POLITECHNIKA LUBELSKA

Laboratorium materiałoznawstwa elektrycznego i TWN

Ćwiczenie 1:

Pomiar wysokich napięć

Skład grupy:

Mariusz Duk

Grzegorz Młynek

Mariusz Podsiadły

Sławomir Stroński

1. Urządzenia wykorzystywane w ćwiczeniu

1.1 Transformator probierczy

Typ : TP 60

Napięcie znamionowe strony NN : U1=220 V

Napięcie znamionowe strony WN : U2=60 kV

Prąd D 0,25 : 0,34 A

Prąd C : 0,17 A

Moc D 0,25 : 20 kVA

Moc C : 10 kVA

Napięcie zwarciowe C : 14 %

Napięcie probiercze : 72 kV

Częstotliwość znamionowa : 50 Hz

Przekładnia :

1.2 Iskiernik kulowy

Typ : DJS 125

Średnica kul : 125 mm

Napięcie probiercze : 185 kV

Częstotliwość znamionowa : 50 Hz

2. Warunki atmosferyczne

Ciśnienie powietrza : p=755 mmHg

Temperatura powietrza : T=297 K

Wilgotność powietrza : 36 %

Względna gęstość powietrza :

3. Skalowanie iskiernika kulowego

Schemat układu pomiarowego

At - Autotransformator regulacyjny

Tp. - Transformator probierczy

I - Iskiernik kulowy

R - Opornik ograniczający prąd przeskoku oraz stromość fali udarowej

C - Dodatkowy kondensator (opcjonalnie)

V - Woltomierz

3.2 Wyniki pomiarów i obliczeń

d=12,5 cm		υ=273 V/V		d=0,98
		C=0 pF
a [cm]	Uv [V]	Uvs [V]	U [kVm]	Upn [kVm]	Up [kVm]
0,5	40
	41	40,3	15,6	16,8	16,5
	40
1,0	83
	82	82,6	31,9	31,7	31,1
	83
1,5	120
	119	120	46,3	45,5	44,6
	121
2,0	148
	149	148,3	57,3	59,5	58,3
	148
2,5	182
	184	183	70,6	72,5	71,1
	183
3,0	234
	235	234,3	90,6	85	83,3
	234

υ - przekładnia transformatora probierczego

Sz - moc zwarciowa transformatora probierczego

δ - względna gęstość powietrza

d - średnica kul iskiernika

a - odległość między elektrodami iskiernika

C - pojemność dodatkowego kondensatora

Uv - napięcie skuteczne wskazane przez woltomierz w chwili przeskoku przy C=0 pF

Uvs - średnia napięc Uv

U - napięcie przeskoku w panujących warunkach atmosferycznych (ustalone w czasie próby) przy C=0 pF

Uvs - średnia napięc Uv c

Upn - napięcie przeskoku w warunkach normalnych (odczytane z norm)

Up - napięcie przeskoku w panujących warunkach atmosferycznych (obliczone na podstawie Upn)

4. Pomiar napięcia metodą pojemnościową

4.1 Schemat układu pomiarowego

At - Autotransformator regulacyjny

Tp. - Transformator probierczy

R - Opornik ograniczający stromość fali udarowej

C1,C2 - Kondensatory tworzące dzielnik napięcia

V - Woltomierze

4.2 Wyniki pomiarów i obliczeń

C1=102.8 pF		C2=48,5 nF
Uv [V]	Uv1 [V]	U [kVm]
40,3	20,5	13,7
82,6	45,1	30,2
120	65,8	43,9
148,3	80,3	53,7
183	100,2	66,9
234,3	116,9	78,2

C2 - pojemności dzielnika napięć

Uv - napięcie wskazywane przez woltomierz po stronie pierwotnej transformatora

Uv1 - napięcie wskazywane przez woltomierz przyłączony do dzielnika napięć

U - napięcie na zaciskach transformatora probierczego po stronie wtórnej

5. Pomiar napięcia metodą prostownikową

5.1 Schemat układu pomiarowego

At - Autotransformator regulacyjny

Tp. - Transformator probierczy

R - Opornik ograniczający stromość fali udarowej

C - Kondensator

D - Diody

A - Amperomierz

5.2 Wyniki pomiarów i obliczeń

	C=102,8 pF
Uv [V]	I [mA]	U [kVm]
40.3	0.066	14.2
82.6	0.223	32
120	0.37	46.4
148.3	0.476	58
183	0.595	70.8
234.3	0.73	90.7

Uv - napięcie wskazywane przez woltomierz po stronie pierwotnej transformatora

I - prąd płynący przez amperomierz

U - napięcie na zaciskach transformatora probierczego po stronie wtórnej

Wykres napięć przeskoku obliczonego, zmierzonego iskiernikiem kulowym

Wykres napięć przeskoku mierzonych iskiernikiem kulowym, dzielnikiem pojemnościowym i układem prostownikowym.

6. Wnioski

Można zauważyć, że wyniki pomiarów są bardzo zbliżone do spodziewanych. Drobne rozbieżności wynikają najprawdopodobniej z niedokładnego uchwycenia momentu przeskoku, trudności dokładnego odczytu wskazań woltomierza, ograniczonej dokładności miernika (klasa miernika) oraz błędów metody zastosowanej do numerycznego rozwiązywania równań.

W obliczeniach nie uwzględnia się wpływu wilgotności powietrza na wyniki pomiarów, ponieważ wpływ ten jest zwykle pomijalnie mały.

Błąd przy pomiarze napięć powyższą metodą dla a/d < 0,5 (jak to miało miejsce w naszym przypadku) nie powinien być większy od 3% .

Zaletą pomiaru napięć przy użyciu iskierników jest bezpośredni pomiar napięć szczytowych, wadą natomiast jest zwarcie układu w chwili pomiaru oraz konieczność naświetlania iskierników przy pomiarze napięć udarowych.

Opornik ograniczający prąd przeskoku (dla kul o średnicy d < 25 cm) dobiera się tak, by nie przekraczał wartości 25/d kΩ na 1 kVm

Można zauważyć, że dołączenie dodatkowego kondensatora C spowodowało wzrost napięć probierczych, przy czym wzrost ten jest tym większy im wyższe napięcie przyłożymy po stronie pierwotnej transformatora probierczego.

Dodatkowy kondensator stosuje się, by zapewnić sinusoidalny przebieg napięcia probierczego. Przy jego doborze dąży się do zapewnienia warunków rezonansu napięć dla częstotliwości podstawowej (tzn. 50 Hz).

Można zauważyć, że wyniki otrzymane przy pomiarze napięć różnymi metodami są zbliżone do siebie (jak należało oczekiwać). Zaistniałe różnice mogą wynikać z trudności dokładnego odczytania wskazań mierników (metoda prostownikowa wskazania amperomierza wahały się w dość szerokim zakresie), niedokładności wykonania elementów dzielnika pojemnościowego (tolerancja kondensatorów) oraz ograniczonej dokładności mierników.

Zaletą metody pojemnościowej jest mały pobór mocy przez elementy dzielnika napięcia i możliwość bieżącej obserwacji zmian napięcia, wadą niebezpieczeństwo powstawania wyładowań niezupełnych w kondensatorach (grożące dużymi błędami pomiarów) oraz wpływ pojemności kabla łączącego miernik z dzielnikiem na wyniki pomiarów (zwłaszcza przy pomiarze napięć udarowych).

Zaletą metody prostownikowej jest możliwość bezpośredniej obserwacji zmian napięcia, wadą zależność prądu wyprostowanego od częstotliwości i kształtu napięcia.

---