Ćwiczenie I: Układ probierczy wysokiego napięcia przemiennego i iskierniki pomiarowe

Transkrypt

1 Ćwizenie I: Układ pobiezy wysokiego napięia pzemiennego i iskieniki pomiaowe 1. Naysować shemat ideowy układu pobiezego, w któym wysokie napięie jest wytwazane pzy pomoy tansfomatoa niesymetyznego, a egulaję napięia zapewnia autotansfomato. W układzie zastosować dostępne na stanowisku podzespoły. 2. Dobać paamety oponika oganizająego i tłumiąego. 3. Wyznazyć zezywistą pzekładnię tansfomatoa pobiezego, miezą napięie po stonie piewotnej tansfomatoa woltomiezem, a po stonie wtónej (wysokiej) iskienikiem kulowym Φ= 10 m. Nie pzekazać odległośi między kulami iskienika a=3 m. 4. Kozystają z wyznazonej zezywistej pzekładni tansfomatoa, wyznazyć haakteystykę U p = f(a) iskienika kulowego Φ = 1 m, tj. zależność napięia pzebiia U p od odległośi kul a, w zakesie od 0,5 do 7 m. 5. Spawdzić doświadzalnie wpływ obyh metalowyh pzedmiotów na napięie pzebiia iskienika z zadania 4 pzy odległośi a = 7 m. Jako model tyh pzedmiotów zastosować uziemioną metalową kulę o śedniy Φ = 4,3 m umieszzoną obok iskienika. Układ pobiezy W skład układu pobiezego whodzą między innymi: TWN - Tansfomato n 45008T; 90/110/130V/120000V (w układzie symetyznym), I 1=25A, I WN=50mA, Zaiski 1 i 2 U 1=90V, zaiski 1 i 3 U 1=110V, zaiski 1 i 4 U 1=130V. S=5kVA. At - Autotansfomato P-205, 220 V/ 0 250V, 10 A. R Z - Rezysto oganizająy 9 Ω, 6,2 A. V - Woltomiez (dobać odpowiedni). ezysto tłumiąy, Uwaga: W układzie niesymetyznym U 2max = 90 kv. wyłązniki, bezpiezniki, elementy sygnalizująe, elementy blokady elektyznej. Spawozdanie Spawozdanie powinno zawieać: el i zakes ćwizenia, shemat ideowy układu, oblizenia związane z doboem ezystoów, wyniki pomiaów zestawione w potokole z ćwizenia, wykesy, wnioski. Zagadnienia kontolne 1. Wymagania dotyząe napięia pzemiennego 50 Hz, 2. Konstukje tansfomatoów pobiezyh, 3. Paamety tansfomatoów pobiezyh, 4. Układy pay tansfomatoów pobiezyh, 5. Typowy układ pobiezy, 6. Metody egulaji napięia pobiezego, 7. Zjawiska pzepięiowe w obwodah układów pobiezyh, 8. Rezystoy oganizająe i tłumiąe - budowa, zadania, oblizenia, 9. Metody pomiau wysokiego napięia pzemiennego 10. Pomiay napięia iskienikiem kulowym, ola symetii elektyznej kul. 6. Liteatua [1].Paa pod edakją J. Fleszyńskiego, "Laboatoium wysokonapięiowe w dydaktye i elektoenegetye",owpw [2].PN-92/E (IEC 60-1) "Wysokonapięiowa tehnika pobieza. Ogólne okeślenia i wymagania pobieze. Stona1

2 Ćwizenie II: Wytwazanie i pomia wysokiego napięia stałego 1. Zapoznać się z układem pobiezym wysokiego napięia stałego (ys. 1a) i układami pomiaowymi (ys. 1b,, d) oaz oblizyć: - stałą napięiową układu pomiaowego wysokiego napięia stałego (w V/mA), -wskazania mikoampeomieza pomiaowego i woltomieza mieząego napięie zasilania tansfomatoa pzy 100 kv na wyjśiu układu postownizego. W oblizeniah pzyjąć podwojenie napięia w układzie postownizym, współzynnik szzytu napięia zasilająego ks =, pzekładnię tansfomatoa ówną znamionowej. 2. Zmiezyć zależność wysokiego napięia stałego od napięia zasilania tansfomatoa TP 60 (układ pomiaowy wg ys. 1a i 1b). Pomiay wykonać: - bez obiążenia układu postownizego, w zakesie napięia do 75 kv, - pzy załązonym obiążeniu Rob, w zakesie pądu obiążenia do 2 ma. 3. Wyznazyć współzynnik pulsaji napięia stałego bez obiążenia i z obiążeniem (układ pomiaowy ys. 1a, 1). Pomiay wykonać dla dwóh watośi napięia. 4. Zmiezyć zależność napięia pozątkowego świetlenia i napięia pzeskoku w powietzu od odległośi elektod ostze-płyta dla obu biegunowośi ostza (układ pomiaowy wg ys. 1a, 1d). Układy pomiaowe 2 a) R z V TP 60 R t C 1 C d C d P 2 P 1 C 2 A b) A C 3 A R 1 R 2 N ma R ob ) A d) A C 3 R 1 R ob C 3 R 1 R og C 4 R 3 N R 2 Ko ma A R 2 N Rys.1 Shemat układu pobiezego wysokiego napięia stałego (a) i układów pomiaowyh (b,,d). C1,C2= 50 nf, C3 = 2,35 nf, C4 = 2,286 F, R1 = 100 M, R2 = 85 k, R3 = 1,08 M, Stona2

3 Spawozdanie Spawozdanie powinno spełniać wymagania podane w skypie [1] w ozdz. 22 oaz powinno zawieać: wykesy zależnośi wg pkt. 2 we wspólnym układzie współzędnyh, wykesy zależnośi wg pkt. 4 we wspólnym układzie współzędnyh, osylogamy składowej zmiennej napięia wypostowanego, wnioski dotyząe pomiaów paametów napięia stałego oaz badanego zjawiska wpływu biegunowośi elektod na napięie świetlenia U0 i napięie pzeskoku UP w układzie ostze-płyta. Pytania kontolne 1. Wysokie napięie stałe - paamety i zastosowanie. 2. Jednostopniowe układy postownize wysokiego napięia. 3. Wielostopniowe układy postownize wysokiego napięia. 4. Elementy układów postownizyh wn,: postowniki wysokonapięiowe, kondensatoy, tansfomatoy zasilająe. 5. Wysokonapięiowe woltomieze elektostatyzne. 6. Dzielniki wysokiego napięia stałego i ezystoy szeegowe. 7. Wpływ biegunowośi elektody ostzowej na napięie świetlenia U0 i napięie pzeskoku UP w układzie ostze-płyta - mehanizm zjawiska. Liteatua [1]. Paa pod edakją J. Fleszyńskiego, "Laboatoium wysokonapięiowe w dydaktye i elektoenegetye", OW Pw1999. [2]. Flisowski Z.: Tehnika Wysokih Napięć" WNT, Waszawa 1988, 1992, Stona3

4 Ćwizenie III: Wytzymałość powietza pzy napięiu pzemiennym 50 Hz 1. Wyznazyć ekspeymentalnie zależność napięia pzebiia od odstępu elektod płaskih w zakesie odstępu elektod do 3,5 m. Dla każdego z odstępów wykonać po 3 pomiay napięć pzebiia Up i wyznazyć ih watość śednią. Dla pzyjętyh odległośi elektod wyznazyć watośi napięia pzebiia według wzoów ekspeymentalnyh wg Ritza lub Hohea lub Bue a podanyh w punkie 4. Wyznazyć watośi natężenia pola elektyznego dla pzyjętyh odległośi międzyelektodowyh. 2. Dla odstępu elektod płaskih 1 m wykonać 20 pomiaów napięć pzebiia i wyznazyć paamety ozkładu nomalnego U50 i z. 3. Wyznazyć zależność napięia ulotu U0 i napięia pzebiia Up w układzie walów konentyznyh w zależnośi od pomienia wala wewnętznego, pzy stałej watośi pomienia wala zewnętznego R = 34,5 mm. Dla każdej śedniy wala wewnętznego wykonać po 3 pomiay napięia pzebiia i wyznazyć ih watość śednią. Napięie ulotu oszaować na podstawie efektów akustyznyh. 4. Dla każdej watośi pomienia wala wewnętznego wyznazyć watość maksymalną natężenia pola elektyznego oaz współzynnika niejednoodnośi pola elektyznego β. 5. Wyznazyć zależność napięia świetlenia U0 i napięia pzebiia Up od odstępu elektod iskienika ostzowego w zakesie odstępu elektod od 2 do 23 m. Dla każdego z odstępów wykonać po 3 pomiay napięć pzebiia Up. Napięie świetlenia oszaować wizualnie w zaiemnionym pomieszzeniu. Dane pomiaowe pzelizyć na watośi szzytowe napięia i waunki atmosfeyzne nomalne. Popawki uwzględniająe wpływ waunków atmosfeyznyh na watość napięia pzeskoku wyznazyć według shematu podanego w [1], ozdział Wykonać 20 pomiaów napięia pzebiia pzy odstępie elektod dobanym tak by Up odpowiadało około 0,5 Un tansfomatoa pobiezego TP 110. Wyznazyć paamety ozkładu nomalnego U50 i z, poównać je z watośiami oblizonymi dla pola jednoodnego. 7. Stosują układ do osylogafowania pądów i napięia pzedstawionego na ys. 1. wyznazyć napięie pojawienia się wyładowań niezupełnyh U0 dla ujemnej i dodatniej biegunowośi ostza. Badania wykonać dla największego odstępu elektod z pkt. 1 (a=23 m). Pzy założeniu zęstotliwośi wyładowań niezupełnyh f = 250 khz, oblizyć watość impedanji, z któej zbiea się napięie na osyloskopie. Pzeysować pzebiegi pądowe pzy dodatniej i ujemnej biegunowośi ostza, odzytać amplitudy i oblizyć watośi pądów. Oblizyć napięie pzebiia Up ze wzou empiyznego dla tyh samyh odstępów elektod oaz największe natężenie pola w iskieniku ostzowym pzy założeniu, że kąt α = 6 0. Napięie pzebiia miezyć pzy pomoy woltomieza po stonie piewotnej tansfomatoa pobiezego, a następnie pzelizyć na stonę wysoką kozystają z pzekładni zezywistej tansfomatoa h = 475. Dane pomiaowe pzelizyć na watośi szzytowe napięia i waunki atmosfeyzne nomalne. Popawki uwzględniająe wpływ waunków atmosfeyznyh na watość napięia pzeskoku dla zadań 1 i 3 wyznazyć według shematu podanego w [1], ozdział 6.2.4, dla zadania 2 popawki wyznazyć według shematu podanego w [1], ozdział 18.3 Podstawowe pojęia, zależnośi i paamety Współzynnik nieównomienośi pola elektyznego a E max U gdzie a - odstęp między elektodami Stona4

5 Natężenia pola elektyznego w układzie walów konentyznyh E U ln R gdzie R - pomień wala zewnętznego, - wewnętznego \ Wzoy ekspeymentalne na napięie pzebiia powietza w polu ównomienym wg Ritza U p 24,55 a 6,66 a wg Hohea Up 23,85 a 7.85 a wg Bue a Up 24,22 a 6,08 a gdzie: Up - napięie pzebiia w [kv] (watość szzytowa) dla waunków nomalnyh, a - odstęp elektod w [m] Fagment nomy PN-92/E pkt. A.3.3. Obóbka wyników pób klasy 3 Wynikiem uzyskanym z póby klasy 3 jest zazwyzaj seia n napięć Ui, z któyh należy okeślić paamety U50 i z funkji ozkładu statystyznego. Dla ozkładu nomalnego (Gaussa) watośi szaunkowe tyh paametów wyażone są pzez: U* 50 U i n z * U U i 50 (n 1) Ganie ufnośi dla ozkładu nomalnego można okeślić stosują ozkład Studenta t lub χ 2 zgodnie z liteatuą tehnizną. Np. w pzypadku ozkładu Gaussa ganie ufnośi na poziomie 95 % dla watośi szaunkowyh U50 i z otzymanyh z póby n = 20 wynoszą: U* 0,47z * U U * 0,47z * oaz 0,76z * z 1,46z * gdzie: U * 50 i z * są szaunkowymi watośiami U50 i z otzymanymi z pzyjętej funkji ozkładu statystyznego p (U). Napięie pzebiia miezyć pzy pomoy woltomieza po stonie piewotnej tansfomatoa pobiezego, a następnie pzelizyć na stonę wysoką kozystają z pzekładni zezywistej tansfomatoa h = 475. Dane pomiaowe pzelizyć na watośi szzytowe napięia i waunki atmosfeyzne nomalne. Popawki uwzględniająe wpływ waunków atmosfeyznyh na watość napięia pzeskoku dla zadania 1 wyznazyć według shematu podanego w [1], ozdział 6.2.4, dla zadania 2 popawki wyznazyć według shematu podanego w [1], ozdział 18.3 Podstawowe pojęia i zależnośi Układ do osylogafowania napięć i pądów pzedstawiono na ys. 1. Stona5

6 J U R 1 Ł W i Ł W n C 1 L C 2 O p R 2 O p Rys. 1. Shemat układu pomiaowego do osylogafowania napięć i pądów w układzie ostzowym. Wi - wyjśie od osylogafowania pzebiegów pądowyh, Wn - wyjśie z dzielnika pojemnośiowego do osylogafowania napięia, Ł - zwoy, Op - ohonnik pzeiwpzepięiowy, R1-2000, R2-100, L - 3,0 mh, C1-100 nf, C2-100 nf. Wzó empiyzny BBC na oblizenia napięia pzeskoku w polu nieównomienym niesymetyznym pzy odstępah elektod a > 6 m. Up = 3,16 a +14 gdzie: Up - napięie pzebiia w [kv], a - odstęp elektod w [m]. Wzó został wyznazony dla T K, b = 950 hpa, w = 13 g/m 3. Natężenie maksymalne pola elektyznego Emax w iskieniku ostzowym można oblizyć pzy założeniu, że ostza mają kształt hipeboloidalny (w pzekoju osiowym elektody pzedstawiają hipebolę, któą okeśla się pzez oś a oaz pzez ogniskową l albo pzez kąt zawaty między osią i asymptodą pzehodząą pzez śodek O (ys. 2). U os E max a sin 2 lntg 2 os sin 2 lntg 2 Dla badzo małyh kątów ( < 7 0 ) wzoy powyższe można upośić np: U 1 Emax a a 2 ln 2 a Do oblizeń pzyjąć = 6 0 (0,105 ad) Rys. 2. Apoksymaja elektod ostzowyh do hipeboloid obotowyh. Stona6

7 Spawozdania Spawozdanie winno zawieać: Dla układu płaskiego wspólne wykesy Up = f(a) wykonane na podstawie pomiaów, oaz Up = f(a) wykonany na podstawie oblizeń ze wzoów ekspeymentalnyh wg jednego z podanyh wyżej autoów, wykes E = f(a) dla układu płaskiego, wykonany na podstawie oblizeń wspólne wykesy U0, Up = f(), dla układu walów konentyznyh uzyskane z pomiaów wykesy E = f() oaz = f() dla układu walów konentyznyh uzyskane z oblizeń. Dla układu ostzowego: wspólne wykesy U0 = f(a) i Up = f(a) wykonane na podstawie pomiaów, oaz Up = f(a) wykonany na podstawie oblizeń wykesy, Emax = f(a) i = f(a) wykonane na podstawie oblizeń oblizone watośi pądów wyładowań niezupełnyh wspólny wykes Up, U0 dla układów pola jednoodnego i niejednoodnego Zagadnienia kontolne 1. Pobudzenie i jonizaja ząstek gazu w polu elektyznym. 2. Rodzaje jonizaji w gazah. 3. Dyfuzja i ekombinaja; wpływ na poesy jonizayjne. 4. Mehanizm Townsenda pzebiia gazów. 5. Współzynnik jonizaji zdezeniowej elektonowej. 6. Waunek samodzielnośi wyładowania. 7. Pawo Pashena. 8. Zjawiska oganizająe intensywność jonizaji w gazah. 9. Śednia wytzymałość powietza w polu jednoodnym 10. W jaki sposób okeśla się stopień niejednoodnośi pola elektyznego 11. Różnie ozwoju wyładowań w polu jednoodnym i niejednoodnym. 12. Mehanizm kanałowy ozwoju wyładowania 13. Różnie i ehy wspólne w opisie ozwoju wyładowania w polu niejednoodnym w stosunku do opisu ozwoju wyładowania w polu jednoodnym. 14. Co to jest wyładowanie lideowe 15. Co to jest wyładowanie stimeowe 16. Fomy wyładowań niezupełnyh i zupełnyh. 17. Wpływ waunków atmosfeyznyh (iśnienie, tempeatua, wilgotność) na wytzymałość powietza. 18. Śednia wytzymałość powietza w polu niejednoodnym, poównanie z wytzymałośią powietza w polu jednoodnym 19. Iskienik ostzowy jako element ohony odgomowej. Liteatua [1].Paa pod edakją J. Fleszyńskiego, "Laboatoium wysokonapięiowe w dydaktye i elektoenegetye", OWPW [2] Flisowski, "Tehnika Wysokih Napięć" PWN Waszawa 1988/92/95. Stona7

8 Ćwizenie IV: Wytzymałość powiezhniowa układów izolayjnyh w powietzu pzy napięiu pzemiennym 50 Hz 1. Wyznazyć zależność napięia pzeskoku U p od odstępu elektod modelu izolatoa wspozego (dla 5, 10, 15 m). Pomia napięia wykonać pzy pomoy dzielnika pojemnośiowego z podłązonym po stonie niskiej dzielnika woltomiezem elektostatyznym. 2. Pzy odstępie elektod 15 m okeślić wizualnie pzy zaiemnionym pomieszzeniu napięie świetlenia U Stosują wzoy (10) i (11) oblizyć napięie pzeskoku badanego modelu układu wspozego. 4. Zaiemnić pomieszenie. Okeślić wizualnie napięie pozątkowe U o, napięie pozątkowe wyładowań ślizgowyh U śl oaz napięie pzeskoku U p na modelu izolatoa pzepustowego dla następująyh odstępów elektod: 5, 10, 15 i 40 m. 5. Stosują wzoy (6) i (3) oblizyć napięie pozątkowe wyładowań ślizgowyh, stosują wzó (7) oblizyć naięie pzeskoku badanego modelu izolatoa pzepustowego dla odległośi elektod 15 i 40 m. We wzoze (7) pzyjąć K= Wykonać 2-3 póby na izolatoze pokytym sztuzną wastwą zabudzeniową elem oszzaowania watośi napięia pzeskoku zabudzeniowego. Układ zasilania tansfomatoa należy pzełązyć na zewnętzny egulato napięia o moy 70 kva. Pzy odłązonym odłązniku ustawić na egulatoze napięia żądaną watość napięia a następnie podać napięie na zabudzony izolato. W pzypadku wystąpienia podzas póby pzeskoku, w następnej póbie obniżyć watość napięia, a w pzypadku gdy pzeskok nie wystąpił podnieść napięie (poedua postępowania wg metody góa-dół). Podstawowe pojęia, zależnośi i paamety Napięie pzeskoku izolatoa wspozego poelanowego U p w [kv] dla odległośi między elektodami l można wyznazyć ze wzoów empiyznyh: Up = 3,35 l + 20 Up = 7,3 l - 0,2 l 2 Napięie pozątkowe świetlenia U o izolatoa pzepustowego onst 1,36 10 U 0 U śl C 0, 44 C 0 gdzie: C pojemność jednostkowa skośna, C R R ln Napięie pzeskoku U pśl izolatoa pzepustowego R ln 0,2 U p śl K L Dla izolatoa walowego, R = 7,5 miezonym w kv sk watość K wynosi 43. R 0,4 dla l > 10 m dla l 10 m 4 m, = 5 m, L od 10 do 30 m i pzy napięiu pzemiennym Stona8

9 Paamety układów modelowyh Nazwa modelu Wymiay w [m] Model układ wspozego D = 15 7 d = 10 Model układu pzepustowego D = 15 7 d = 10 Izolato długopniowy LP 60/5U H = 26 L = 52 f = 3,0 - D śednia zewnętzna; d śednia wewnętzna, H odległość między okuiami, L długość dogi upływu Spawozdanie Spawozdanie winno zawieać: Zależnośi napięia pzeskoku U p od odstępu elektod l modelu izolatoa wspozego (pomiaowy i oblizeniowy, umieszzone na wspólnym ysunku). Zależnośi napięia pojawienia się wyładowań ślizgowyh U śl i napięia pzeskoku U p od odstępu elektod modelu izolatoa pzepustowego (pomiaowe i oblizeniowe, umieszzone na jednym ysunku). Oblizenie piędziesięiopoentowego napięia pzeskoku zabudzeniowego U p50% wg metody góa-dół (załąznik n 1). Założyć pawdopodobne 20 wyników pomiaów bioą pod uwagę taką watość napięia pzeskoku zabudzeniowego jaką oszaowano w pokazie. Pzyjąć do oblizeń watość U = 1,0 kv. Zagadnienia kontolne 1. Wpływ mateiału izolayjnego izolatoa wspozego na napięie pzeskoku pzy tehniznie zystej powiezhni. 2. Mehanizmy ozwoju wyładowań powiezhniowyh: w układzie typu wspozego, w układzie typu pzepustowego, wzdłuż powiezhni zabudzonej i zawilgoonej. 1. Wymagania stawiane układom pobiezym wysokiego napięia, w tym układom do pób zabudzeniowyh. 2. Paamety konstukyjne izolatoów. Liteatua [1] ed. Fleszyński J.., Laboatoium wysokonapięiowe w dydaktye i elektoenegetye. Ofiyna Wydawniza Politehniki Woławskiej 1999 [4] PN-IEC 507: 1998 Badania sztuznie zabudzonyh izolatoów wysokonapięiowyh stosowanyh w sieiah pądu pzemiennego. Stona9

10 Ćwizenie V: Rozkład napięia na izolatoah kołpakowyh Posługują się iskienikiem kulowym = 10 mm, zmiezyć spadki napięia na ogniwah łańuha złożonego z 5 izolatoów kołpakowyh LK 280/170 pzy tym samym napięiu U pzyłożonym do łańuha: 1a) łańuh z pojedynzym pzewodem bez pieśienia steująego, 1b) łańuh z pojedynzym pzewodem z pieśieniem steująym 1) łańuh z pojedynzym pzewodem bez pieśienia steująego w któym izolato n 3 zastąpiono izolatoem n 3a 2. łańuhów izolatoów jak w zadaniu 1a dla N = 4, 3 i 2 ogniw 3. Spawdzić, zy suma zmiezonyh spadków napięć U ówna się napięiu pzyłożonemu - jeśli nie wpowadzić popawki popojonalne do miezonyh watośi. Wyazić skoygowane watośi U w jednostkah względnyh (w stosunku do napięia pzyłożonego). Zwóić uwagę na watośi skutezne i maksymalne napięia 4. Wyznazyć współzynniki nieównomienośi ozkładu napięia dla: a) łańuhów izolatoów z zadania 1, b) łańuha izolatoów jak w zadaniu 1a, po zastąpieniu pzewodu zwykłego pzewodem z pieśieniem steująym, ) łańuhów izolatoów jak w zadaniu 1a dla N = 4, 3 i 2 ogniw. 5. Wyniki pzedstawić gafiznie jako zależność k = f(n). Pzedstawić gafiznie na jednym, wykesie zależnośi U = f (i), i = 1...N, dla zadania 1a i 1b. Spawozdanie Spawozdanie powinno zawieać wyniki pomiaów, oblizenia i wykesy zgodnie z zadaniami 4 i 5. Zagadnienia kontolne 1. Izolatoy dla linii napowietznyh. 2. Konstukja izolatoów kołpakowyh. 3. Model elektyzny łańuha izolatoów kołpakowyh. 4. Pomiay napięia iskienikiem kulowym. 5. Sposoby popawy ozkładu napięia na łańuhah izolatoów kołpakowyh i na izolatoah długopniowyh. Stona10