Cw.1
Układ probierczy:
Lab. Wysokich napięc dzielimy na:
-naukowo-badawcze- dysponujące źródłami napięć o najwyższych parametrach, specjalną
aparaturą pomiarową, możliwością przeprowadzania badań w układach modelowych na gotowych obiektach w
celu optymalizacji procesów technologicznych.
- naukowo–dydaktyczne- dysponujące źródłami napięcia o niższych parametrach, posiadają
natomiast liczne stanowiska pomiarowe dla badań eksperymentalnych, pokazów i ćwiczeń laboratoryjnych.
-Przemysłowe laboratoria badawcze- wyposażone w stanowiska do badań międzyoperacyjnych oraz badań
dla oceny produkcji.
-Stacje prób- t.j. placówki, w których przeprowadza się badania w ramach prób wyrobu i prób typu
obiektów.
Problematyka badawcza Laboratoriów Wysokich Napięć obejmuje:
– zagadnienia wytrzymałości elektrycznej dielektryków stałych, ciekłych i gazowych z uwzględnieniem
napięć stałych, przemiennych i udarowych oraz napięć złożonych,
– badania różnych form wyładowań elektrycznych, w tym: wyładowań niezupełnych, pełznych, ślizgowych,
ulotu elektrycznego, łuku elektrycznego, występujących w układach izolacyjnych w warunkach
eksploatacyjnych,
– prace nad doborem maksymalnego napięcia roboczego w różnych układach izolacyjnych,
– badania wpływu narażeń eksploatacyjnych w układach modelowych i na prototypach,
– zagadnienia koordynacji izolacji i ochrony przeciwprzepięciowej,
– pomiary przepięć piorunowych, łączeniowych i dorywczych w układach modelowych,
– prace w dziedzinie uziemień wysokonapięciowych,
– miernictwo wysokonapięciowe,
– badania pola elektrycznego w układach izolacyjnych, w tym metody wyznaczania rozkładu pola
elektrycznego w celu doboru naprężeń roboczych, odpowiednio do wytrzymałości elektrycznej,
– zagadnienia oddziaływania pola elektromagnetycznego na środowisko,
– opracowanie metod badań profilaktycznych układów izolacyjnych wysokiego napięcia z uwzględnieniem
charakterystycznych warunków pracy różnych grup urządzeń elektrycznych,
– badania na pograniczu innych dziedzin, w tym głównie fizyki, chemii i techniki.
Wyposażenie Laboratoriów Wysokich Napięć
zespoły probiercze wytwarzające:
• napięcia przemienne: transformatory, układy kaskadowe,
• napięcia udarowe: generatory napięć udarowych piorunowych i łączeniowych,
• prądy udarowe: generatory prądów udarowych,
• napięcie wyprostowane: jedno- i wielostopniowe układy prostownikowe;
układy pomiarowe wysokich napięć, w tym:
• iskierniki kulowe zapewniające pomiar napięć przemiennych, stałych i udarowych,
• dzielniki oporowe i pojemnościowe,
• woltomierze elektrostatyczne,
• metody prostownikowe,
• metody specjalne;
aparatura pomiarowa, w tym między innymi:
• mostki wysokonapięciowe do pomiaru strat dielektrycznych,
• oscyloskopy,
• urządzenia do pomiaru wyładowań niezupełnych,
• mierniki natężenia pola elektrycznego;
Pola probiercze, czyli ogrodzone powierzchnie, na których znajdują się źródła wysokich
napięć, badane obiekty i inne urządzenia, które podczas pracy będą pod wysokim napięciem.
Obiekty w polu probierczym są tak rozmieszczone, aby zapewnione były odpowiednie odstępy między
elementami pod napięciem a elementami uziemionymi, co wynika z:
– warunku bezpiecznej pracy, ograniczonego możliwością przeskoku w powietrzu,
– oddziaływania pól elektromagnetycznych na sąsiednie obwody.
Sposoby ochrony przed skutkami wyładowań elektrycznych(zupełnych i niezupełnych) należą:
– uziemienia-system uziemień w postaci płyt i taśm powinien zapewnić potencjał ziemi w laboratorium. Duże znaczenie dla ochrony przed przepięciami posiada prawidłowe uziemienie przyrządów pomiarowych – równoległe, do wspólnego punktu uziemienia
– ekranowanie- laboratoriów ma na celu eliminowanie przenikania do niego promieniowania
elektromagnetycznego z zewnątrz. Wykonany w tym celu ekran powinien charakteryzować się dużą
przenikalnością magnetyczną i posiadać jak najbardziej jednolitą strukturę, szczególnie w przypadku
oddziaływania pól przemiennych o wysokiej częstotliwości lub przebiegów impulsowych o dużej stromości.
Inny cel ekranowania w laboratoriach wysokonapięciowych to ochrona obiektów sąsiednich od zakłóceń
generowanych w samych polach probierczych
– filtracja zakłóceń.
generator Marxa
Kaskadowy mnożnik napięcia, jak sama nazwa wskazuje, jest to układ do mnożenia napięcia. Do zasilania tego układu wymagany jest prąd przemienny. Na wyjściu układu otrzymuje się prąd o odpowiednio pomnożonym napięciu. Natężenie uzyskanego prądu zależy od pojemności zastosowanych kondensatorów. Teoretycznie nie ma ograniczenia mnożnika, lecz wraz z jego wzrostem spada natężenie prądu oraz wzrasta czas ładowania (dostarczania ładunków). Zasada działania jest dosyć prosta. Kondensatory są ładowane po kolei napięciem nominalnym, a na wyjściu mamy sumę napięć ze wszystkich kondensatorów. Diody zapobiegają przeciwnemu ładowaniu kondensatorów.
CW2
Napięcie probiercze przemienne w próbach napięciowych dzieli się na:
a) krótkotrwałe – gdy czas jego działania nie przekracza 1 minuty (w przypadku
kabli 5 minut),
b) długotrwałe – gdy czas ten jest dłuższy i wynosi np. 4 godziny w badaniach kabli.
Transformator probierczy- w odróżnieniu od trafo energetycznych charakteryzuje się znacznie mniejszą mocą, większą przekładnią oraz są przystosowane do pracy krótkotrwałej, co stwarza łagodne warunki pod wzgl. Ich nagrzewania się. Są to trafo w izolacji papierowo-olejowej zapewniające brak wewn. wyładowań niezupełnych. Kadź z rdzeniem i uzwojeniami jest wypełniona olejem. Wykonanie obudowy transformatora z materiału
izolacyjnego np. odpowiedni rodzaj żywicy, pozwala na znaczne zmniejszenie jego
ciężaru oraz wymiarów, ze względu na wyprowadzenie uzwojeń bez izolatorów
przepustowych oraz brak oleju. Transformatory olejowe charakteryzuje mała wartość reaktancji rozproszenia i dobre zabezpieczenie uzwojeń przed wpływami zewnętrznymi.
W skład zespołu probierczego, w którym wytwarzane jest wysokie napięcie przemienne,
wchodzą:
− źródło napięcia przemiennego (sieć zasilająca lub własny generator),
− transformator regulacyjny TR,
− transformator probierczy wysokiego napięcia TP, do którego przyłączony jest badany
obiekt.
Podstawowe rodzaje zespołów probierczych to:
− pojedynczy transformator,
− połączenie szeregowe transformatorów,
− połączenie kaskadowe kilku transformatorów,
− połączenie równoległo-kaskadowe transformatorów.
Parametry znamionowe zespołu probierczego:
Un napięcie znamionowe,
Sn moc znamionowa,
uzw napięcie zwarcia,
Pzw moc zwarcia
Układy połączeń transformatorów
W układzie symetrycznym - stosowanym do badania izolacji międzyfazowej (IM) – obydwa bieguny uzwojenia wysokiego napięcia transformatora są wyprowadzone, a środek uzwojenia uziemiony lub nieuziemiony, lecz połączony z rdzeniem i obudową. Stwarza to dogodne warunki dla izolacji biegunów uzwojenia wysokiego napięcia transformatorów tj. dla izolatorów przepustowych, która może być wykonana na napięcie równe połowie napięcia znamionowego. Transformatory probiercze w układzie symetrycznym budowane są obecnie na napięcie do 750kV, a w pojedynczych przypadkach nawet do 1000kV.
W układzie niesymetrycznym - stosowanym do badania izolacji fazowej, doziemnej (ID) -
jeden biegun uzwojenia WN jest wyprowadzony, a drugi połączony z rdzeniem, obudową
i uziemiony. Z uwagi na mniej korzystny rozkład napięcia wzdłuż uzwojenia WN i konieczność stosowania izolacji tego bieguna na pełne napięcie znamionowe, transformatory w układzie symetrycznym budowane są na napięcie do 500kV. Poziom napięcia znamionowego pojedynczego transformatora probierczego jest ograniczony możliwościami konstrukcyjnymi. Dla wytwarzania dostatecznie wysokiego napięcia przemiennego stosuje się kilka transformatorów odpowiednio połączonych.
Napięcie zwarcia transformatora probierczego uzw jest to napięcie na zaciskach uzwojenia niskiego napięcia transformatora przy zwartych zaciskach uzwojenia wysokiego napięcia i płynącym w nim prądzie znamionowym In.
Moc zwarciowa zespołu-Odpowiednia wartość mocy zwarciowej transformatora jest niezbędna do podtrzymania prądu wyładowania w przypadku przeskoku lub przebicia badanej izolacji. Wartość mocy zwarciowej zależy od napięcia probierczego Upr i impedancji zastępczej zespołu probierczego (reaktancja sieci zasilającej, elementu regulacyjnego, transformatora probierczego). Reaktancja zastępcza powinna być mała aby zapewnić wymaganą wartość prądu zwarciowego.
Moc znamionowa zespołu - Sn jest to iloczyn napięcia i prądu po stronie wysokiego napięcia
Transformatora. Jest to moc ograniczona dopuszczalnym przyrostem temperatury izolacji
urządzeń zespołu. Charakter obciążenia transformatora probierczego zależy od rodzaju obiektu poddawanego próbie (najczęściej ma charakter pojemnościowy z wyjątkiem badań w obecności ulotu elektrycznego, prób pod deszczem izolatorów, prób zabrudzeniowych izolatorów, kiedy należy uwzględnić obciążenie rezystancyjno-pojemnościowe).
Zabezpieczenia
Zespół probierczy wysokiego napięcia jest wyposażony w:
a) zabezpieczenie nadmiarowo-prądowe, zapewniające szybkie wyłączenie zwarcia w
obwodzie w wyniku przebicia badanego obiektu. Stanowią je wyzwalacze nadprądowe
bezzwłoczne lub wyłączniki termiczne,
b) zabezpieczenie przed wystąpieniem drgań własnych obwodu, szczególnie podczas
wyładowań elektrycznych po stronie wtórnej transformatora oraz ograniczające prąd
zwarciowy Izw.
Połączenia transformatorów:
-szeregowe Łącząc szeregowo uzwojenia wysokiego napięcia dwu jednakowych transformatorów, przy uziemionym punkcie środkowym tego połączenia, otrzymuje się między izolowanymi biegunami napięcie równe dwukrotnej wartości napięcia znamionowego jednego transformatora. W większości prób napięciowych izolacji wymagane jest jednak napięcie probiercze względem ziemi.
-kaskadowe W połączeniu kaskadowym transformatorów uzwojenia wysokonapięciowe są połączone szeregowo, dzięki czemu na zacisku ostatniego transformatora otrzymuje się bez obciążenia n-krotnie większą wartość napięcia (n = 2, 3, 4, rzadko więcej). Sposób zasilania tych transformatorów prowadzi do trzech zasadniczych konstrukcji.
-z dodatkowymi transformatorami izolującymi W schemacie połączeń uzwojenia wysokonapięciowe (1) czterech transformatorów (I - IV) połączone są szeregowo, przy czym jeden z biegunów transformatora pierwszego stopnia (I) jest uziemiony. W transformatorach następnych stopni jeden biegun uzwojenia WN jest połączony z obudową i z końcem uzwojenia poprzedniego stopnia, wyprowadzonym poprzez izolator przepustowy. W ten sposób, za wyjątkiem transformatora I, pozostałe muszą być odizolowane od ziemi, przy czym izolacja kolejnych stopni wzrasta. Zatem obudowa transformatora II znajduje się na izolacyjnej podstawie na napięcie U, transformatora III - 2U, transformatora IV - 3U. Zasilanie transformatorów następuje z sieci lub ze specjalnego generatora za pośrednictwem dodatkowych transformatorów izolujących Ti o przekładni 1:1, odizolowanych od ziemi. W przedstawionym układzie kaskadowym, zawierającym cztery transformatory pro-biercze, konieczne jest zastosowanie sześciu transformatorów izolujących, co stanowi podstawową.
-z uzwojeniami wiążącymi Zastosowane w tym układzie transformatory muszą posiadać po stronie wysokiego napięcia dodatkowe uzwojenia tzw. uzwojenia wiążące W dla zasilania następnego stopnia kaskady. Uzwojenie to spełnia również funkcję uzwojenia izolującego w miejsce dodatkowych transformatorów. Zasada powyższa stosowana jest w większości konstrukcji układów kaskadowychtransformatorów probierczych.
-ze sprzężeniem autotransformatorowym W układzie tym tylko transformator pierwszego stopnia posiada oddzielne uzwojenie niskiego i wysokiego napięcia, natomiast pozostałe posiadają uzwojenia autotransformatorowe, zawierające uzwojenie zasilające (Z), wysokonapięciowe (WN) i wiążące (W).
2-stopniowe połaczenie kaskadowe trafo
Napięcie udarowe piorunowe jest to krótkotrwały przebieg napięcia jednokierunkowego, które wzrasta bez znacznych oscylacji od zera do wartości szczytowej, a następnie maleje do zera. Wielkościami charakteryzującymi udary napięciowe są:
− wartość szczytowa, to jest największa wartość chwilowa napięcia udaru Um,
− biegunowość,
− kształt.
Napięcie udarowe piorunowe o przebiegu znormalizowanym otrzymuje się z generatorów
udarów napięciowych.
Czoło udaru jest to część krzywej, odpowiadająca wzrostowi napięcia od 0 do Um.
Czas trwania czoła T1 jest to czas pomiędzy umownym początkiem udaru (punkt 01)
i punktem C1.
Grzbiet udaru jest to część krzywej odpowiadająca zmniejszaniu się napięcia od Um do
zera.
Czas do półszczytu T2 (między 01D1) jest to czas od umownego początku udaru do chwili,
gdy wartość chwilowa udaru osiągnie 0,5 wartości szczytowej na grzbiecie.
Stromość napięcia na czole jest to stosunek Um/T1.
T1 - czas trwania czoła, T2 - czas do półszczytu
Przebieg napiecia udarowego
Generator napięć udarowych:
Poszczególne części generatora to:
1) źródło napięcia, zawierające:
TrWN – transformator wysokiego napięcia,
P – prostownik,
Ro – rezystor wstępny ograniczający prąd ładowania
2) stopnie generatora, w których:
Rτ – rezystory ładujące,
Rt – rezystory tłumiące,
C1 – kondensatory międzystopniowe,
J1 – iskierniki międzystopniowe o określonej wartości napięcia zapłonu,
n – liczba stopni generatora,
Cd – pojemności doziemne generatora,
3) obwód zewnętrzny:
J2 – iskiernik zewnętrzny,
R1 – rezystor tłumiący zewnętrzny,
R2 – rezystor rozładowczy,
C2 – pojemność badanego obiektu.
Praca generatora polega na ładowaniu kondensatorów C1 w połączeniu równoległym za
pośrednictwem oporników Rτ, a następnie ich rozładowaniu, w wyniku czego w obwodzie
zewnętrznym powstaje krótkotrwały udar napięciowy.
Rozładowanie odbywa się w połączeniu szeregowym, przy czym przełączenie
kondensatorów z połączenia równoległego w szeregowe odbywa się za pomocą iskierników
międzystopniowych J1. Stałe czasowe ładowania kondensatorów C1 są prawie jednakowe,
gdyż Ro >> Rτ. Po zakończeniu ładowania potencjały punktów 1, 2, 3 ... n są równe wartości
szczytowej napięcia przemiennego Uo, zaś punktów 1’, 2’, 3’ ....n’ - zeru.
W procesie ładowania nie powinien nastąpić zapłon na iskiernikach międzystopniowych, a
więc ich napięcie zapłonu powinno być większe niż Uo.
Zapłon na iskierniku J1 pierwszego stopnia rozpoczyna rozładowanie generatora
zapoczątkowane przez:
− zmniejszenie odstępu między kulami tego iskiernika,
− zastosowanie na pierwszym stopniu iskiernika 3-elektrodowego, tzw. trygatronu, odpowiedniego w symetrycznych układach zasilających. W wyniku przeskoku
między elektrodami np. E2 i E3, następuje przeniesienie wysokiego potencjału na
elektrodę E3, co w rezultacie ułatwia wyładowanie między głównymi elektrodami
iskiernika E1 i E2.
− zastosowanie iskiernika sterowanego, zawierającego w jednej z elektrod
głównych elektrodę pomocniczą E3, odpowiedniego w niesymetrycznych układach
zasilających. Impuls sterujący na elektrodzie E3 wywołuje przeskok między elektrodami
E1-E3, co powoduje obniżenie wytrzymałości głównej przerwy międzyelektrodowej i
rozwój wyładowania w niej.
Cw.3 Metody pomiarów wysokich napięć przemiennych, stałych i udarowych
Metoda iskiernikowa- jest to najstarsza metoda pomiaru napięcia. bazuje na skończonej wytrzymałości elektrycznej powietrza.
Napięcie przeskoku Up to chwilowa wartość szczytowa napięcia występująca
pomiędzy kulami iskiernika. Metoda iskiernikowa może być stosowana do
pomiaru:
– wartości szczytowej napięcia przemiennego (lub dowolnie zmiennego),
– wartości napięcia stałego,
– wartości szczytowej napięcia udarowego.
W metodzie iskiernikowej stosuje się kule, których średnice są znormalizowane,
Woltomierz elektrostatyczny- to urządzenie w którym wykorzystano zjawisko wzajemnego oddziaływania na siebie ładunków elektrostatycznych. Woltomierz taki składa się z kondensatora, w którym jedna z okładek (a
właściwie tylko jej pewna część) jest ruchoma. Siły oddziaływania pomiędzy elektrodami są bardzo małe, w celu
uwydatnienia tego ruchu stosuje się w kilowoltomierzach tzw wskazówki świetlne, których długość wynosi niekiedy i kilkadziesiąt centymetrów.
Dzielnik napięcia Do pomiaru napięć stałych, przemiennych oraz do rejestracji napięć udarowych stosuje się dzielniki rezystancyjne, dodatkowo w technice pomiarowej maja zastosowanie dzielniki napięciowe pojemnościowe stosowane do pomiaru napięć przemiennych. Dzielnik składa się z połączonych szeregowo
dwóch impedancji dużej oraz małej, ten sam prąd płynący przez obie impedancje powoduje odpowiednie spadki napięć na obu elementach. Sygnał pomiarowy pobierany jest z impedancji o mniejszej wartości.
Metoda prostownikowa z kondensatorem szeregowym polega na zastosowaniu wysokonapięciowego
kondensatora, prostowników w postaci diod oraz amperomierza magnetoelektrycznego. Metoda prostownikowa nadaje się do pomiaru napięć przemiennych (ich wartości szczytowej), należy sprawdzić wcześniej przebieg napięcia gdyż pomiar napięcia odkształconego obarczony jest błędem, błąd wynika z istnienia w każdym półokresie większej ilości ekstremów.
Pomiar napięcia po stronie pierwotnej transformatora probierczegoTransformator probierczy jest bardzo specyficznym urządzeniem do jego głównych cech zaliczyć można dużą precyzję wykonania, duża przekładnię
która jest ściśle określona na tabliczce znamionowej. Można go traktować jak przekładnik napięciowy zasilony od strony niskiego napięcia. Transformatory probiercze TP 110 maja przekładnię 220V/110kV, czyli napięcie strony pierwotnej pomnożone przez 500 daje napięcie występujące na zaciskach po stronie wtórnej. Pulpity sterownicze w Laboratorium Wysokich Napięć mają wyprowadzone zaciski służące do pomiaru napięcia zasilającego transformator WN, zastosowanie w tym miejscu odpowiedniego przyrządu pozwala na pośredni pomiar napięcia po stronie wysokiego napięcia.
Wyszukiwarka