Ćwiczenie 2 – Badanie wysokonapięciowych układów izolacyjnych napięciem przemiennym

Załącznik - protokół badań

1.

Przygotowanie stanowiska do wysokonapięciowych prób probierczych

1.1. Parametry transformatora probierczego

−

moc znamionowa

S

n

= 10 kVA (dla transformatora regulacyjnego 10 kVA),

−

napięcie znamionowe

U

n

= 110 kV,

−

prąd znamionowy ciągły I

n

= 0,091 A,

−

napięcie zwarcia

u

z

= 11%.

1.2. Sprawdzenie wartości prądu pobieranego przez obiekt

Badany obiekt to układ izolatora wsporczego. Należy określić napięcie probiercze izolatora wg normy

PN-EN 60071-1:2008: Koordynacja izolacji – Część 1: Definicje, zasady i reguły.

Dla najwyższego napięcia roboczego izolatora U

m

= 12 kV, znamionowe napięcie probiercze izolacji

wynosi U

pr

= 28 kV.

Przyjąć pojemność izolatora C = 100 pF. Prąd pobierany przez obiekt wynosi

I = U

pr

ω

C = ................................. [A]

,

gdzie: U

pr

- napięcie probiercze, C - pojemność izolatora, I - wartość prądu pobieranego przez obiekt,

ω

= 2

π

f = 314 1/s.

Obliczona wartość prądu pobieranego przez obiekt nie może przekraczać wartości prądu znamiono-

wego transformatora probierczego

I

≤

I

n

.

1.3. Sprawdzenie prądu zwarciowego w przypadku przeskoku lub przebicia

Wartość reaktancji zwarciowej indukcyjnej X

z

i prąd zwarciowy I

z

możemy obliczyć z wzorów:

[ ]

[ ]

[ ]

[ ]

Ω

k

.

..........

A

.......

kV

.......

100

%

.......

n

I

n

U

100

z

u

z

X

=

⋅

=

⋅

=

,

[ ]

[ ]

[ ]

A

..........

k

.......

kV

.......

z

X

n

U

z

I

=

=

=

Ω

.

gdzie: u

z

- procentowe napięcie zwarcia transformatora probierczego,

U

n

, I

n

- napięcie i prąd znamionowy transformatora.

Obliczamy wartość impedancji zwarcia potrzebnej do ograniczenia prądu zwarcia do wartości I

z

= 0,3 A

[ ]

[ ]

[ ]

Ω

k

..

..........

A

3

,

0

kV

.........

z

I

pr

U

z

Z

=

=

=

,

Dla przypadku gdy Z

Z

> X

Z

obliczamy wartość dodatkowej rezystancji R

0

potrzebnej do ograniczenia

prądu zwarcia do wartości I

z

= 0,3 A

[ ]

Ω

k

......

..........

.

..........

..........

2

z

X

2

z

Z

0

R

=

−

=

−

=

,

1.4. Sprawdzenie kształtu krzywej napięcia

−

na iskierniku ustawiamy odstęp a między kulami (według tabeli 3). Napięcie przeskoku odczy-
tane z wykresu (rys. 8) odpowiada normalnym warunkom atmosferycznym. Napięcie przeskoku
w warunkach pomiaru obliczamy z wzoru

U

p

=

δ⋅

k

⋅

U

pn

gdzie:

t

273

b

289

,

0

+

=

δ

= .................

;

k =

1 + (0,002

⋅

(h/

δ

– 8,5))

b – ciśnienie w hPa , (1000 hPa = 750 mmHg)

h – wilgotność bezwzględna w warunkach pomiaru; h = h

n

⋅ϕ

/100 [g/m

3

]

−

przy pomocy transformatora regulacyjnego podnosimy napięcie aż do wystąpienia przeskoku na
iskierniku kulowym,

−

w momencie przeskoku odczytujemy wskazanie woltomierza elektrostatycznego.

Pomiaru dla każdej odległości należy dokonać trzykrotnie.

Tab. 1. Kształt krzywej napięcia – wyniki pomiarów i obliczeń.

b = .............. hPa,

ϕ

= ......... %, t = ............

°

C,

ϑ

= 30.

a

Wartość szczytowa

Wartość

skuteczna

3

U

U

3

1

i

ei

r

eś

∑

=

⋅

=

ϑ

r

eś

p

sz

U

U

k

=

100

1

2

k

sz

⋅













−

U

pn

U

p

=

δ⋅

k

⋅

U

pn

U

ei

cm

kV

kV

kV

kV

–

%

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

Oznaczenia w tabeli 3:

U

pn

- napięcie przeskoku w warunkach normalnych dla iskiernika pomiarowego o danym odstępie

elektrod a odczytane z PN-EN 60052 lub z wykresu (rys. 8),

U

p

=

δ⋅

k

⋅

U

pn

-

napięcie przeskoku w warunkach pomiaru

,

U

ei

=

- napięcie wskazane przez woltomierz elektrostatyczny w chwili przeskoku,

U

eśr

=

- średnia arytmetyczna napięć przeskoku pomnożona przez przekładnię dzielnika,

k

sz

= U

p

/U

eśr

- współczynnik szczytu.

Współczynnik szczytu nie powinien różnić się od

2

więcej niż

±

5%.

Wykreślić zależność k

sz

= f(a) z zaznaczeniem dopuszczalnych wartości (0,95

÷

1,05)

⋅

2

2. Sprawdzenie napięcia wytrzymywanego i napięcia przeskoku izolatorów wsporczych

2.1. Obliczenie napięcia probierczego wytrzymywanego dla warunków normalnych

Aby określić wartość napięcia probierczego dla danego izolatora, należy skorzystać z normy PN-EN

60071-1:2008. Dla izolatora o najwyższym napięciu roboczym U

m

= 12 kV wynosi ono U

0

= 28 kV.

U

n

= ................ kV, U

0

= .................. kV

2.2. Obliczenie napięcia probierczego wytrzymywanego dla danych warunków atmosferycznych

Zgodnie z PN-EN 60060-1 napięcie probiercze w danych warunkach atmosferycznych wynosi

U

pr

= U

0

⋅

K

t

,

gdzie: U

0

- napięcie probiercze izolatora dla warunków normalnych,

K

t

=

δ

m

⋅

(k

w

)

w

- współczynnik poprawkowy.

Procedura obliczania współczynnika poprawkowego K

t

a)

określenie warunków atmosferycznych

t = ..............

°

C,

b = ............... hPa,

ϕ

= ................ %,

b)

obliczenie względnej gęstości powietrza

δ

i wilgotności bezwzględnej h. Wilgotność bezwzględną

w stanie nasycenia h

n

należy odczytać z tabeli 2 (z instrukcji do ćwiczenia).

..

..........

C]

[

t

+

273

[hPa]

b

0,289

=

o

=

δ

, (1000 hPa = 750 mmHg)

h

n

= ............... g/m

3

,

=

⋅

=

n

h

100

h

ϕ

............ g/m

3

,

c)

obliczenie współczynnika k

w

,

..

..........

h

=

δ

g/m

3

,

k

w

= 1 + 0,012 (h/

δ

– 11) = ............,

d)

obliczenie współczynnika g

w

B

k

l

500

U

=

g

⋅

⋅

⋅

δ

= ............,

gdzie: U

B

= 1,1

⋅

U

0

[kV] = .............. kV, l = ........... m - minimalna droga przeskoku [m] (pomie-

rzyć najmniejszą odległość między elektrodami izolatora),

e)

odczytanie z wykresu m = f(g) i w = f(g) wykładników potęg „m” i „w” lub ich obliczenie z poniż-
szych wzorów:

m = w = 0

dla g < 0,2

m = w = g(g – 0,2)/0,8

dla 0,2

≤

g

≤

1,0

m = w = 1

dla 1,0 < g

≤

1,2

m = 1, w = (2,2 – g)(2,0 – g)/0,8

dla 1,2 < g

≤

2,0

m = 1, w = 0

dla g > 2.

m = ............,

w = .............,

f)

obliczenie napięcia probierczego izolatora wsporczego w danych warunkach atmosferycznych

K

t

=

δ

m

⋅

k

w

w

= ..........................,

U

pr

= U

0

⋅

K

t

= ........................ kV.

2.3. Wykonanie sprawdzenia napięcia wytrzymywanego izolatorów wsporczych

Za pomocą transformatora regulacyjnego podwyższamy napięcie na układzie z prędkością pozwalają-

cą na odczyt mierników. Podnoszenie napięcia odbywa się ze stałą prędkością za pomocą silnika po przy-
ciśnięciu przycisku podwyższania U

↑

. Po osiągnięciu wymaganego napięcia probierczego – wartość tę

wskazuje woltomierz elektrostatyczny – należy je utrzymać w ciągu jednej minuty. Następnie należy ob-

niżyć napięcie do zera (trzymając przycisk obniżania U

↓

aż do samoczynnego wyłączenia silnika)

i wyłączyć układ.

W czasie próby napięciowej należy obserwować badany obiekt i kontrolować prąd zasilania transfor-

matora probierczego.

Wynik próby napięciowej należy uznać za dodatni, jeżeli w czasie próby nie nastąpi przeskok ani

przebicie izolacji badanego izolatora. Mogą wystąpić natomiast wyładowania niezupełne.

Tab. 2. Wyniki prób napięciowych izolatorów. t = .......

°

C, b = ......... hPa,

ϕ

= ....... %

Badany obiekt

U

n

U

0

K

t

U

pr

Wynik próby napięciowej

kV

kV

–

kV

Izolator wnętrzowy

Izolator napowietrzny

2.4. Badanie napięcia wyładowania zupełnego (wytrzymałości elektrycznej) izolatorów

Napięcie należy podnosić w sposób ciągły aż do wystąpienia wyładowania zupełnego na badanym

obiekcie. Należy w tym momencie odczytać wartość napięcia.

Tab. 3. Wyniki pomiarów napięcia przeskoku izolatorów wsporczych.

ϑ

= 30, K

t

= ........

Nr pom.

Izolator wnętrzowy

Izolator napowietrzny

Izolator napowietrzny na mokro

i

U

ei

U

eśr

U

pśr

U

pn

U

ei

U

eśr

U

pśr

U

pn

U

ei

U

eśr

U

pśr

U

pn

–

kV

kV

kV

kV

kV

kV

kV

kV

kV

kV

1

2

3

Oznaczenia:

U

ei

- wartość napięcia przeskoku w danych warunkach laboratoryjnych odczytana w momencie

przeskoku na woltomierzu elektrostatycznym,

U

eśr

=

Σ

U

ei

/3 - średnia arytmetyczna napięć przeskoku wskazywanych przez woltomierz,

U

pśr

=

ϑ

⋅

U

eśr

- średnia arytmetyczna pomnożona przez przekładnię dzielnika

ϑ

= 30,

U

pn

- wartość napięcia przeskoku w warunkach normalnych obliczona ze wzoru

t

r

pś

pn

K

U

U

=

,

K

t

=

δ

m

⋅

(k

w

)

w

- współczynnik poprawkowy obliczony w punkcie 2.2.

3.

Wnioski

Wnioski powinny zawierać uwagi i własne spostrzeżenia dotyczące zarówno przebiegu ćwiczenia, jak

i otrzymanych wyników badań i pomiarów. Należy skomentować wynik próby napięciowej i wytrzyma-
łościowej. Porównać wytrzymałość elektryczną izolatorów napowietrznego i wnętrzowego oraz wytrzy-
małość pomierzoną na sucho i na mokro.

Sprawozdanie powinno zawierać:

1.

Cel ćwiczenia

2.

Wyniki pomiarów i obliczeń (tabele)

3.

Opracowanie wyników pomiarów (wykresy)

4.

Wnioski

5.

Załącznik – protokół badań (ten dokument)
podpisany przez prowadzącego zajęcia.

Zespół

1.
2.
3.
4.
5.
6.

Data ...........................

Podpis prowadzącego .......................