POLITECHNIKA POZNAŃSKA INSTYTUT ELEKTROTECHNIKI PRZEMYSŁOWEJ Zakład Podstaw Elektrotechniki
Ćwiczenie nr 6 Temat: Pomiar współczynnika strat wysokonapięciowego układu izolacyjnego
Rok akademicki: 2007/2008 Wydział Elektryczny	Wykonawcy: 1. Robert Galiński 2. Grzegorz Dombek 3. Mariusz Gawin	Data
				Wykonania ćwiczenia	Oddania sprawozdania
				13.03.2008
				Ocena:
Uwagi:

1. Wstęp teoretyczny

Współczynnik strat można wyjaśnić na podstawie obwodu prądu przemiennego z włączonym szeregowo kondensatorem próżniowym C_0­­ . Jeżeli do kondensatora wprowadzimy dielektryk to jego pojemność oraz ładunek na okładkach wzrośnie o ΔC i Δq. Zmieni się również natężenie prądu o Δi.

Jeżeli kondensator jest bezstratny to prąd płynący w obwodzie wyprzedza napięcie o kąt równy Π/2. W rzeczywistości jednak w dielektrykach występują straty związane z przewodnictwem oraz ze zjawiskami polaryzacji. Straty te najlepiej odzwierciedlają zastępcze układy szeregowo - równoległe. W układzie zastępczym równoległym, w kondensatorze wypełnionym dielektrykiem rzeczywistym poza prądem ładowania płynie prąd i_S który reprezentuje prąd upływu i energię traconą w procesie polaryzacji dielektryka. Jest on zgodny co do fazy z przyłożonym napięciem. Zatem wypadkowa zmiana natężenia wynosi ΔI = Δi + i_S. Opór R przedstawia straty w dielektryku.

wykres wskazowy układu

Współczynnikiem strat nazywamy tangens kąta strat definiowany jako stosunek natężenia prądu związanego ze stratami w dielektryku do całkowitego natężenia prądu płynącego w obwodzie.

W układzie izolacyjnym zawierającym szczeliny bądź wtrąciny gazowe mogą wystąpić dodatkowe straty związane z wyładowaniami niezupełnymi. Występują one powyżej napięcia zapłonu wyładowań niezupełnych U₀ i szybko rosną ze wzrostem napięcia.

Pomiary współczynnika strat tgδ wykonuje się najczęściej za pomocą mostka Scheringa.

W stanie równowagi mostka zachodzą poniższe zależności:

R₄ zwykle ma wartość równa 1000/Π = 318,3Ω wówczas wzory upraszczają się do poniższej postaci:

1.1 Układ pomiarowy

Zastosowaliśmy układ mostka Sheringa typu P 5026 z kondensatorem wzorcowym MCF 120/200P o pojemności C₀ = 138pF. Obiektami badań są dwa wysokonapięciowe kable energetyczne oraz przewód stosowany do zasilania oświetlenia neonowego.

2. Pomiary

Pomiary polegały na zrównoważeniu mostka i odczytaniu wartości rezystancji R₃ i pojemności C₄. W tym celu ustawialiśmy transformator na zadane napięcie a następnie załączaliśmy mostek na czułość 30, wprowadzaliśmy go w stan równowagi, zwiększaliśmy czułość na maksimum, równoważyliśmy mostek i dopiero wtedy zapisywalismy wartości R₃ oraz C₄. Kolejnym krokiem było wyłączenie mostka i zmiana napięcia. Dla kolejnych wartości napięcia zasilania czynności te powtarzaliśmy.2.1 Przewód LYekyN (izolacja z polichlorku winylu, długość: 2m)

2.1.1 Tabela pomiarowa

U	R3	C4	CX	tgδ	P
kV	Ω	μF	pF	---	μW
2	124,6	0,771	353	0,077	34152,6
4	124,5	0,78	353	0,078	138328,2
6	123,6	0,853	355	0,0853	342845,7
8	122,3	0,91	359	0,091	657143,9

2.1.2 Wykresy tgδ = f(U) oraz P = f(U)

2.2 Przewód YHAKX (izolacja polietylenowa, długość: 1,9m)

2.2.1 Tabela pomiarowa

U	R3	C4	CX	tgδ	P
kV	Ω	μF	pF	---	μW
5	77	0,001	570,46	0,0001	448
7,5	77,1	0,001	569,72	0,0001	1006,8
10	76,8	0,001	571,95	0,0001	1796,8
12,5	76,8	0,002	571,95	0,0002	5615,1
15	76,8	0,005	571,95	0,0005	20214,2
17,5	76,8	0,01	571,95	0,0010	55027,6

2.2.2 Wykresy tgδ = f(U) oraz P = f(U)

2.3 Przewód YHAKXS (izolacja polietylenowa, długość: 1,9m)

2.3.1 Tabela pomiarowa

U	R3	C4	CX	tgδ	P
kV	Ω	μF	pF	---	μW
2	53	0,001	828,78	0,0001	650,9
4	59,3	0,004	740,73	0,0004	5235,9
6	59,3	0,005	740,73	0,0005	11635,4
8	59,3	0,007	740,73	0,0007	25452,4
10	59,3	0,008	740,73	0,0008	41887,4
12	59,3	0,01	740,73	0,0010	71266,8

2.3.2 Wykresy tgδ = f(U) oraz P = f(U)

2.4 Przykładowe obliczenia

Dla przewodu LYekyN i napięcia U=2kV:

3. Wnioski

Na podstawie przeprowadzonego przez nas ćwiczenie oraz zamieszczonych powyżej wyników pomiarów i obliczeń, zauważamy że zależność strat mocy w funkcji napięcia zasilania nie jest funkcja liniową. Zauważyć należy iż badane przez nas przewody YHAKX i YHAKXS charakteryzują się pewnym zakresem napięcia dla którego straty mocy nieznacznie zmieniają swoją wartość, jest to przedział miedzy 10kV a 12,5kV. Znacznie gorszymi, pod tym względem, właściwościami charakteryzuje się izolacja z polichlorku winylu, której charakterystyka strat mocy w przedziale 2-8kV odznacza się znacznym przyrostem.

Wnioski jak nasuwają się po przeprowadzonym ćwiczeniu oraz analizie obliczeń i pomiarów, karzą nam przypuszczać iż dla instalacji kablowych o wartości napięć z przedziału przez nas badanego, tj. 2-17,5kV, z punktu widzenia strat mocy w izolacji, lepszymi właściwościami odznaczają się kable o izolacji polietylenowej.

7

---