Wytrzymałość udarowa powietrza

Transkrypt

1 Politechnika Lubelska Wydział Elektrotechniki i Informatyki Katedra rządzeń Elektrycznych i TWN Lublin, ul. Nadbystrzycka 38A LABORATORIM TECHNIKI WYSOKICH NAPIĘĆ Instrukcja do ćwiczenia nr 5 Wytrzymałość udarowa powietrza Lublin 2009

2 1. Cel ćwiczenia Ćw. 5. Wytrzymałość udarowa powietrza Celem ćwiczenia jest: zapoznanie się z mechanizmami przeskoku i przebicia przy udarach napięciowych, porównanie wytrzymałości statycznej i udarowej wybranych układów izolacyjnych. 2. Sposób przeprowadzenia pomiarów Pomiar wytrzymałości udarowej i statycznej w układzie kulowym i ostrzowym Pomiar napięcia udarowego wykonujemy w układzie z generatorem udarowym (rys. 2) dla układów kulowego i ostrzowego. stawiamy wartość napięcia kuv lub ouv (podaną w tabeli 2 lub 3). stawiamy odstęp między kulami pomocniczymi iskiernika generatora tak, aby doszło do przeskoku między nimi, a czas pomiędzy przeskokami wynosił 1 2 s. Następnie za pomocą drążka izolacyjnego regulujemy odległość w iskierniku głównym tak, aby uzyskać 50-procentowe występowanie przeskoków, które odpowiada 50-procentowemu napięciu przeskoku. Odczytane odległości na iskierniku głównym zapisujemy w tabeli 2 lub 3. Pomiar napięcia statycznego wykonujemy na układach pomiarowych z iskiernikiem kulowym oraz iskiernikiem ostrzowym dla odległości otrzymanych przy pomiarach wytrzymałości udarowej (rys. 1). Na iskierniku nastawiamy odległości odczytane przy pomiarach wartości udarowej, a następnie załączamy układ i zwiększamy napięcie do wystąpienia przeskoku. Pomiary przeprowadzamy 4 razy dla każdej odległości. Rys. 1. Schemat układu pomiarowego do wyznaczenia wytrzymałości statycznej układów izolacyjnych 2

3 obiekt badany R τ Rys. 2. Schemat układu pomiarowego do wyznaczenia wytrzymałości udarowej układów izolacyjnych Tabela 1. Parametry generatora udarowego, statycznego i warunki atmosferyczne Przekładnia transformatora generatora udarowego TP Liczba stopni generatora udarowego n = 4 Przekładnia transformatora TP Temperatura, C t = Ciśnienie, hpa b = b Gęstość względna powietrza = t = Wilgotność powietrza, % φ = Współczynnik uwzględniający wpływ wilgotności k w odczytany z wykresu k w = Współczynnik wykorzystania obwodu generatora udarowego (dane producenta η = 0,87 3

4 Tabela 2. Pomiar wytrzymałości udarowej i statycznej dla układu kulowego L.p. Wytrzymałość układu kulowego Wytrzymałość udarowa Wytrzymałość statyczna kuv a k G ku ksv ksvsr ks η k ku V mm kv kv V V kv η sr = k kusr = Obliczenia dla układu iskiernika kulowego kuv wartość napięcia nastawiana na woltomierzu generatora napięcia udarowego dla układu kulowego, (V); a k odległość kul odczytana na skali iskiernika, (mm); G obliczona wartość napięcia udarowego, (kv); ku wartość napięcia udarowego dla warunków normalnej i wartości średniej współczynnika wykorzystania obwodu generatora η sr, (kv); kuv wartość napięcia przeskoku odczytana z woltomierza układu probierczego napięcia statycznego, (V); kuvsr wartość średnia napięcia kuv dla 2, 3 i 4 pomiaru, (V); ks wartość statyczna napięcia przeskoku dla warunków normalnych, (kv); 4

5 η obliczony współczynnik wykorzystania obwodu generatora udarowego dla poszczególnych odległości a k ; η sr arytmetyczna wartość średnia współczynnikaη ; k ku wartość współczynnika udaru dla określonych odległości; k kusr arytmetyczna wartość średnia współczynnika k ku. W układzie generatora podczas jego pracy może wystąpić zjawiska ulotu na połączeniach elementów połączeń, szczególnie przy wyższych napięciach oraz spadki napięcia na elementach rezystancyjno-pojemnościowych. Stąd napięcie wytwarzane przez generator G w warunkach normalnych bez uwzględnienia tych spadków napięcia oraz bez uwzględniania wpływu wilgotności powietrza wynosi: G = kuv 2 ϑ n Wartość statycznego (przemiennego) napięcia przeskoku ks dla odległości pomiędzy kulami a wyznaczona dla generatora udarowego wynosi: 2 ϑ ksvsr = 2, gdzie (2) ks ksvsr 1 (1) + + ksv2 ksv 3 ksv 4 = (3) 3 Biorąc pod uwagę, że wytrzymałość powietrza dla iskiernika kulowego przy danej biegunowości udaru jest równa wytrzymałości statycznej, oraz uwzględnienie wyżej wymienionych strat napięcia wprowadza się tzw. współczynnik wykorzystania obwodu generatora wyznaczamy z zależności: ks η = (4) Wartość średnią współczynnika wykorzystania obwodu generatora η sr dla przeprowadzonych pomiarów dla poszczególnych wartości odległości pomiędzy kulami a k wynosi: η + η + η + η + η + η η = (5) sr 6 Napięcie wytwarzane przez generator ku w warunkach normalnych dla układu kulowego z uwzględnieniem η sr wynosi: G ku = 2 ϑ n η kuv 1 sr (6) 5

6 Współczynnik udarowy k ku określa stosunek 50-cio procentowego napięcia udarowego i napięcia statycznego przeskoku dla układu elektrod kulowych o określonych odległościach elektrod a k wynosi: = (7) ku50% k ku Błąd pomiaru udarowego napięcia przeskoku dla danej odległości pomiędzy elektrodami a k można określić porównując obliczoną wartość ku i wartością napięcia udarowego przeskoku kun podanej dla określonej biegunowości udaru w normie PN.. według zależności: ks ku kun = 100% (8) kun Tabela 3. Pomiar wytrzymałości udarowej i statycznej dla układu ostrzowego L.p. Wytrzymałość układu ostrzowego Wytrzymałość udarowa Wytrzymałość statyczna ouv a o ou osv osvsr os k ou V mm kv V V kv k ousr = Nazwy wielkości dla układu ostrze-ostrze: ouv, a o, ou, osv, osvsr, os, k ou są takie same jak dla układu iskiernika kulowego (podane pod tabelą 2) 6

7 darowe napięcie przeskoku w warunkach normalnych dla układu ostrzowego należy obliczyć z zależności: gdzie: ou = 2 ϑ n η k ouv 1 sr w (9) k w współczynnik uwzględniający wpływ zawilgocenia powietrza, który należy odczytać g z tabeli lub wykresu znając wilgotność względnej w, 3, cm przy czym w=ϕ (10) w n wilgotność bezwzględna powietrza w stanie nasycenia odczytana z tablic dla danej temperatury, ϕ wilgotność powietrza odczytana z higrometru. w n Napięcie statyczne przeskoku obliczamy z zależności: 2 ϑ k osvsr 2 w = os osvsr Współczynnik udarowy k ou obliczamy z zależności:, gdzie (11) + + osv 2 osv3 osv4 = (12) 3 = (13) ou50% k ou os 3. Opracowanie sprawozdanie Sprawozdanie powinno zawierać: dane określające warunki atmosferyczne; schematy układów pomiarowych; tabelę wyników przeprowadzonych pomiarów; przykładowe obliczenia; wykres dla iskiernika kulowego: o zależności napięcia udarowego ku i napięcia statycznego ks w funkcji odległości a k ; wykres dla iskiernika ostrzowego: o zależności napięcia udarowego ou i napięcia statycznego os w funkcji odległości a o ; porównać wytrzymałość udarową i statyczną dla układów kulowego i ostrzowego. 7

8 4. Literatura Ćw. 5. Wytrzymałość udarowa powietrza 1. L. Kacejko, Cz. Karwat, H. Wójcik: Laboratorium techniki wysokich napięć, WPL Lublin 2. S. Szpor: Technika wysokich napięć, WNT Warszawa 3. S. Szpor: Ochrona odgromowa, WNT Warszawa 4. Z. Flisowski: Technika wysokich napięć, WNT Warszawa 5. Z. Gacek: Technika wysokich napięć, WPŚ Gliwice 6. Z. Gacek: Wysokonapięciowa technika izolacyjna, WPŚ Gliwice 8