1)Omówić iskiernik kulowy jako urządzenie pomiarowe (zastosowania, dokładności, budowa).

Budowa:

Dwie kule o jednakowej średnicy D, oddalone między sobą na odległość a.

Przykładamy napięcie o nieznanej wartości, znamy średnice kul. Zmieniamy odległość między kulami aż nastąpi przeskok. Następnie znając średnice i odległość między kulami, odczytując z tablic podajemy wartość napięcia przyłożonego. W pomiarach należy uwzględnić temperaturę i ciśnienie.

Mała odległość między kulami sprawia oraz duża średnica kul sprawia, że rozkład pola elektrycznego jest bardziej równomierny i jest lepsza powtarzalność wyników. Przy dużych kulach występuje tylko przeskok nie ma wyładowań niezupełnych (snopienia i świetlenia).

Zastosowanie iskiernika kulowego dla napięć przemiennych i udarowych:

- a/D ≤ 0,5 dokładność powtarzalności wyników wynosi ± 3%

- a/D ≤ 0,8 dokładność powtarzalności wyników wynosi ± 5%

Zastosowanie iskiernika kulowego dla napięć stałych:

- a/D ≤ 0,4 dokładność powtarzalności wyników wynosi ± 5%

Wymagania:

-tolerancja wymiarów średnicy a/D ≤ 0,2%

-powierzchnia elektrod powinna być gładka

-osiowe ustawienie elektrod

- dla napięć udarowych przerwa między pomiarami powinna wynosić powyżej 5 sekund aby kule zdążyły się ochłodzić

Wady:

-nie stosuje się dla napięc udarowych gdzie czas jest poniżej 3µs.

-nie stosuje się do pomiarów napięć o częstotliwości powyżej 20 kHz

2) Objaśnić rozkład potencjałów na izolatorach kołpakowych.

3)Omówić dzielniki wysokiego napięcia.

Dzielnik napięcia stosuje się gdy napięcie mierzone jest zbyt wysokie, tak aby można je było doprowadzić bezpośrednio do niskonapięciowego przyrządu pomiarowego (woltomierz, oscyloskop, rezystor). Dzielnik napięciowy powinien dokładnie odtworzyć kształt mierzonego napięcia, lecz o wielokrotnie mniejszej wartości.

Składa się z dwóch elementów połączonych szeregowo. Działanie: uzyskuje się taki napięcia na elementach, że na dolnej części daje się zmierzyć stosowanym miernikiem niskonapięciowym.

Dzielnik rezystancyjny:

Do pomiaru wysokiego napięcia stałego oraz napięcia udarowego.

Rys.

Przekładnia napięciowa:

б$= \frac{U1}{U2} = \frac{R1 + R2}{R2}$

Przekładnia dzielnika stała, w całym zakresie mierzonego napięcia

R₁=>ma z reguły bardzo dużą rezystancję

Rezystancja miernika przyłączonego równolegle do opornika R₂ była dużo większa od jego rezystancji, co pozwala utrzymać stałą wartość przekładni dzielnika.

Dzielnik pojemnościowy:

Do pomiaru wysokiego napięcia przemiennego oraz udarowego, a jako element wysokonapięciowy stosuje się kondensator z izolacją papierowo-olejową, próżniową lub ciśnieniową gazową.

Rys.

Przekładnia napięciowa:

б$= \frac{U1}{U2} = \frac{C1 + C2}{C2}$

Gdy jest duża odległość między dzielnikiem a przyrządem pomiarowym należy dodatkowo uwzględnić przewodu łączącego C_p

4) Wyjaśnić warunki równowagi wysokonapięciowego mostka Scheringa.

Zastosowanie:

-pomiar pojemności,

-pomiar rezystancji skrośnej,

-pomiar współczynnika strat dielektrycznych.

Warunki równowagi:

potencjał w punkcie A = potencjał w punkcie B (V_A=V_B) (wartość amplitudy tych napięć regulujemy rezystorem R₃, wartość kata przesunięcia fazowego regulujemy C₄.)

C_X, R_X – pojemność i rezystancja badanego obiektu,

C₂ – pojemność wzorcowa z bardzo dużą klasą dokładności,

R₃ – rezystancja regulowana,

R₄, C₄ – regulowany układ pojemnościowo-rezystancyjny,

G – galwanometr (miliamperomierz - wskaźnik równowagi).

Dokładność zależy od dokładności C₂ i od wyeliminowania sprzężeń pojemnościowych. Obiekty badane: kable wysoko napięciowe, kondensatory, transformatory , izolatory(części izolacyjne).

$C_{x} = C_{2}*\frac{R_{4}}{R_{3}}$ $R_{x} = R_{3}*\frac{C_{4}}{C_{2}}$ tgδ = ω * C₄ * R₄

5) Do czego służą źródła napięcia stałego?

- do prób urządzeń pracujących przy napięciu stałym

- do prób urządzeń pracujących przy napięciu przemiennym, ale próby te wymagają dużej mocy

- do pomiaru rezystancji R60 (rez. Po 60 sekundach)

- do pomiaru współczynnika absorpcji (R60/R15)

- do pomiaru prądu upływnościowego (związany jest z rezystancja danego urządzenia)

6)Scharakteryzować układ 1-prostownikowy, 2-prostownikowy symetryczny i niesymetryczny oraz prostownik kaskadowy.

Podstawowe parametry: dopuszczalny średni prąd I_d, maksymalna wartość krótkotrwałego impulsu prądowego Im,napięcie zwrotne Uz

Rodzaje prostowników: próżniowe (kenotrony), gazowe (gazotrony), półprzewodnikowe

Wady: małe napięcie zaporowe, wrażliwość na przeciążenia

Zalety: zdolność prostowania bardzo dużych prądów, brak żarzenia, prosta konstrukcja, brak promieniowania rentgenowskiego

Układ jednopulsowy

C- pojemność wygładzająca, filtr eliminujący składową zmienną.

R₁- ochrona transformatora­­­­.

R₂ – ogranicza stromość rozkładu kondensatora C przy przebiciu izolacji obiektu.

$$U_{\max} = \sqrt{2}*E - U$$

U = f(R_{obwodu prostujacego})

U_min = f[T_C=C*(R₂+R₀)]

Pulsacje: δU = U_max − U_min

Pulsacja względna [%]

$$\frac{\text{δU}}{U_{sr}}*100\% \leq 5\%$$

$$\frac{\text{δU}}{U} = \frac{I_{sr}}{U_{sr}*C*f}$$

Zmniejszenie pulsacji: zwiększenie pojemności C, zmniejszenie czasu rozładowania im ładowania pojemności C stosując układ prostownikowy dwupulsowy.

Układy dwupulsowe.

Układy kaskadowe źródeł – schemat, wzory.

Stosowane powyżej napięcia 200kV. Dwustopniowy układ kaskadowy

$$\delta U = \frac{n(n + 1)}{2}*\frac{I_{sr}}{f*C}$$

I_sr = f(n)

$$n_{\text{opt}} \cong \sqrt{\sqrt{2}*E_{t}*\frac{f*C}{I_{sr}}}$$

n- liczba kaskad

7) Scharakteryzować układ źródła napięcia przemiennego

Najważniejsze próby wykonuje się przy 50 Hz. Próby:

-czasowe przy stałej wartości napięcia (zazwyczaj 1min)

-wytrzymałościowe (niszczące) –polegająca na podnoszeniu napięcia do przeskoku lub przebicia.

Wymagania dla źródeł AC:

-duża przekładnia do 700 ponieważ napięcia do prób równe są od 2 do 5 krotności napięcia znamionowego dlatego źródła te generują od kilku kV do kilku MV.

-odkształcenie sinusoidy (do kilku%) jak najmniejsze.

$$\frac{\text{Umax}}{\text{Usk}} = \sqrt{2} \pm 5\%$$

Schemat blokowy:

Schemat ideowy:

TP- transformator probierczy

R₀- rezystancja tłumiący

RN –urządzenie regulacyjne (np. autotransformator)

I_p – iskiernik pomiarowy (np. kulowy)

C1, C2 – dzielnik pojemnościowy

Ob. – obiekt badany

Człon zasilający – sieć o napięciu 230V nn, sieć sztywna zawsze ma 230V niezależnie od obciążenia.

Człon regulacyjny – płynna regulacja napięcia, maksymalne skoki napięcia do 0,5% napięcia znamionowego, by móc ustawić tą wartość napięcia jaką chcemy, zbyt duże skoki po stronie wtórnej to mamy do czynienia ze skokami.

Obiekt regulacyjny – transformator ze szczotkami przeskakującymi ze zwoju na zwój, regulatory indukcyjne, transformator z prze……… rdzeniem, przetwornice elektromaszynowe.

8) Cechy transformatora probierczego.

W zależności od napięcia wyróżnia się :

-pojedynczy układ (do 500kV)-jeden trafo

-wielokrotny układ (powyżej 500kV)-kilka trafo polaczonych ze soba szeregowo lub kaskadowo

Cechy:

-układ 1-fazowy

-większa grubość izolacji ze względu na pracę dorywczą

-duża pojemność obciążenia

-niewielkie przeciążenie napięciowe

- izolacja papierowo-olejowa

-moc znamionowa transformatora (oblicz się ją dla 15 min)

* moc znamionowa badanego obiektu S_ob = ωCU²_PROBIERCZE

C-pojemność badanego obiektu

ω-pulsacja

*straty mocy ΔS- (wyładowania niezupełne ,ulot i snopienie

-dopuszczalny przyrost temperatury

-moc zwarciowa (dla trafo probierczego jest mała bo prąd też jest bardzo mały Iz=0,1 – 10[A])

$$S_{\text{ZW}} = U_{\text{PROB}}*I_{Z} = \frac{{U_{\text{PROB}}}^{2}}{Z_{Z}}$$

-izolacja i kadź transformatora:

Olej stanowi izolacje elektryczną, odbiera ciepło, chroni izolacje papierowe przed wilgocią – powinna mieć wysokie napięcie zapłonu (kiedy pojawią się iskry wyładowanie niezupełne , jest ona ciężka i tych samym dają)

Kadź wykonana z papieru bakelizowanego, obudowa ze stali z radiatorem.

-przekładnia - zazwyczaj jest zmienna, pomiary powinno się przeprowadzać po stronie wysokiego napięcia, nasycenie rdzenia i wyższe harmoniczne.

9) Parametry udaru napięciowego (piorunowego i łączeniowego)

Napięcie udarowe jest to napięcie pochodzące z wyładowań atmosferycznych sięgające 1miliona volt, krótkotrwałe.Cel stosowania źródeł napięcia udarowych:

-próby urządzeń energetycznych na wyładowania atmosferyczne.

-próby urządzeń energetycznych w czasie przepięć łączeniowych

Wymagania jakie są stawiane:

-duża stromość narastania impulsów

-krotki czas trwania impulsów (kilkaset ms)

Parametry:

a- wartość szczytowa

T₁-czas narastania

T₂-czas do półszczytu na zboczu opadającym

τ₁=R₁C₁

τ₂=R₂C₂

τ₁- odpowiada za zbocze narastające, jego kształt ( wpływa na T₁ )

τ₂= odpowiada za zbocze opadające, jego kształt ( wpływa na T₂ )

Udary piorunowe : t1=1,2us ±30% t2=50us±20% τ1=0,405 us τ2=68,2 us	Udary łączeniowe: t1=250us ±20% t2=2500us±60% τ1=104us τ2=2880 us

10) Omów zasadę działania jednostopniowego układu udarowego.

Zasada działania tego układu składa się z dwóch etapów:

*pierwszy etap polega na tym , że ładowana jest pojemność C₁ do wartości napięcia przy którym napięcie przeskoku na iskiernik kulowy.

*drugi etap składa się z dwóch podetapów:

-rozładowanie pojemność C₁

-ładowanie pojemność C₂

Rozładowanie C₁ i ładowanie C₂ przebiega nieco inaczej (z inna stałą czasową) dlatego wypadkowa tych obu rozładowań/ładowań nie daje nam zero tylko impuls.

$$U_{C1} = U_{0}*e^{\left( - \frac{t}{\tau_{2}} \right)}$$

$$U_{C2} = U_{0}*e^{\left( - \frac{t}{\tau_{1}} \right)}$$

τ₁= stała czasowa rozładowania C₂

τ₂= stała czasowa rozładowania C₁

11) Parametry generatora udarów.

-sprawność $\eta = \frac{C_{1}}{C_{1} + C_{2}}$

-częstotliwość (częstość) powtarzania udarów które zależy od:

*zmniejszania stałej czasowej

* wzrostu napięcia zasilającego

-wartość szczytowa udaru (zależy od odległości między elektrodami iskiernika kulowego)

-energia generatora (energia elektryczna zgromadzona w C₁)$W = \frac{1}{2}C_{1} \bullet U_{0}^{2}$ (ok. kilkuset kJ)

-amplituda (wartość szczytowa) udaru do kilku MV

-liczba stopni (od 10 do kilkudziesięciu stopni) – układ wielostopniowy

12)Parametry pomagające w identyfikacji defektu.

-energia pojedynczego wyładowania W=0,5*q*U

-średni prąd wyładowania niezupełnego

-moc wyładowań _i

-napięcie zapłonu U_Z i napięcie gaśnięcia U_g

- częstość impulsu ( nie częstotliwość ! ) ilość impulsów w czasie [1/s]

-kształt WNZ

t_op-czas opadania

t_n- czas narastania

t_szer – szerokość impulsu

13)przykładowe rozkłady wyładowań niezupełnych.

14)Typowy układ laboratoryjny do wyładowań niezupełnych.

1-zasilanie, 2-bezpiecznik, 3-rezystor zmienny, 4-trafo-separacyjne, 5-trafo-probiercze, 6-impedancja 7-badany obiekt, 8-tłumik(ogranicza wartość szczytowa impulsu, zabezpieczenie oscyloskopu),

9-kabel z diodami Zenera (zabezpieczenie oscyloskopu), 10-wzmaczniacz do wzmacniania wartości szczytowych wyładowań niezupełnych, 11,12,13,14-aparatura pomiarowa.

15)Omówić współczynnik przepięć kp.

Przepięcie to każdorazowy wzrost napięcia ponad napięcie najwyższe robocze.

Źródła przepięć dzielimy na:

- wewnętrzne ( wynikające z wadliwej budowy urz. ),

- zewnętrzne ( wyładowania atmosferyczne ).

Współczynnik ile razy napięcie może być podwyższone aby urządzenie działało poprawnie.

współczynnik kp zależy od: rodzaju urządzenia, rodzaju przepięcia, miejsca i występowania napiec

Wraz ze wzrostem napięcia znamionowego współczynnik przepięć maleje, ponieważ:

- urządzenia na duże napięcie znamionowe są narażone na przepięcia zewnętrzne, które nie są tak duża krotnością napięcia znamionowego.

16)Rodzaje przepięć, przyczyny, współczynniki kp.

Rodzaje przepięć	przyczyna	Współczynnik kp
wewnętrzne	Dorywcze wolnozmienne	Trwałe zwarcie z ziemią
		Nagłe zdjęcie obciążenia
		terrorezonans
	Łączeniowe szybkozmienne	Czynności łączeniowe
		Przerywane zwarcie z ziemią
zewnętrzne	piorunowe	Uderzenie piorunu w urządzenie lub konstrukcje
		Oddziaływanie indukcyjne piorunu

17) Omówić 2 typowe przypadki układów z falą przepięciową.

18) Wymienić rodzaje tłumień fali przepięciowej.

Wraz z przemieszczeniem się fali przepięciowej po linii następuje jej tłumienie. Można wymienić 3 rodzaje tłumienia fali przepięciowej:

-oporowe – polega na tym, że przewód ma pewną rezystancje linii (impedancje linii) na tej linii odkłada się nam napięcie. Część fali przepięciowej odkłada się na linii jako spadek napięcia (straty energii i zmniejszenie się amplitudy)

-izolatorowe – ma charakter pojemnościowy, przepięcie które trafia na izolator i to co wychodzi za izolatorem fala jest umniejszona o to co zostało wykorzystane na naładowanie kondensatora Tłumienie to nie ma wpływu na wysokość amplitudy przepięciowej, lecz na jej kształt, tzn. zmienia ją na łagodniejszą.

-ulotowe – zależy one od pewnej wartości napięcia – pojawia się przy odpowiednim napięciu, będzie tak długo tracona aż amplituda fali nie zmniejszy się tzn. będzie wyższe niż napięcie zapłonu ulotu.

Występują straty energii, zmniejsza się amplituda fali przepięciowej.

19) opisać ochronniki i urządzenia piorunochronne (czym się różnią te pojęcia).

Ochronniki - ograniczają oddziaływanie przepięć przenoszonych przewodowo (ochronniki są galwanicznie dołączone do systemu energetycznego). Rodzaje: iskierniki, odgromniki wydmuchowe, odgromniki zaporowe, odgromniki beziskiernikowe z …………….., kondensatory, dławiki i rezystory, transformatory, izolatory.

Urządzenia piorunochronne-zapobiegają bezpośrednim oddziaływaniu piorunochronu, urządzenie osłonowe, nie są bezpośrednio połączone z systemem energetycznym. Rodzaje: urządzenia piorunochronne ( przewody odprowadzające, uziemienia), ekrany pomieszczeń.

20) opisać iskierniki jako urządzenia piorunochronne ( 2-stopniowy, zasada działania).

Iskiernik- 2 elektrody, rozdzielone zazwyczaj powietrzem, zapłon iskiernika powoduje iskrowe lub łukowe zwarcie elektrod i dwustopniowe ograniczenie przepięcia.

I stopień – polega na tym, że kiedy fala przechodzi do iskiernika to jest redukowana do wartości napięcia które jest wartością napięcia przeskoku nieiskrowego, w tym momencie następuje zapalenie się łuku na elektrodach.

2) II stopień – zwarcie z impedancją łuku

21) przykłady iskierników (piorunochronne)

-liniowo-rożkowy	-liniowo-pierścieniowy
-stacyjny	-rożkowy

22) scharakteryzować odgromniki jako urządzenia piorunochronne.

Parametry:

$$\frac{a}{U_{N}}\text{\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ }$$

a-odległość miedzy elektrodami iskiernika [cm],

Un- napięcie znamionowe [kV]

Wymagania stawiane iskiernikom:

-stałość przerwy między elektrodami

-wysoka termiczna odporność elektrod

-poprawa rozkładu napięcia wzdłuż izolatora

-przemieszczanie i wydłużanie się łuku do jego zgaśnięcia ( tylko iskiernik rożkowy)

Wady iskierników:

-brak zdolności gaszenia łuku prądowego po zaniku przepięcia,

-strome ucinanie fali przepięciowej

23) podać rodzaje uziomów (rys i wzór)

Uziom-jest to przewód lub przedmiot umieszczony w ziemi.

-naturalny- np. rurociąg lub uzbrojone fundamenty

-sztuczny – umieszczone specjalnie w celu uziemienia pręty, rury i taśmy.

Rodzaje uziomów:

-otokowy-pręt wokół budynku

-półkolisty

ρ(ro) powierzchniowa rezystywność ziemii

$$R = \frac{\rho}{2\pi r}$$

-poziomy

$$R = \frac{2\rho}{l}$$

$$R = \frac{\rho}{l}$$

24) Podać definicje napięcia krokowego i dotykowego.

Napięcie dotykowe- to w odległości 1m gry jedna z kończyn znajduje się na części przewodu z uziomu

Napięcie krokowe- to różnica potencjałów dwóch punktów podłoża odległych od siebie o długość kroku (ok. 0,8 m do 1 m).

25) co to jest koordynacja izolacji.