background image

Ćwiczenie 2 – Badanie wysokonapięciowych układów izolacyjnych napięciem przemiennym

Zał

ącznik -  protokół badań

1.

 

Przygotowanie stanowiska do wysokonapi

ęciowych 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 warto

ści 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 napięcia znamionowego
sieci (izolatora) U

n

 = 10 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 = .......... [kV]

 314 

 ......... [pF]

 10

-9

 = ....................... [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

.

1.3. Sprawdzenie pr

ądu zwarciowego w przypadku przeskoku lub przebicia

Wartość reaktancji zwarciowej indukcyjnej X

z

 i prąd zwarciowy I

z

 możemy obliczyć z wzorów:

[ ] [ ]

[ ]

[ ]

=

=

=

k

.

..........

A

.......

kV

.......

100

%

.......

n

I

n

U

100

z

u

z

X

 ,

[ ]

[ ]

[ ]

A

..........

k

.......

kV

.......

z

X

n

U

z

I

=

=

=

.

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

[ ]

[ ]

[ ]

=

=

=

k

..

..........

A

.........

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

[ ]

=

=

=

k

......

..........

.

..........

..........

2

z

X

2

z

Z

0

R

,

1.4. Sprawdzenie kształtu krzywej napi

ęcia

 

na iskierniku ustawić odstęp „a” między kulami (według tabeli 3). Napięcie przeskoku odczyta-
ne z wykresu (rys. 8) odpowiada normalnym warunkom atmosferycznym. Napięcie przeskoku w
warunkach pomiaru obliczamy z wzoru

U

p

 = k

U

pn

             gdzie:

 

k = f(

δ

) - rysunek 7 (instrukcja) lub tabela w PN-64/E-04050

background image

t

273

b

289

,

0

+

=

δ

= ................. 

;                                   k = ...................

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

 

przy  pomocy  transformatora  regulacyjnego  podnosić  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  (760 mmHg = 1013,25 hPa),     t = ............ 

°

C,      

ϑ

 = 30.

Wartość szczytowa

Wartość

skuteczna

a

U

pn

U

p

k

U

pn

U

ei

3

U

U

3

1

i

ei

r

=

=

ϑ

r

p

sz

U

U

k

=

100

1

2

k

sz





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-64/E-04050 lub z wykresu (rys. 8),

U

p

 = 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 napi

ęcia wytrzymywanego i napięcia przeskoku izolatorów wsporczych

2.1. Obliczenie napi

ęcia probierczego wytrzymywanego dla warunków normalnych

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

6071-1:2008. Dla izolatora o napięciu znamionowym U

n

 = 10 kV wynosi ono U

0

 = 28 kV.

U

n

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

0

 = .................. kV

background image

2.2. Obliczenie napi

ęcia probierczego wytrzymywanego dla danych warunków atmosferycznych

Zgodnie z PN-92/E-04060 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

 

(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  bez-

względną w stanie nasycenia „h

n

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

..

..........

C]

[

+

273

[hPa]

 

b

0,289

=

o

=

δ

,         (1000 hPa = 750 mmHg)

h

n

 = ............... g/m

3

,               

=

ϕ

=

n

h

100

h

 ............ 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) (PN-92/E-04060) wykładników potęg „m” i „w” lub ich
obliczenie z poniższych wzorów aproksymacyjnych:

m = w = 2,53g

3

 – 2,76g

2

 + 1,55g – 0,21

dla  g = 0,2 

÷

 1,

m = w = 1

dla  g = 1 

÷

 1,2,

m = 1,  w = – 2,53g

3

 + 13,94g

2

 – 26,14g + 16,77

dla  g = 1,2 

÷

 2,

m = 1,  w = 0

dla  g = 2 

÷

 3.

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 napi

ęcia 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.

background image

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

 = ....... %

U

n

U

0

K

t

U

pr

Badany obiekt

kV

kV

kV

Wynik próby napięciowej

Izolator wnętrzowy
Izolator napowietrzny

2.4. Badanie napi

ęcia 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

pn

K

U

U

=

,

K

t

 = 

δ

 (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

4.

 

Wnioski (obszerne)

5.

 

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

Zespół

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

Data ...........................

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