Laboratorium Wysokich Napięć Katedry Elektroenergetyki AGH
ćwiczenie Temat ćwiczenia: Data wykonania
nr 4 y
ródła wysokich napięć przemiennych i udarowych. ćwiczenia:
26.11.2011
Wydział: WEiP Kierunek: Energetyka Grupa 2 Zespół B
studencka: laboratoryjny:
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 Um.
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 stosunkowo 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:
- z
ródła napięcia przemiennego (sieć zasilająca lub własny generator)
- transformatora regulacyjnego TR
- transformator probierczego wysokiego napięcia TP, do którego przyłączony jest badany obiekt
1
Podstawowe parametry zespołu probierczego:
Un - napięcie znamionowe
Sn - moc znamionowa
Uzw - napięcie zwarcia
Pzw - 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
- wykonywanie 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:
Up/ Un = 2,5
Un = 6 kV
Up = 15 kV
gdzie: Up  napięcie probiercze
Un  napięcie znamionowe
Tabela wyników próby napięciowej (napięciem probierczym)
seria Up [kV] Uw [V]
1 15 16,1
2 15 16,2
3 15 16,2
4 15 16,5
Upśr=15 kV
Uwśr=16,25 V
z=Uwśr/Upśr=11*10-4
gdzie z  przekładnia transformatora
Up  napięcie probiercze
Uw  napięcie po stronie wtórnej
Upśr  napięcie probiercze średnie obliczone z 4 prób
Uwśr  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. Izolator przeszedł próbę napięciową, o czym świadczy stosunek
napięcia przeskoku do napięcia znamionowego.
2
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:
-z
ródło napięcia, które zawiera elementy takie jak:
TrWN  transformator wysokiego napięcia
P  prostownik
Ro  rezystor wstępny ograniczający prąd ładowania
-stopnie generatora, w których występują elementy takie jak:
R�  rezystory ładujące
Rt  rezystory tłumiące
C1  kondensatory międzystopniowe
J1  iskierniki międzystopniowe o określonej wartości napięcia zapłonu (powinno być większe niż Uo)
n  liczba stopni generatora
Cd  pojemności doziemne generatora
-obwód zewnętrzny, który zawiera:
J2  iskiernik zewnętrzny
R1  rezystor kształtujący czoło udaru
R2  rezystor rozładowczy
C2  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 C1
w połączeniu równoległym, za pośrednictwem rezystorów ładujących R� 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.
3
Praca generatora polega na ładowaniu kondensatorów C1 w połączeniu równoległym,
za pośrednictwem rezystorów ładujących R� 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 J1. Zapłon na iskierniku J1
pierwszego stopnia rozpoczyna rozładowanie generatora. Po zapłonie na iskierniku J1 pierwszego stopnia
potencjał w punkcie 2 wzrasta do wartości Uo, a potencjał punktu 2 względem ziemi wynosi wtedy 2Uo
(ogólnie można powiedzieć że dla n-tego stopnia potencjał w punkcie n wynosiłby nUo), w wyniku czego
następuje wyładowanie na iskierniku J2. Przeskok na iskierniku J2 rozpoczyna ładowanie kondensatora C2,
który kształtuje czoło udaru.
Parametrami charakterystycznymi generatora udarów napięciowych piorunowych są:
- napięcie znamionowe generatora nUo
- wartość szczytowa napięcia udarowego Um
- czas trwania czoła T1 i czas do półszczytu T2
- energia generatora:
-sprawność generatora:
gdzie  pojemność zastępcza generatora:
pojemność zastępcza wynosi zwykle 1000 10 000 pF
Wyniki pomiarów:
Stosunek prób
Odległość Odległość iskierników w których nastąpiło
Seria iskierników międzystopniowych przebicie izolatora
[mm] [mm] 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:
Tczoła=T1=2,5 �s
Tdo półszczytu=T2=50 �s
T1,T2 wg oznaczeń jak na rysunku udaru piorunowego normalnego
4
Kształt napięcia udarowego piorunowego do badań wytrzymałości udarowej jest znormalizowany:
T1=1,2 �s, T2 =50�s
Czoło udaru  część krzywej, odpowiadająca wzrostowi napięcia od 0 do Um
Czas trwania czoła T1  czas pomiędzy umownym początkiem udaru (punkt 01) i punktem C1
Grzbiet udaru  część krzywej odpowiadająca zmniejszaniu się napięcia od Um do 0
Czas do półszczytu T2  czas od umownego początku udaru do chwili, gdy wartość chwilowa udaru
osiągnie 0,5 wartości szczytowej na grzbiecie (między 01D1)
Udar łączeniowy normalny jest charakteryzowany przez czas do szczytu Tp i czas do półszczytu T2 przy
czym: Tp=250 �s, T2=2500 �s
5
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 Tc 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.
6