Отчет по ТВН. Лабораторная работа 4 Цель работы

• Название: Лабораторная работа 4 Цель работы
• Дата: 12.11.2022
• Размер: 0.64 Mb.
• Имя файла: Отчет по ТВН.docx
• Тип: Лабораторная работа; #784425
• страница: 1 из 4

МинистерЮРГПУ (НПИ) Кафедра ЭСиЭЭС

Генератор импульсных напряжений и измерение амплитуды импульсных разрядных напряжений

Лабораторная работа №4

Цельработы: ознакомиться с работой генератора импульсных напряжений (ГИН), приобрести навыки проведения испытаний электрооборудования с помощью ГИН.

Пояснения к работе

В процессе работы электроустановок высокого напряжения их изоляция подвергается воздействию не только рабочего напряжения, но и атмосферных и внутренних перенапряжений. В настоящей работе рассматривается воздействие на изоляцию атмосферных перенапряжений, длительность которых составляет всего несколько десятков микросекунд. Амплитуды таких перенапряжений велики и представляют большую опасность для изоляции электроустановок. Поэтому важнейшей характеристикой изоляции является ее импульсная прочность.

Импульсная прочность большинства объектов (воздушных промежутков, изоляторов и др.) зависит от формы импульса, поэтому для того, чтобы можно было сравнивать различные изоляционные конструкции, результаты испытаний и т.д., форма кривой импульса стандартизирована (рис 4.1).



Рис. 4.1. Полный грозовой импульс.

За значение испытательного напряжения полного импульса принимают максимальное значение напряжения импульса.

Стандартный полный грозовой импульс должен иметь следующие параметры:

• 
  длительность фронта τ_ф= (1,2±0,36) мкс;
  
• 
  длительность импульса τ_в=(50±10) мкс. Обозначение импульса: 1,2/50.
  

При воздействии на изоляцию импульсного напряжения разряд происходит при напряжениях более высоких, чем при длительно приложенном напряжении.

Разрядное напряжение при достаточно длительном его приложении есть статическое разрядное напряжение U_ст.

U

Uст


Рис. 4.2. Составляющие времени разряда.

Рассмотрим составляющие времени разряда. Если U_ст (рис. 4.2) – напряжение, при котором может произойти разряд, то до момента t₁ разряд произойти не может. Более того, в момент времени t₁ разряд может не начаться, так как для развития разряда вблизи катода должен находиться хотя бы один «эффективный» электрон, т.е. электрон, способный создать начальную лавину. Появление этого электрона носит статистический характер (зависит от внешних ионизаторов, формы электродов, их чистоты и степени обработки, бомбардировки катода положительными ионами и др.). Таким образом, развитие разряда начнется не в мо мент времени t₁, а в момент

t₂=t₁+t_ст,

где t_ст – статистическое время запаздывания разряда (время ожидания эффективного электрона).

Но в момент времени t₁+t_ст разряд только начнет развиваться. Должно пройти еще некоторое время формирования разряда t_фор, прежде чем разряд завершится.

Время формирования заряда состоит из времени образования лавины t_л, времени образования стримера t_стр и времени образования главного разряда t_глр..

Поскольку t_стр и t_глр. значительно меньше времени лавинной стадии разряда, ими можно пренебречь. Таким образом, время разряда состоит из трех слагаемых:

t_р=t₁+t_ст+t_л.

Сумму t_ст+t_л часто называют временем запаздывания заряда. Статическое время запаздывания разряда в однородном и квазиоднородном полях практически равно нулю, так как весьма велика вероятность наличия свободного электрона вблизи элек трода больших размеров. Для любого поля статическое время запаздывания разряда может быть сведено к нулю облучением катода жесткими лучами, что и применяется в лабораторной практике при измерении амплитуд импульсов шаровыми разрядниками.

Изучение разряда при импульсах показывает, что для одной и той же изоляционной конструкции при воздействии одного и того же импульса наблюдаются разные времена разряда. Это объясняется различием статического времени запаздывания разряда и времени образования лавины при каждом опыте. Поэтому можно подобрать такую амплитуду импульса, при многократном при ложении которого к объекту испытания произойдет лишь один разряд на объекте. Очевидно, такая амплитуда импульса будет минимальным импульсным разрядным напряжением U_мин объекта, соответствующим наименьшему времени разряда из всех опытов. Однако определение U_мин связано с большим числом опытов. Поэтому в практике определяют пятидесятипроцентное импульсное разрядное напряжение U_50%, т.е. такую амплитуду импульса, при которой происходит 50% разрядов на объекте из 100% импульсов, прикладываемых к объекту испытания. Очевидно, что U_50% соответствует средней величине времени разряда.

Импульсы заданной формы (в том числе и стандартный импульс) в лаборатории получают с помощью генератора импульсных напряжений (ГИН).



ГИН представляет собой каскадную установку (рис. 4.3), которая состоит из четырех конденсаторов С, разделенных зарядными сопротивлениями R_зар, искровых промежутков ИП-1 – ИП-3 с успокоительными сопротивлениями R_у и разделительного искрового промежутка ИП₀.

Регулятор напряжения, трансформатор ИТ, выпрямитель VD и защитное сопротивление R_защ составляют зарядный (питающий) блок ГИН. Режим заряда ГИН протекает следующим образом. Параллельно соединенные конденсаторы С заряжаются от зарядного элемента. Так как R_защ>>R_зар, то конденсаторы практически одновременно заряжаются до одинакового потенциала. К моменту окончания заряда потенциалы точек А₁,Б₁,В₁ и Г₁ равны амплитудному значению напряжения источника U₀, а потенциалы точек А, Б, В и Гравны нулю.

Разряд начинается с пробоя первого искрового промежутка ИП-1, т.к. расстояние между его шарами устанавливается меньшим, чем у последующих промежутков. После пробоя промежутка ИП-1 точка Б принимает потенциал точки А₁. Потенциал точки В изменяется намного медленнее в силу того, что точка В отделе- на от точки Б большим сопротивлением R_зар. Потенциал точки Б₁ относительно «земли» после пробоя промежутка ИП-1 складывается из потенциала точки Б, равного U₀, и напряжения на конденсаторе С, также равного U₀, т.е. составляет 2U₀по отношению к «земле» (точке А).

В первый момент после пробоя промежутка ИП-1 на промежутке ИП-2 создается разность потенциалов, равная 2U₀, и промежуток пробивается. После его пробоя точка В приобретает потенциал 2U₀, а в точке В₁ потенциал повышается до 3U₀, что при- водит к пробою следующего промежутка и т. д.

Процесс поочередного автоматического срабатывания искровых промежутков обеспечивает быстрый автоматический перевод заряженных конденсаторов с параллельного соединения на последовательное через искровой разряд в промежутках ИП-1

– ИП-3, в результате чего напряжения на конденсаторах суммируются.

На разрядной цепи, состоящей из R_p и C_p, включенной между точкой Д и «землей», возникает напряжение, близкое по величине к 4U₀. Конденсаторы разряжаются на разрядную цепь, а падение напряжения на ней прикладывается к испытуемому объекту ИО. Разрядная цепь формирует импульс. Величина сопротивления R_p определяет длительность импульса, а емкости C_p–длительность фронта импульса. Параметры разрядной цепи подбираются таким образом, чтобы импульс имел стандартную или другую заданную форму.

Таким образом, применяя конденсаторы на сравнительно невысокие номинальные напряжения, можно получить на выходе ГИН импульсные напряжения в несколько сотен тысяч и миллионов вольт.