1

Laboratorium Wysokich Napięć Katedry Elektroenergetyki AGH

ćwiczenie
nr 4

Temat ćwiczenia:

Źródła wysokich napięć przemiennych i udarowych.

Data wykonania
ćwiczenia:
26.11.2011

Wydział:

WEiP Kierunek: Energetyka Grupa

studencka:

2

Zespół
laboratoryjny:

B

Imię i Nazwisko:

1.

Basista Grzegorz

2.

Cymbor Paweł

3.

Gawron Piotr

4.

Górecka Klaudia

5.

Jurek Janusz

6.

Kanoza Martyna

7.

Konarski Piotr

8.

Kowalczyk Karolina

9.

Krzyszycha Krzysztof

10. Nalepka Patryk

11. Sadowski Mateusz

12.

Surówka Konrad

13.

Tokarski Paweł

14.

Wacławowicz Justyna

15.

Wiśniecki Adam

16.

Wszoła Karolina

1.

Próba napięciowa i napięcie przeskoku badanego izolatora przepustowego:

Próba napięciowa polega na sprawdzeniu wytrzymałości elektrycznej wysokonapięciowych układów

izolacyjnych przy odpowiednim napięciu probierczym (wytrzymywanym, określonym dla danego
urządzenia) w danym przedziale czasowym.

Pomiar napięcia przeskoku dotyczy w zasadzie tylko układów izolacyjnych. W pomiarach takich

stopniowo zwiększamy wartość napięcia próby, aż do wystąpienia przeskoku. Jest on wywołany przez
wartość szczytową napięcia U

m.

Różnica pomiędzy transformatorem probierczym a energetycznym
Transformatory

probiercze

w

odróżnieniu

od

transformatorów

energetycznych,

charakteryzują się:
-

mniejszą mocą

-

większą przekładnią

-

przystosowaniem do pracy krótkotrwałej, co stwarza łagodne warunki pod względem ich nagrzewania się

-

izolacją papierowo-olejową

Na sto

sunkowo wysokie napięcia i moce znamionowe wykonywane są również transformatory

probiercze suche. W konstrukcjach tych izolację i obudowę stanowi żywica epoksydowa (zazwyczaj
z

napełniaczem kwarcowym). Transformatory te mają stosunkowo małe wymiary i ciężar.

Próby napięciowe, których celem jest sprawdzenie zapasu wytrzymałości elektrycznej

wysokonapięciowych

układów

izolacyjnych,

są

stosowane

w

badaniach

laboratoryjnych

oraz do

przeprowadzania prób napięciowych izolacji urządzeń elektrycznych.

Zespół probierczy, w którym wytwarzane jest wysokie napięcie przemienne, składa się z:

-

źródła napięcia przemiennego (sieć zasilająca lub własny generator)

- transformatora regulacyjnego TR
-

transformator probierczego wysokiego napięcia TP, do którego przyłączony jest badany obiekt

2

Podstawowe parametry zespołu probierczego:

U

n

-

napięcie znamionowe

S

n

- moc znamionowa

U

zw

-

napięcie zwarcia

P

zw

- moc zwarcia

Różnica pomiędzy napięciem probierczym krótko- i długotrwałym jest taka, że czas działania

napięcia krótkotrwałego nie przekracza 1 minuty (w przypadku 5 minut), a długotrwałego jest dłuższy,
wynosi np. 4 godziny w badaniach kabli.

Opis przebiegu badania:

- zamontowanie badanego izolatora na polu probierczym
- wyk

onywanie próby, w czasie próby napięciem przemiennym obserwować obiekt, zwracać uwagę na

odgłosy dochodzące z pola oraz kontrolować wskazania przyrządu mierzącego prąd zasilania
transformatora probierczego

Wyniki pomiarów:

Parametry transformatora:
U

p

/ U

n

= 2,5

U

n

= 6 kV

U

p

= 15 kV

gdzie: U

p

– napięcie probiercze

U

n

– napięcie znamionowe

Tabela

wyników próby napięciowej (napięciem probierczym)

seria

U

p

[kV]

U

w

[V]

1

15

16,1

2

15

16,2

3

15

16,2

4

15

16,5

U

pśr

=15 kV

U

w

śr

=16,25 V

z=U

w

śr

/U

p

śr

=11*10

-4

gdzie z

– przekładnia transformatora

U

p

– napięcie probiercze

U

w

– napięcie po stronie wtórnej

U

pśr

– napięcie probiercze średnie obliczone z 4 prób

U

wśr

– napięcie średnie po stronie wtórnej obliczone z 4 prób

Wnioski:

Pierwsza część ćwiczenia została przerwana, ponieważ urządzenie przestało działać.
Urządzenia elektroenergetyczne są zaprojektowane tak, aby wytrzymywać 3 razy większe wartości
napięcia od napięcia znamionowego. I

zolator przeszedł próbę napięciową, o czym świadczy stosunek

napięcia przeskoku do napięcia znamionowego.

3

2. Generator

napięć udarowych:

Generatory napięć udarowych służą do wytwarzania napięć udarowych piorunowych

i

łączeniowych o znormalizowanym przebiegu czasowym. Uproszczony schemat n-stopniowego generatora

udarów napięciowych widnieje na poniższym rysunku. Generator napięć udarowych wytwarza napięcie
udarowe piorunowe i łączeniowe.

Poszczególne części generatora można podzielić na:

-

źródło napięcia, które zawiera elementy takie jak:

Tr

WN

– transformator wysokiego napięcia

P

– prostownik

R

o

– rezystor wstępny ograniczający prąd ładowania

-stopnie generatora

, w których występują elementy takie jak:

R

τ

– rezystory ładujące

R

t

– rezystory tłumiące

C

1

– kondensatory międzystopniowe

J

1

– iskierniki międzystopniowe o określonej wartości napięcia zapłonu (powinno być większe niż U

o

)

n

– liczba stopni generatora

C

d

– pojemności doziemne generatora

-

obwód zewnętrzny, który zawiera:

J

2

– iskiernik zewnętrzny

R

1

– rezystor kształtujący czoło udaru

R

2

– rezystor rozładowczy

C

2

– kondensator kształtujący czoło udaru

Opis przebiegu badania

Nastawiamy odpowiednią odległość dla iskierników międzystopniowych i iskiernika zewnętrznego.
W

dalszym procesie ćwiczenia, następuje praca generatora, która polega na ładowaniu kondensatorów C

1

w połączeniu równoległym, za pośrednictwem rezystorów ładujących R

τ

i następnym ich rozładowaniu,

w

wyniku czego w obwodzie powstał krótkotrwały udar napięciowy. Wynik próby napięciem probierczym

udarowym, uznawaliśmy za dodatni, jeżeli w czasie próby nie nastąpiło przebicie izolatora.

4

Praca generatora

polega na ładowaniu kondensatorów C

1

w

połączeniu równoległym,

za

pośrednictwem rezystorów ładujących R

τ

i następnym ich rozładowaniu w połączeniu szeregowym,

w

wyniku czego w obwodzie powstaje krótkotrwały udar napięciowy. Przełączenie kondensatorów

z

połączenia równoległego w szeregowe odbywa się za pomocą iskierników J

1

. Zapłon na iskierniku J

1

pierwszego stopnia rozpoczyna rozładowanie generatora. Po zapłonie na iskierniku J

1

pierwszego stopnia

potencjał w punkcie 2’ wzrasta do wartości U

o

, a potencjał punktu 2 względem ziemi wynosi wtedy 2U

o

(

ogólnie można powiedzieć że dla n-tego stopnia potencjał w punkcie n wynosiłby nUo), w wyniku czego

następuje wyładowanie na iskierniku J

2

. Przeskok na iskierniku J

2

rozpoczyna ładowanie kondensatora C

2

,

który kształtuje czoło udaru.

Parametrami charakterystycznymi

generatora udarów napięciowych piorunowych są:

-

napięcie znamionowe generatora nU

o

-

wartość szczytowa napięcia udarowego U

m

-

czas trwania czoła T

1

i czas do półszczytu T

2

- energia generatora:

-

sprawność generatora:

gdzie

– pojemność zastępcza generatora:

pojemność zastępcza wynosi zwykle 1000

10 000 pF

Wyniki pomiarów:

Seria

Odległość

iskierników

[mm]

Odległość iskierników

międzystopniowych

[mm]

Stosunek prób

w których nastąpiło

przebicie izolatora

do ilości prób

w danej serii [%]

seria 1

60

20

100

seria 2

65

20

100

seria 3

70

20

60

seria 4

75

20

0

seria 5

75

15

0

seria 6

75

25

100

Przebicie

izolatora nie nastąpiło dla prób, w których zwiększyliśmy odległość iskiernika zewnętrznego bez

zwiększenia odpowiednio odległości iskierników międzystopniowych.

Przyjmujemy:

T

czoła

=T

1

=2

,5 µs

T

do

półszczytu

=T

2

=50

µs

T

1

,T

2

wg oznaczeń jak na rysunku udaru piorunowego normalnego

5

Kształt napięcia udarowego piorunowego do badań wytrzymałości udarowej jest znormalizowany:
T

1

=1,2

µs, T

2

=50µs

Czoło udaru – część krzywej, odpowiadająca wzrostowi napięcia od 0 do U

m

Czas trwania czoła T

1

– czas pomiędzy umownym początkiem udaru (punkt 0

1

) i punktem C

1

Grzbiet udaru

– część krzywej odpowiadająca zmniejszaniu się napięcia od U

m

do 0

Czas do półszczytu T

2

– czas od umownego początku udaru do chwili, gdy wartość chwilowa udaru

osiągnie 0,5 wartości szczytowej na grzbiecie (między 0

1

D

1

)

Udar łączeniowy normalny jest charakteryzowany przez czas do szczytu T

p

i czas do półszczytu T

2

przy

czym: T

p

=250

µs, T

2

=2500 µs

6

W przypadku wyładowania zupełnego na obiekcie (występują przeskoki i przebicia) następuje ucięcie
udaru, tzn. nagły spadek napięcia do wartości praktycznie równej 0. Ucięcie udaru może nastąpić na czole
lub na grzbiecie. Czas do ucięcia T

c

jest to czas między umownym początkiem udaru a chwilą ucięcia.

Wnioski:

W czasie eksploatacji urządzenia narażone są na różne działania czynników zewnętrznych:

elektrycznych, cieplnych, mechanicznych i środowiskowych. Dla izolatorów formułuje się więc szereg
wymagań technicznych, których spełnienie gwarantuje niezawodną pracę w warunkach eksploatacyjnych.
Zgodność właściwości technicznych ze stawianymi im wymaganiami sprawdza się wykonując badania.
Wymaga się, aby izolatory wytrzymywały:
-

długotrwale w warunkach eksploatacyjnych określone napięcie znamionowe,

-

w ściśle określonych warunkach prób znamionowe napięcie probiercze przemienne, wyższe od napięcia

znamionowego, którego wartości przyjmuje się zgodnie z wymaganiami normy PN-81/E-05001,
Znamionowe napięcia probiercze izolacji,
-

w określonych warunkach prób znamionowe napięcie probiercze udarowe piorunowe, którego napięcie

przyjmuje się zgodnie z wymaganiami normy PN-81/E-05001.
Niestety dostęp do norm jest odpłatny.