Методические указания к выполнению лабораторных работ Иркутск 1997
 Скачать 1.52 Mb.
|
|
2. Описание экспериментальной установки Для измерения сопротивления изоляции в работе используется мега- омметр типа Ф4102, позволяющий измерять сопротивления от 0.03 до 10000 МОм при напряжениях 100, 500 и 1000 В (модификация прибора 1) или при напряжениях 1000 и 2500 В с верхним пределом сопротивлений 50000 МОм (модификация 2) с погрешностями не более 30%. Мегаомметр состоит из преобразователя напряжения, вырабатываю- щего постоянное напряжение нужной величины, и измерительного усили- теля, на выходе которого включен магнитоэлектрический микроампер- метр. Эти два блока представляют собою двухполюсники, включенные по- следовательно, и все три вывода этих двухполюсников выведены на зажи- мы прибора. Зажим с обозначением ″-″ присоединен к источнику постоян- ного напряжения, зажим с охранным кольцом присоединен к измеритель- ному усилителю, а охранное кольцо соединено с общей точкой измери- тельного усилителя и источника постоянного напряжения (зажим Э). Из- меряемый резистор включается последовательно с этими двухполюсника- ми. Зажим Э служит для отвода лишних токов, протекающих, например, через изоляцию между измерительными проводами, для чего провод, при- соединяемый к измерительному усилителю, экранирован. Порядок работы с мегаомметром следующий. 1. Прикосновением заземляющей штанги к токоведущим частям ис- следуемого объекта убедиться в отсутствии остаточных зарядов на нем. 2. К клемме ″-″ мегаомметра подключить одиночный соединитель- ный провод, к клемме с охранным кольцом – соединительный провод в эк- ране, экран которого подключить к клемме Э. 48 3. Переключатель измерительных напряжений установить в нужное положение. При разомкнутых концах соединительных проводов, нажав кнопку ИЗМ1, установить с помощью ручки УСТ ∞ стрелку прибора на отметку ∞. Перед нажатием кнопки ИЗМ1 необходимо громко предупре- дить окружающих: «Включаю высокое напряжение!». Предупреждение о подаче напряжения необходимо делать всегда при нажатии упомянутой кнопки и всю работу с подачей напряжения проводить, надев диэлектриче- ские перчатки. 4. Замкнув концы соединительных проводов мегаомметра и нажав кнопку ИЗМ1, ручкою УСТ.0 стрелку прибора установить на отметку 0. 5. Подключить объект к соединительным проводам мегаомметра. Нажатием кнопки ИЗМ1 подать напряжение на объект и произвести изме- рение. Во время измерений кнопку держать нажатой, а отсчет производить по шкале 1. Шкала II служит для растягивания части шкалы 1 для повы- шения точности измерений. 6. После окончания измерений заземляющей штангой снять остаточ- ный заряд с объекта и отсоединить проводники мегаомметра. Для измерения емкости изоляции в лабораторной работе использует- ся прибор ПЕКИ-1, позволяющий измерять емкости С 50 , разности емкостей С 2 - С 50 и емкости ∆ С в пределах от 0.1 нФ до 100 нФ на пяти диапазонах измерения с погрешностью не более 5% от верхнего предела диапазона измерения. Принцип работы прибора ПЕКИ-1 поясняет упрощенная схема рис. 2. Емкость испытуемой изоляции заряжается около 1 мин от источника стабилизированного напряжения U 0 . Затем, если измеряется емкость С 50 , переключатель S1 на время около 5 мс (примерно четверть периода 50 Гц) подключает испытуемую изоляцию C X к эталонному конденсатору С Э . За это время на конденсатор С Э успевает передать заряд только геометриче- ская емкость изоляции С (по рис. 1,в). Величина емкости С Э выбрана так, что С Э >>C X , поэтому напряжение на эталонном конденсаторе пропорцио- нально C X , Э Э C C U U 50 0 = S1 U 0 C X S2 C Э V Рис. 2 Напряжение на эталонном конденсаторе измеряется с помощью элек- тронного вольтметра, имеющего большое входное сопротивление. 49 Для измерений ∆ С испытуемая изоляция повторно подключается к источнику, а затем отключается и на время около 5 мс закорачивается пе- реключателем S2, чтобы разрядить только геометрическую емкость. После этого переключателем S1 исследуемая изоляция соединяется с эталонным конденсатором на время около 1 с и последний заряжается до напряжения, пропорционального величине ∆ С Измерение разности С 2 - С 50 проводится следующим образом. Предва- рительно заряженная испытуемая изоляция отключается переключателем S1 от источника и закорачивается переключателем S2 на 5 мс для разряда геометрической емкости. Затем с помощью переключателя S1 изоляция подключается к эталонному конденсатору на время около 0.15 с (четверть периода частоты 2 Гц). После измерения С 2 - С 50 отношение С 2 / С 50 опреде- ляется из равенства 1 50 50 2 50 2 + − = C C C C C Порядок работы с прибором следующий. 1. Заземляющей штангой проверить отсутствие остаточных зарядов на испытуемом объекте. Заземлить корпус прибора и один из выводов ис- пытуемого объекта. 2. Присоединить объект измерения к зажиму ОБЪЕКТ прибора. 3. Подключить шнур прибора к сети. 4. Переключатель ЗАРЯД-ИЗМЕРЕНИЕ установить в положение ЗАРЯД. 5. Ручку переключателя рода работы установить в положение Uзар и ручкой УСТ Uзар установить стрелку микроамперметра на отметку 25. 6. Для исключения зашкаливания стрелки прибора ручку переключа- теля диапазонов установить в положение 100 нФ. Если значение емкости испытуемой изоляции примерно известно, можно сразу установить нуж- ный диапазон. Ручку переключателя рода работы установить в положение С 50 , С 2 -С 50 или ∆С в зависимости от требуемого рода измерения. 7. Выдержать прибор в установленном положении переключателей 20-30 с при измерении С 50 и не менее 60 с при измерении С 2 - С 50 и ∆ С . В этот период стрелку микроамперметра установить на нулевую отметку шкалы ручкой УСТ.0. 8. Перевести переключатель ЗАРЯД-ИЗМЕРЕНИЕ в положение ИЗ- МЕРЕНИЕ и снять отсчет показаний по шкале прибора. Если при измере- нии окажется, что выбранный диапазон не соответствует величине изме- ряемой емкости (показания прибора составляют менее 20% шкалы или во- обще нулевые), то нужно установить ручку переключателя диапазонов в следующее положение (на меньший предел измерения) и повторить изме- рения. 9. По окончании измерений переключатель ЗАРЯД-ИЗМЕРЕНИЕ установить в положение ЗАРЯД и отключить прибор от сети. 50 3. Задание на измерения 3.1. Провести измерения сопротивления изоляции предложенных электротехнических изделий при указанных преподавателем напряжениях. Результаты занести в табл. 2, сделать выводы. Таблица 2 Наименование изделия, используе- мые выводы (зажимы) U, кВ R 15 , МОм R 60 , МОм K абс 3.2. Произвести измерение емкости С 50 и разности С 2 - С 50 изоляции изделий. Результаты занести в табл. 3. Определить отношение С 2 / С 50 и сде- лать общие выводы по контролируемой изоляции. Таблица 3 Наименование изделия, используе- мые выводы (зажимы) С 50 , нФ С 2 -С 50 , нФ С 2 /С 50 4. Контрольные вопросы Назовите цели и задачи работы. С какой целью проводятся испытания изоляции? Какие методы ис- пользуют для испытаний? Что называют сопротивлением изоляции? Для чего измеряют сопро- тивление изоляции, и какие величины при этом контролируют? Почему нормативные значения сопротивлений изоляции так велики? Зачем контролируют емкость изоляции? Объясните схемы, принцип действия, устройство используемых при- боров. Какие правила безопасности необходимо соблюдать при измерени- ях? Лабораторная работа № 9 РАСПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ ВДОЛЬ ГИРЛЯНДЫ ИЗОЛЯТОРОВ Цель работы - изучение распределения напряжения по элементам изоляционных конструкций на примере гирлянды изоляторов. 1. Основные понятия и количественные характеристики Для подвески проводов на линиях электропередачи и для подвески 51 контактной сети применяются подвесные изоляторы, собираемые в гир- лянды. Приложенное к гирлянде изоляторов переменное или импульсное напряжение распределяется по изоляторам неравномерно. Это значит, что если в гирлянде, к примеру, 7 изоляторов, то на отдельных изоляторах па- дает не по 1/7 напряжения гирлянды, а больше 1/7 (на изоляторах, бли- жайших к проводу) или меньше 1/7. С увеличением числа изоляторов в гирлянде неравномерность возрастает. Если не принять специальных мер, то на линиях высокого напряжения (220 кВ и более) часть изоляторов мо- жет оказаться под таким напряжением, что уже при рабочем напряжении на них возникнет корона, являющаяся источником радиопомех и причиной ускоренной коррозии арматуры. Причиной неравномерного распределения напряжения является в основном наличие емкостей металлических элементов изоляторов относи- тельно заземленных частей сооружения. На рис. 1 схематически показана гирлянда изоляторов (а) и схема замещения (б), учитывающая только наи- более значимые параметры: собственную емкость изоляторов С 0 и емкости С 1 относительно заземленных частей. Стрелками схематически изображе- ны емкостные токи, протекающие по изоляторам и оттекающие на зазем- ленные части. Обычно гирлянды комплектуются из однотипных изоляторов, по- этому их собственные емкости имеют одинаковое значение, С 0 ≈50 пФ. При чистой и сухой поверхности утечки по поверхности изоляторов значения не имеют. Обычно С 1 ≈5 пФ, а емкости металлических частей изоляторов по отношению к проводам, находящимся под высоким напряжением, со- ставляют величину порядка 0.5 пФ и только слегка изменяют общую кар- тину распределения напряжения, существенно на нее не влияя. а) б) С 0 С1 С1 С 0 С1 С2 С 0 Рис. 1 52 Через собственную емкость ближайшего к проводу изолятора проте- кает наибольший ток, а через емкость изолятора, ближайшего к заземлен- ным частям (верхнего), – наименьший, что и создает соответствующее не- равномерное распределение напряжения вдоль гирлянды. В реальных условиях емкостные элементы C2 также влияют на рас- пределение напряжения, из-за чего наименьшее падение напряжения мо- жет приходиться не на верхний изолятор, а на ближайший к верхнему. Применением специальной арматуры в виде колец, восьмерок и овалов увеличивают емкость С2 и тем самым выравнивают распределение напря- жения вдоль гирлянды. Более подробное описание приведено в книгах [3], с. 62-75, [6], с. 40- 45, [8],с. 91-93. 2. Описание экспериментальной установки Для выявления дефектных изоляторов в гирляндах используются из- мерительные штанги, позволяющие измерять напряжение на отдельном изоляторе в рабочем режиме линии электропередачи. В лабораторной работе используется несколько иной метод, осно- ванный на возможности измерения напряжения на всей гирлянде изолято- ров и применении шарового разрядника с неизменным расстоянием между электродами. Присоединив разрядник параллельно одному из изоляторов, повышают напряжение, подводимое к гирлянде, до тех пор, пока не про- изойдет пробой искрового промежутка разрядника. Если U р - напряжение пробоя разрядника, то непосредственно перед пробоем на нем падает доля напряжения, определяемая коэффициентом k р k U U = α , где U k – напряжение на всей гирлянде в момент пробоя искрового разрядника, установленного на k -том изоляторе. Коэффициент k α является относительным напряжени- ем на изоляторе k Поскольку при изменении напряжения гирлянды распределение на- пряжения на ней не изменяется (если не появляется корона), то сумма всех α k как относительных напряжений на изоляторах должна быть равна еди- нице, n - число изоляторов в гирлянде: 1 1 1 = = ∑ ∑ = = n k k р n k k U U α , откуда, вынеся U р за знак суммы, можно его определить: n р U U U U 1 1 1 1 2 1 + + + = 53 Напряжение пробоя шарового разрядника определяется как резуль- тат косвенных измерений. После вычисления коэффициентов α k легко найти напряжения на изоляторах гирлянды при подведении некоторого номинального напряже- ния: ном i i U U ⋅ = ∆ α Для подачи напряжения на гирлянду в лабораторной работе исполь- зуется испытательная установка WPT 4.4/100, с принципом работы кото- рой и правилами безопасности необходимо ознакомиться в описании лабо- раторной работы № 2. 3. Задание на измерения 3.1. С помощью шарового разрядника с неизменным искровым про- межутком измерить относительные напряжения на изоляторах гирлянды и рассчитать разрядное напряжение промежутка шарового разрядника. При установке разрядника на изолятор необходимо работать в диэлектрических перчатках, находясь на диэлектрическом коврике, при наложенной на вы- соковольтный вывод трансформатора заземляющей штанге. При измере- ниях напряжение плавно повышать до пробоя шарового разрядника. Про- бой должен быть неустойчивым, прерывистым. Снизить напряжение до прекращения пробоя и снова поднять напряжение – всего провести три из- мерения и найти среднее значение. Результаты занести в табл. 1. Таблица 1 № изоля- тора Исправная гирлянда, кВ U k1 U k2 U k3 U ср U р α k Дефектная гирлянда, кВ U k1 U k2 U k3 U ср U р α k Расчет ∆ U i , кВ 3.2. Закоротив проволокой один из изоляторов, повторить измерения для гирлянды с дефектным изолятором. 3.3. Для каждого случая по полученным относительным напряжени- ям рассчитать абсолютные напряжения на изоляторах при U ном =63 кВ (что это за номинал?). Построить графики распределения напряжения по гир- лянде. Сделать выводы по работе. 4. Контрольные вопросы Назовите цели и задачи работы. Объясните причины неравномерного распределения напряжения по гирлянде изоляторов. Как измеряется распределение напряжения по гирлянде? Объясните устройство, принцип работы высоковольтной установки, назначение органов управления на ней и основные правила безопасности. 54 Лабораторная работа № 10 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ ЭЛЕКТРОЗАЩИТНЫХ СРЕДСТВ Цель работы – изучение методов испытаний защитных средств и установки для проведения испытаний. 1. Основные понятия и количественные характеристики Электрозащитными средствами называют средства, служащие для защиты людей, работающих с электроустановками, от поражения электри- ческим током, от воздействия электрической дуги и электромагнитного поля. Электрозащитные средства подразделяются на основные, изоляция которых длительно выдерживает рабочее напряжение электроустановок и которые позволяют прикасаться к токоведущим частям, находящимся под напряжением, и на дополнительные электрозащитные средства, которые сами по себе не могут при данном напряжении обеспечить защиту от по- ражения током, а применяются совместно с основными электрозащитными средствами. К электрозащитным средствам относятся: • изолирующие штанги, изолирующие и электроизмерительные кле- щи, указатели напряжения и т.д.; • изолирующие устройства и приспособления для ремонтных работ под напряжением выше 1000 В и слесарно-монтажный инструмент с изолирующими ручками для работы в электроустановках напряже- нием до 1000 В; • диэлектрические перчатки, боты, галоши, коврики, изолирующие накладки и подставки; • индивидуальные экранирующие комплекты; • переносные заземления; • оградительные устройства и диэлектрические колпаки; • плакаты и знаки безопасности. К основным электрозащитным средствам в электроустановках на- пряжением выше 1000 В относят изолирующие штанги, изолирующие и измерительные клещи, указатели напряжения, изолирующие устройства и приспособления для работ на воздушных линиях с непосредственным при- косновением электромонтера к токоведущим частям. К дополнительным электрозащитным средствам в установках напряжением выше 1000 В от- носят диэлектрические перчатки, диэлектрические боты, диэлектрические коврики, индивидуальные экранирующие комплекты, изолирующие под- ставки и накладки, диэлектрические колпаки, переносные заземления, ог- 55 радительные устройства, плакаты и знаки безопасности. При приемке в эксплуатацию и в процессе эксплуатации электроза- щитные средства подвергают эксплуатационным испытаниям, одним из видов которых являются электрические испытания. Все испытания, как правило, проводят переменным током 50 Гц при 15-20°С. Скорость подъе- ма напряжения до 1/3 испытательного может быть произвольной, даль- нейшее повышение напряжения должно быть плавным и быстрым, позво- ляющим при напряжении более 3/4 испытательного вести отсчет показа- ний прибора. После достижения требуемого значения без выдержки или после выдержки 1 мин (в зависимости от конкретного защитного средства) напряжение должно быть плавно снижено до нуля или при значении, рав- ном или менее 1/3 испытательного, отключено. На выдержавшие испыта- ния средства защиты, кроме инструмента с изолирующими рукоятками и указателей напряжения до 1000 В, ставится специальный штамп. Проведенные испытания оформляются протоколом по следующей форме. |