UM

Układ Greinchera(kaskadowy):

nopt-optymalna liczba członów

2.Zasada maszyny elektrostatycznej Van de Graaffa lub zasada maszyny wirnikowej typu Feliciego.

78.Właściwości generatorów udarów napięciowych i prądowych

Generator zasilany jest ze źródła stałego. Przez rezys-tancję Rr ładowana jest pojemność C1 do napięcia U1 .Gdy wartość napięcia przekroczy napięcie przebicia iskiernika wówczas następuje prze-skok i pojemność C1 rozładowuje się przez R2 i R1 ładując kondensator C2 . Przez dobór R1,R2,C1,C2 można uzyskać odpo-wiedni kształt udaru .Jeśli rezystancjaR2 włączona równolegle do C2 to sprawność generatora równa się:

jeżeli natomiast R2 włączona jest między iskiernik I i R1 to

.

Można wyznaczyć wartość szczytową udaru Um=η*Uc. Po zaniku udaru C1 ładuje się od nowa i proces się powtarza Częstość udarów zależy od stałej czasowej Rt*C1 i napięcia źródła Uc .Zwiększenie na-pięcia udarowego następuje przez zwiększenie liczby stopni . Pojemność C2 i rezystancja R1 kształtują czo-ło udaru .Problemem w pracy generatora jest jego sta-bilność (stan elektrod i opóźnienia przeskoku).

Pojemność C1 jest większa niż w generatorach napię-ciowych .jest ona rozładowywana przez iskiernik I,R1 indukcyjność L ,rezystancję obiektu badanego Ro

T1-czas trwania czoła, T2-czas do półszczytu

Im-wartość szczytowa .

Najczęściej stosowany znormalizowany udar ma kształt T1/T2=8/20.

79.Typowe układy probiercze WN udarowego

Dobór parametrów układu.

W zależności od wymaganej amplitudy udaru stosuje się układy jednostopniowe i wielostopniowe .

1. Jednostopniowy.

Źródłem nap. stałego może być zasilacz. Przez Rτ ładowana jest poj. C1 do wartości Uo Przy pewnej wartości następuje przeskok na iskierniku. η=sprawność nap. generatora .

Dla R1/R2 i τ_1>>τ₂ :

2.Wielostopniowy

a)obwód ładowania

b) obwód rozładowania

U=η*Uo

Wypadkowa rezystancja kształtująca czoło

R1=R1”+∑R1'=R1”+nR1'

Wypadkowa rezystancja rozładowcza przy pominięciu rezystancji ładowania

R2=∑R2'=nR2'

84.Omówić metody pomiarowe wysokich napięć stałych i przemiennych.

Iskiernik jest najprostszym przyrządem służącym do bezpośredniego pomiaru wartości szczytowych napięć przemiennych i stałych. Wykorzystuje się w tym celu znaną dla iskiernika zależność napięcia przeskoku od odstępu elektrod.

Do pomiaru napięć przemiennych stosuje się rów-nież dzielniki pojemnościowe. Pomiar napięcia odbywa się poprzez rejestrację wartości szczytowej napięcia.

Woltomierz elektrostatyczny mierzy napięcie stałe Um równe wartości max. U2max., napięcia U2. Oprócz tego do pomiaru napięcia przemiennego stosuje się jeszcze metodę prostownikową z kompensatorem szeregowym, pomiar bezpośrednim woltomierzem elektrostatycznym oraz pomiar za pomocą przekładni-ka napięciowego(po stronie wtórnej włączany wolto-mierz )

Do pomiaru napięcia stałego stosuje się np. dzielni-ki rezystancyjne .Muszą mieć one znaczną rezystancję ponieważ ze względu na niewielką moc źródeł napię-cia stałego należy ograniczyć pobór prądu przez układ pomiarowy. Pomiar napięcia może odbywać się przez określenie napięcia na danym stopniu za pomocą wol-tomierza elektrostatycznego lub przez pomiar prądu płynącego w obwodzie pomiarowym.

85. Omówić metody pomiarowe napięć udaro-wych i szybko zmiennych.

Metody pomiaru

a) iskiernikowa-bezpośrednia ,może być stosowana do pomiaru wartości szczytowej udarów pełnych lub ucię-tych ;mała dokładność ale nie zawodna

b) oscylograficzna-pośrednia ,muszą być stosowane oscyloskopy o dużej liczbie próbek; oscyloskop musi być sprzężony kablem koncentrycznym z dzielnikiem o odpowiedniej impedancji falowej

c) miernikowa-pomiar napięcia szczytowego

d) cyfrowa-z przetwornikiem A/D; umożliwiają automatyzację pomiarów

86. Omówić metody pomiarowe wyładowań niezupełnych

Pomiar wyładowań niezupełnych ma na celu określe-nie charakteru wyładowań i odróżnienie ich od zakłó-ceń powstających poza badanym dielektrykiem .

Jedną z metod służących do pomiaru mocy wyładowań niezupełnych jest metoda rozdziału strat. W metodzie tej stosuje się zmodyfikowany mostek Scheringa wyposażony w przełączalne wskaźniki równowagi mostka : galwanometr wibracyjny i oscyloskop ze wzmacniaczem.

Przy włączonym galwanometrze jest mierzony tgδ1, uwzględniający straty całkowite (dielektryczne i wy-wołane wyładowaniami niezupełnymi). Jeśli jest włą-czony oscyloskop to mierzy się tylko straty dielekry-czne tgδ2. Straty wywołane wyładowaniami niezupeł-nymi można wyznaczyć z zależności

U- napięcie doprowadzone do układu

ω- pulsacja

Cx -pojemność badanego obiektu

88.Pomiar wysokonapięciowym mostkiem Scheringa

Mostek Scheringa znajduje zastosowanie w badaniach profilaktycznych izolacji do pomiaru jej pojemności i rezystancji skrośnej a przede wszystkim współczynni-ka strat dielektrycznych tgδ.

Rozróżniamy dwa układy mostków Scheringa

- prosty- obiekt badany Cx nie ma bezpośredniego kontaktu z ziemią

- odwrócony -jedna z elektrod obiektu badanego jest bezpośrednio uziemiona .

W pierwszym przypadku urządzenia służące do zrównoważenia mostka znajdują się pod niskim napięciem i są dostępne dla personelu

Aby nie przedostało się do nich wysokie napięcie są one chronione iskiernikiem.

W drugim przypadku urządzenia te znajdują się pod wysokim napięciem i muszą być umieszczone w klatce Faradaya .

Warunki równowagi

;
;

tgδ=ωCxRx=ωC4R4

Dokładność pomiaru CxRx zależy od czułości mostka, jakości elementów wzorcowych zwłaszcza pojemności C2

2

---