Ćwiczenie 2 – Badanie wysokonapięciowych układów izolacyjnych napięciem przemiennym Załącznik - protokół badań
1. Przygotowanie stanowiska do wysokonapięciowych prób probierczych 1.1. Parametry transformatora probierczego
− moc znamionowa
Sn = 10 kVA (dla transformatora regulacyjnego 10 kVA),
− napięcie znamionowe
Un = 110 kV,
− prąd znamionowy ciągły In = 0,091 A,
− napięcie zwarcia
uz = 11%.
1.2. Sprawdzenie wartości 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) Un = 10 kV, znamionowe napięcie probiercze izolacji wynosi Upr = 28 kV) Przyjąć pojemność izolatora C = 100 pF. Prąd pobierany przez obiekt wynosi I = U ω
pr
C = .......... [kV]⋅ 314 ⋅ ......... [pF]⋅ 10-9 = ....................... [A], gdzie: Upr - napięcie probiercze, C - pojemność izolatora, I - wartość prądu pobieranego przez obiekt, ω = 2πf = 314 1/s.
Obliczona wartość prądu pobieranego przez obiekt nie może przekraczać wartości prądu znamionowego transformatora probierczego
I ≤ In .
1.3. Sprawdzenie prądu zwarciowego w przypadku przeskoku lub przebicia Wartość reaktancji zwarciowej indukcyjnej Xz i prąd zwarciowy Iz możemy obliczyć z wzorów: u
U
.......
U
.......
n
[kV]
z
n
[%] .......[kV]
X =
⋅
=
⋅
=
=
z
,
I
=.......... A
z
.
100
I
100
.......
X
.......
Ω
z
[k ]
[ ]
n
[A] =...........[ Ω
k ]
gdzie: uz - procentowe napięcie zwarcia transformatora probierczego, Un, In - napięcie i prąd znamionowy transformatora.
Obliczamy wartość impedancji zwarcia potrzebnej do ograniczenia prądu zwarcia do wartości Iz = 0,3 A U pr .........[kV]
Z =
=
z
,
I
.........[A] =......... ... [kΩ]
z
Dla przypadku gdy ZZ > XZ obliczamy wartość dodatkowej rezystancji R0 potrzebnej do ograniczenia prądu zwarcia do wartości Iz = 0,3 A
R
=
2
Z
− 2
X
= .......... − ......... .. = ......... .......
0
z
z
[ Ω
k ],
1.4. Sprawdzenie kształtu krzywej napięcia
− na iskierniku ustawić odstęp „a” między kulami (według tabeli 3). Napięcie przeskoku odczytane z wykresu (rys. 8) odpowiada normalnym warunkom atmosferycznym. Napięcie przeskoku w warunkach pomiaru obliczamy z wzoru
Up = k⋅Upn
gdzie: k = f(δ) - rysunek 7 (instrukcja) lub tabela w PN-64/E-04050
δ = ,
0 289
= ................. ; k = ...................
273 + t
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
3
Wartość szczytowa
U
skuteczna
∑ U
p
k
a
ei
k
=
sz −1
⋅100
i= 1
= ϑ ⋅
sz
U
U
U
eśr
2
pn
U
U
eś r
p= k⋅Upn
ei
3
cm
kV
kV
kV
kV
–
%
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
Oznaczenia w tabeli 3:
Upn - napięcie przeskoku w warunkach normalnych dla iskiernika pomiarowego o danym odstępie elektrod „a” odczytane z PN-64/E-04050 lub z wykresu (rys. 8), Up = k⋅Upn - napięcie przeskoku w warunkach pomiaru,
Uei =
- napięcie wskazane przez woltomierz elektrostatyczny w chwili przeskoku, Ueśr =
- średnia arytmetyczna napięć przeskoku pomnożona przez przekładnię dzielnika, ksz = Up/Ueśr - współczynnik szczytu.
Współczynnik szczytu nie powinien różnić się od 2 więcej niż ±5%.
Wykreślić zależność ksz = f(a) z zaznaczeniem dopuszczalnych wartości (0,95 ÷ 1,05)⋅ 2
2. Sprawdzenie napięcia wytrzymywanego i napięcia przeskoku izolatorów wsporczych 2.1. Obliczenie napięcia 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 Un = 10 kV wynosi ono U0 = 28 kV.
Un = ................ kV, U0 = .................. kV
2.2. Obliczenie napięcia probierczego wytrzymywanego dla danych warunków atmosferycznych Zgodnie z PN-92/E-04060 napięcie probiercze w danych warunkach atmosferycznych wynosi U
⋅
pr = U0 Kt,
gdzie: U0 - napięcie probiercze izolatora dla warunków normalnych, Kt = δm ⋅ (kw)w - współczynnik poprawkowy.
Procedura obliczania współczynnika poprawkowego Kt
a) określenie warunków atmosferycznych
t = .............. °C,
b = ............... hPa,
ϕ = ................ %,
b) obliczenie względnej gęstości powietrza „δ” i wilgotności bezwzględnej „h”. Wilgotność bezwzględną w stanie nasycenia „hn” należy odczytać z tabeli 2 (z instrukcji do ćwiczenia).
[
b hPa]
δ = 0,289
= ......... ..., (1000 hPa = 750 mmHg)
273 + t [
o C]
ϕ
h
h =
⋅
n = ............... g/m3,
h
............ g/m3,
n =
100
c) obliczenie współczynnika kw,
h .
= ........... g/m3,
k
δ
w = 1 + 0,012 (h/δ – 11) = ............,
d) obliczenie współczynnika g
U B
g =
= ............,
500 ⋅ L ⋅ δ ⋅ k w
gdzie: UB = 1,1⋅U0 [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 = 2,53g3 – 2,76g2 + 1,55g – 0,21
dla g = 0,2 ÷ 1,
m = w = 1
dla g = 1 ÷ 1,2,
m = 1, w = – 2,53g3 + 13,94g2 – 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
w
⋅
t = δ m⋅kw = ..........................,
Upr = U0 Kt = ........................ kV.
2.3. Wykonanie sprawdzenia napięcia 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 przyciśnięciu 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.
W czasie próby napięciowej należy obserwować badany obiekt i kontrolować prąd zasilania transformatora 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 = ....... %
Un
U0
Kt
Upr
Badany obiekt
Wynik próby napięciowej
kV
kV
–
kV
Izolator wnętrzowy
Izolator napowietrzny
2.4. Badanie napięcia 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, Kt = ........
Nr pom.
Izolator wnętrzowy
Izolator napowietrzny
Izolator napowietrzny na mokro
i
Uei
Ueśr
Upśr
Upn
Uei
Ueśr
Upśr
Upn
Uei
Ueśr
Upśr
Upn
–
kV
kV
kV
kV
kV
kV
kV
kV
kV
kV
1
2
3
Oznaczenia:
Uei - wartość napięcia przeskoku w danych warunkach laboratoryjnych odczytana w momencie przeskoku na woltomierzu elektrostatycznym,
Ueśr = ΣUei/3 - średnia arytmetyczna napięć przeskoku wskazywanych przez woltomierz, Upśr = ϑ ⋅Ueśr - średnia arytmetyczna pomnożona przez przekładnię dzielnika ϑ = 30, Upn - wartość napięcia przeskoku w warunkach normalnych obliczona ze wzoru U pśr
U
=
,
pn
K t
Kt = δm ⋅ (kw)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 wytrzymałość pomierzoną na sucho i na mokro.
Zespół
1.
Sprawozdanie powinno zawierać:
2.
1. Cel ćwiczenia
3.
2. Wyniki pomiarów i obliczeń (tabele)
4.
3. Opracowanie wyników pomiarów
5.
4. Wnioski (obszerne)
6.
5. Załącznik – protokół badań (ten dokument)
podpisany przez prowadzącego zajęcia.
Data ...........................
Podpis prowadzącego .......................