Wytwarzanie prądów udarowych Prądy udarowe wykorzystuje się do: - badania urządzeń zabezpieczających ( odgromniki zaworowe i wydmuchowe ) - przyspieszanie cząstek elementarnych ; - uzyskiwanie gorącej plazmy ( kontrolowana reakcja jądrowa) - uzyskiwanie wielkich ciśnień fali udarowej do plastycznego kształtowania metali Udar prądowy pełny ( PN-92/E - 04060 ) Parametry: - biegunowość ( + lub - ) - wartość szczytowa udaru Imax ± 10% - czas trwania czoła udaru 1.25 razy większy od czasu upływającego pomiędzy osiągnięciem wartości 0.1 i 0.9 Imax - T1 = 1.25T ± 10 % - czas trwania czoła udaru od czasu upływającego pomiędzy 0.1 i 0.5 Imax - T2 ± 10 % - amplituda oscylacji o przeciwnej biegunowości Im2 Im2 ≤ 0.2 Imax Czasy charakterystyczne T1 / T2 ( 1/20 μs ; 4/20 μs ; 8/ 20 μs ; 30/80 μs ) Udar prądowy prostokątny Parametry - biegunowość ( + lub - ) - wartość szczytowa udaru Imax ± 20% - czas trwania udaru Td - całkowity czas trwania udaru Tt - amplituda oscylacji o przeciwnej biegunowości Im2 Im2 ≤ 0.1 Imax Td ~ 500, 1000, 2000, 2400, 2800, 3200 [ μs ]
|
Sposoby pomiarów wysokich napięć Metoda iskiernika kulowego ( metoda bezpośrednia ) Zalety : - duża uniwersalność ( do 20 kHz ) o czasach całkowitych do 3 μs - mierzy wartość szczytową badanego napięcia - możliwość pomiarów bardzo wysokich napięć rzędu MV Wady : - pomiar jest nieciągły ( w momencie przeskoku jest zwarcie i trzeba natychmiast odłączyć zasilanie ) Budowa : dwie metalowe kule ( mosiądz, miedź, aluminium, stal)
Dokładność pomiaru zależy od stosunku a/D : gdy a/D ≤ 0.5 to dokładność wynosi ± 3% ; gdy a/D≤ 0.8 i a/D>0.5 to dokładność ± 5%. Napięcia jakie się mierzy takimi iskiernikami - od 3 kV do 2 MV. Średnice kul : D ∈ ( 2 ; 5 ; 6.25 ; 10 ; 12.5 ; 15 ; 25 ; 50 ; 75 ; 100 ; 150 ; 200 ) mm Zasada pomiaru : pomiar napięcia polega na ustaleniu odstępu pomiędzy elektrodami a , przy którym następuje przeskok. Po ustaleniu odstępu a, odpowiadające mu napięcie można odczytać z opracowanych w ramach ITC tablic zależności U = f(a) . Odczyt jest doknywany po uwzględnieniu wpływu warunków atmosf. na wyniki pomiarów. Przeskok w iskierniku pomiarowym może powodować termiczne uszkodzenie elektrod ( gdy prąd jest zbyt duży ) oraz drgania w obwodzie i przepięcia. Aby to ograniczyć włącza się szeregowo z iskiernikiem rezystor. Zwykle przyjmuje się rezystancję o wartości 1Ω na 1V napięcia przeskoku. Napięcie przeskoku w danym iskierniku zależy od : odległości elektrod ; średnicy ; rodzaju napięcia ; biegunowości; warunków atmosferycznych, zapylenia. |
Metoda kilowoltomierza ( metoda bezpośrednia) Polega na włączeniu kilowoltomierza elektrostatycznego bezpośrednio do obwodu pomiarowego. Ze względu na zasadę budowy mierniki te są bardzo wrażliwe na działanie obcych pól magnetycznych i dlatego muszą być starannie ekranowane. W konstrukcji woltomierzy elektrostatycznych jest wykorzystywane działanie sił w polu elektrycznym. Jeżeli natężenie pola E jest wytworzone przez napięcie U0 między dwoma płaskimi elektrodami o powierzchni S i odstępie a, to siła działająca na elektrodę w kierunku pola ( gdy jego natęż. jest jednakowe) jest związana z nagromadzoną w układzie energią elektrycznąWe wg. zależności
gdzie ε - stała dielektryczna ośrodka między elektrodami. Przy nap. zmiennych siła jest zmienna w czasie i pomiar napięcia dotyczy jej wartości średniej. W normalnych warunkach atmosferycznych czułość woltomierza jest za mała. Zastosowanie wyższych ciśnień pozwala zwiększyć czułość i zakres pomiarowy ( np. umieszczając woltomierz w atmosferze azotu o ciśnieniu 10 MPa można zwiększyć czułość kilkadziesiąt razy i rozszerzyć zakres do 500 kV). Dzielnik rezystancyjny ( metoda pośrednia) Mierzymy napięcie stałe, udarowe ( dopuszcza się pomiar nap. przemiennych wolnozmiennych. W przypadku gdy w dzielniku wartość rezystancji R1 jest duża (rząd tysiące MΩ), to wpływ pojemności pasożytniczej tego rezystora może w dużym stopniu zniekształcić pomiar. Wadą tego dzielnika jest znaczny pobór mocy podczas pomiaru oraz podatność na zmiany przekładni ( ulot, upływ, wyładowania niezu- pełne). Zalety : pomiar ciągły i łatwy. Aby zapewnić przekładnię kilkadziesiąt czy kilkaset R1 >> R2.
|
Metoda z dzielnikiem pojemnościowym ( metoda pośrednia ) Pojemność C1 - wysokonapięciowa ( odpowiednia odległość elektrod, brak ulotu, brak wyładowań niezupełnych wewnątrz kondensatora ). Zalety : duży zakres pomiarowy, pomiar ciągły Wady : wrażliwość na ulot i wyładowania niezupeł. oraz wrażliwość na kształt krzywej napięcia. W przypadku znacznych odległości pomiędzy miernikiem i dzielnikiem należy uwzględnić pojemność przewodu łączącego.
Metoda prostownikowa z kondensatorem szeregowym ( metoda pośrednia ) Jest stosowana do pomiaru napięć przemiennych. Polega na pomiarze wyprostowanego prądu pojemnościowego. Prąd mierzony przez amperomierz jest proporcjonalny do częstotliwości, pojemności kondensatora i wartości szczytowej napięcia. Metodę możemy stosować do napięć sinusoidalnych ( jednowierzchołkowych ) o stałej częstotliwości. Kondensator C obniża wysokie napięcie do wartości, którą ''wytrzyma'' ustrój pomiarowy. Podstawową wadą tej metody jest zależność wyników pomiarów od częstotliwości mierzonego napięcia, a zaletą - możliwość bezpośredniego odczytu napięcia ( po wcześniejszym wyskalowaniu amperomierza w kilowoltach ).
|
Metoda przekładnika napięciowego ( metoda pośrednia ) Służy tylko do pomiaru napięć przemiennych. Znalazła ona najszersze zastosowanie w praktyce ( tą metodą mierzy się napięcie na każdej stacji rozdzielczej wysokiego napięcia ). Po stronie wtórnej przekładnika włączony jest najczęściej woltomierz elektromagnetyczny lub elektrodynamiczny. Błąd pomiaru wartości skutecznej napięcia zależy od klas przekładnika i zastosowanego woltomierza. Uzwojenie niskonapięciowe przekładnika jest zazwyczaj wykonane z cienkiego drutu i nie może przewodzić dużych prądów. Przekładnia przekładnika wynosi : GN : { 3 ; 6 ; 10 ; 15 ; 20 ; 30 ; 60 ; 110 ; 220 ; 400 ; 750}kV DN : 100 V ( ale woltomierz wyskalowany w kV ) Pomiar napięć udarowych Stosuje się dzielniki napięć udarowych ( głównie rezystancyjne , do kilkudziesięciu kΩ ). Specjalne konstrukcje takiego dzielnika ( ekranowanie, pierścień sterujący). Gdyby nie było tego pierścienia to spadek napięcia na części wysokonapięciowej R1 wyglądałby jak krzywa (1). Zależy nam na tym aby była to linia prosta (2) - do 1.5 MV. Dla większych napięć stosuje się dzielniki mieszane ( RC ).
|
Trzeba zastosować jeszcze miernik wartości szczytowej napięcia udarowego ( bardzo czuły ) Schemat układu pomiarowego dla tej metody :
Poprzez D ładowany jest kondensator, który nie ma możliwości rozładowania się. Powstające na nim napięcie UC jest proporcjonalne do napięcia U1. W zależności od dobroci kondensatora, napięcie to powinno utrzymywać się długo. Pomiar prądów udarowych Stosuje się boczniki prądu udarowego, w których następuje zamiana prądu o dużej amplitudzie i krótkim czasie trwania na odpowiadający mu udar prądowy o wartości proporcjonalnej do prądu i o takim samym czasie trwania. Przy pomocy oscyloskopu mierzymy spadek napięcia. Kształt jest taki aby ograniczyć indukcyjność pasożytniczą ( prąd w obu końcach jest skierowany przeciwnie). Zaleta - wierny kształt prądu pierwotnego Wada - ograniczony górny zakres - galwaniczne sprzężenie obwodu pomiarowego z obwodem pierwotnym. |
Metoda z transformatorem powietrznym Rogowskiego Podobnie jak bocznik prądowy, transformator Rogowskiego służy do przekształcenia prądu na napięcie, które indukuje się w płaskiej cewce o jednakowym przekroju na całej długości, opasującej obwód z prądem I ( stąd często używana nazwa : pas Rogowskiego) Napięcie indukowane w cewce : U = M*(dI/dt) gdzie M - indukcyjność wzajemna między przewodem z prądem a cewką. Zalety : nieograniczony górny zakres pomiarowy ; brak galwanicznego sprzężenia Wady : ograniczony stopień prawidłowego przetwarzania udaru prądowego pierwotnego na przebieg wtórny. Dokładność pomiaru zależy od : rezystancji cewki, czasu trwania i stromości czoła udaru, stałej czasowej i dokładności wyskalowania obwodu. Zestawienie stosowanych metod pomiarowych 1) napięcie przemienne~ 2) napięcie stałe - - iskiernik kulowy - iskiernik kulowy - woltomierz elektrostatyczny - woltomierz elektrostat. - dzielnik pojemnościowy - dzielnik rezystancyjny - dzielnik rezystancyjny - metod. prostownikowa - przekładnik napięcia
3) udar napięciowy 4) udar prądowy - iskiernik kulowy - bocznik - dzielnik rezystancyjny + miernik wart. szczytowej - transformator Rogowskiego - dzielnik mieszany (RC) + miernik wart. szcxzytowej
|
Izolatory liniowe Izolatory dzielimy na : a) izolatory liniowe ; b) izolatory stacyjne - stojące ( wykonywane jako napowietrzne ) - wsporcze (wyk. jako wnętrzowe, przeciwzabrudz. - kołpatkowe (wyk. jako napow. i przeciwzabrudzeniowe) i napowietrzne ) - pniowe (wyk. jako napow. i przeciwzabrudzeniowe) - przepustowe (wyk. jako wnętrzowe, przeciwzab. - trakcyjne (wykonywane jako napowietrzne ) i napowietrzne c) aparatowe przepustowe ; d) osłonowe ; e) aparatowe różne - transformatorowe ( wyk. jako wnętrzowe - przekładnikowe - bezpiecznikowe - przekładnikowe przeciwzabrudz - odgromnikowe - inne - wyłącznikowe i napowietrzne ) - inne - kondensatorowe KABLE - kabel - przewód izolowany, jedno lub wielożyłowy otoczony wspólną powłoką ochronną przeciwdziałającą przedostawaniu się wilgoci i innych szkodliwych czynników wpływających niekorzystnie na izolację. - żyła robocza - jedno lub wielodrutowa wykonana z miedzi lub aluminium - ekran na żyle roboczej - polietylen przewodzący - ma za zadanie wyrównać rozkład potencjału na żyle i wygładzić ją. - izolacja - ( historycznie papier olejowy), obecnie polietylen termoplastyczny lub sieciowany ( do 400 kV) lub guma ( kauczuk naturalny lub syntetyczny z materiałami przeciwutleniającymi - ( do 6 kV)) lub polwinit ( plastyfikow. zmiękczany, PCV ( do 6 kV )) - ekran na izolacji - ma za zadanie wyrównanie potencjału na powierzchni izolacji ( polietylen przewodzący + sadza ; lub taśmy ) - żyła powrotna - oplot z drutów miedzianych albo rura aluminiowa lub miedziana ; rura ( izolacja papierowo-olejowa) oplot ( polietylen, polwinit, guma ). Rolą tej żyły jest przewodzenie prądu zwarciowego. - poduszka pod pancerzem - oddziela żyłę powrotną od pancerza ( wykonana z juty lub polwinitu ) - pancerz - druty stalowe lub taśmy stalowe ( zapewniają dużą wytrzymałość mechaniczną ) - powłoka zewnętrzna Żyły : 35 mm2 Cu i 70 mm2 Al, dzielą się na : - okrągłe ; - sektorowane - owalne wielodrutowe ( do 20 kV ) - rurowe ( ponad 380 kV) - wewnątrz rury płynie olej impregnujący izolację papierową i olejową i chłodzi kabel. |
Izolacja kabli może być typu : promieniowego lub rdzenoiwego. ( rys na odwrocie ) Rozkład pola zależy od kąta fazowego poszczególnych faz i zmienia się w takt częstotliwości. Zamiast oleju wewnatrz żyły przewodu rurowego może być gaz pod ciśnieniem. Kondensator elektroenergetyczny Zapewnia on : - poprawę współczynnika mocy i - kompensację podłużną. Spotyka się : kondensatory udarowe ( generatory napięć udarowych) ; - kondensatory impulsowe ( gen. prądów udarowych) ; - kondensatory przekładnicze ; - kondensatory specjalne. Wewnątrz obudowy występuje zespół zwijek kondensatorowych ( folia aluminiowa i bibułka kondensatorowa ). Folia ma grubość - 5 ÷ 15 μm a szerokość do 400 mm. Bibułka - celuloza z drzew - zawiera mało składników mineralnych, grubość bibułki 8 ÷30 μm , gęstość 0.8 ÷1.2 g/cm3 , stratność tg δ 0.0009÷0.002 , przenikalność ε = 5.6 ( celuloza) ε = 2.2 ( bibuła , ε = 4 ÷ 6 ( układ bibułka - syciwo ). Zamiast bibułki można stosować folię poliestrową ( polipropylenową ) - grubość 4 ÷ 20 μm , ε = 2.2 ÷ 3.6 , tg δ 0.0001÷0.0004 , temperatura topnienia 170 0C ,
|
Rezystancja przez którą należy rozładowywać kondensator :
t - czas w jakim ma się rozładować kondensator ( dla nn t<60s ; dla SN t<300s ) Udd - napięcie dopuszczalne, bezpieczne
Transformator W transfor. są stosowane układy izolacyjne zawierające dielektryki stałe ( izolacja miękka - papierowa i izolacja twarda - karton elektrotechniczny ) i dielektryki ciekłe (olej ). Transf. na niższe napięcia ( do 20 kV) i niedużej mocy ( do 1 MVA ) mogą mieć izolację suchą. Podział ze względu na funkcjonalność : - główna lub poprzeczna - występuje między przewodami uzwojeń a częściami uziemnionymi i pozostałymi uzwojeniami danej fazy a także między fazami. Stanowi ją olej ( który wypełnia całą kadź )oraz przegrody i tuleje występujące między izolowanymi częściami. - wzdłużna - występuje między zwojami , miedzy cewkami i między warstwami tego samego uzwojenia. Zależy od rodzaju uzwojenia. Rozróżnia się uzwojenia : krążkowe, cylindryczne cewkowe ( śrubowe, rurowe ) i warstwowe. W każdym przypadku w skład izolacji wzdłużnej wchodzi izolacja zwojowa ( lakier, papier nawojowy) pojedyńczych przewodów i grupy przewodów. W uzwojeniach cewkowych izolację tę uzupełnia kanał olejowy, utworzony między cewkami za pomocą wstawek dystansowych. W uzwojeniu warstwowym jest wzmacniana izolacja zwojów na krańcach poszczególnych warstw za pomocą papieru kablowego. Izolację międzywarstwową uzupełnia się kanałem olejowym z warstwami izolacyjnymi papieru kablowego. |