Методические указания к выполнению лабораторных работ Иркутск 1997
 Скачать 1.52 Mb.
|
|
_________________________________________________________________________________ (наименование лаборатории) ПРОТОКОЛ №___ от _____________ 200__ г. (наименование средств защиты) в количестве _____________ шт. принадлежащие __________________ испытаны напряжением переменного тока частотой 50 Гц, постоян- ного тока (нужное подчеркнуть): изолирующие части _____кВ в течение ____мин; рабочие части____ кВ в течение ____ мин; ток, протекающий через изделие, _____ мА. Отдельные требования, выводы: ____________________________ Дата следующего испытания: ___________ Испытания провел: _____________________ Руководитель работ____________________ Основные изолирующие средства защиты, предназначенные для ус- тановок выше 1000 В до 110 кВ, испытывают напряжением, равным трех- кратному линейному, но не ниже 40 кВ, а предназначенные для установок напряжением 110 кВ и выше – трехкратному фазному. Дополнительные средства защиты испытывают напряжением, не зависящим от напряжения установки, в которой они должны применяться. Токи, протекающие через изделие, нормируются для указателей напряжения, изделий из резины и изолирующих средств для работы под напряжением. Периодичность испы- таний устанавливается нормами испытаний защитных средств; данные по некоторым защитным средствам приведены в табл. 1. 56 Таблица 1 Средства за- щиты Напряжение электроус- тановок, кВ Испыта- тельное на- пряжение, кВ Продол- житель- ность, мин Ток через изделие, не более, мА Периодич- ность Резиновые диэл. перчатки Все напря- жения 6 1 6.0 1 раз в 6 меся- цев Резиновые диэл. боты То же 15 1 7.5 1 раз в 36 меся- цев Резиновые диэл. ковры - Осмотр - - 1 раз в 6 меся- цев Более подробное описание приведено в книгах [1], с. 75-64, [5], с. 366-421, [6], с. 70-89. 2. Описание экспериментальной установки В данной лабораторной работе проводятся испытания защитных средств, изготовленных из резины. Резина относится к группе материалов, называемых эластомерами, и представляет собой эластичный материал, получаемый путем вулканизации каучука, являющегося органическим по- лимером. В зависимости от количества серы, добавляемой к каучуку, при вулканизации получают резину различной эластичности – от мягкой, очень эластичной, до твердой резины – эбонита. В зависимости от состава и тех- нологии изготовления резины сильно варьируют и ее характеристики. Удельное объемное сопротивление резины меняется от 1 ⋅10 12 Ом ⋅м до 1 ⋅10 13 Ом ⋅м, tg δ – от 0.02 до 0.1 (при 50 Гц), диэлектрическая проницае- мость – от 3 до 7. Электрическая прочность лежит в пределах от 20 кВ/мм до 45 кВ/мм. Резина обладает низкой нагревостойкостью, малой стойкостью к действию нефтяных масел, от которых резина набухает, и малой стойко- стью к действию света, особенно ультрафиолетового, от которого резина быстро стареет. Резко ускоряет старение резины озон, образующийся при ионизации воздушных включений или в окружающем воздухе. Хотя рези- на практически водо- и газонепроницаема, ее электрические свойства ухудшаются под действием влаги. Периодические электрические испытания защитных средств на осно- ве резины решают задачу выявления механических дефектов (поры, мик- ротрещины, проколы) и старения резиновой изоляции. В лабораторной работе используется испытательная установка типа УИ-1М, предназначенная для электрических испытаний диэлектрических перчаток, бот, галош и инструмента с изоляционными рукоятками. Уста- новка позволяет изменять испытательное напряжение в пределах от 0 до 15 кВ с измерением тока до 30 мА. Упрощенная схема установки приведена 57 на рис. 1. Рис. 1 Питание на установку подается через автоматический выключатель S1 и через контактор S2 поступает на автотрансформаторы Т1 и Т2. Нали- чие двух автотрансформаторов дает возможность более плавной регули- ровки напряжения. Через резистор R1, ограничивающий ток при пробое испытуемого изделия, напряжение подается на высоковольтный транс- форматор Т3. Миллиамперметр в высоковольтной части цепи позволяет при нажатии кнопки S3 или S4 контролировать ток через изделия, а раз- рядники F1 и F2 защищают цепь при коммутации кнопок. Катушка L1 ог- раничивает броски тока при пробое изделия и защищает миллиамперметр от перегрузки. В установке имеется реле времени, включающее световой сигнал через одну минуту после достижения испытательного напряжения. При испытании диэлектрические перчатки, боты и галоши погружа- ют в ванну с водой, имеющей температуру 15-35°С, которая заливается также внутрь этих изделий. Боты и галоши при этом опускаются на специ- альную сетку, устанавливаемую внутри ванны, перчатки одеваются на ци- линдры испытательного кронштейна, предварительно заполненные водой, которая при повороте цилиндров затекает в перчатки. Уровень воды как снаружи, так и внутри изделий должен быть на 50 мм ниже верхнего края перчаток, отворотов бот и на 20 мм ниже бортов галош. Выступающие края испытуемых изделий должны быть сухими. 58 Работа на установке УИ-1М производится в следующем порядке. 1. Проверить заземление установки и заполнение ванны водой. 2. Испытываемые защитные средства после наружного осмотра и от- сутствия видимых повреждений установить в ванну с испытательным элек- тродом. 3. Все дальнейшие переключения на установке проводятся одним человеком, который должен находиться на диэлектрическом коврике, дол- жен надеть диэлектрические перчатки и не должен касаться заземленных частей неизолированными частями тела. Остальные члены бригады на- блюдают за работой и за показаниями приборов. 4. Опустить испытательный кронштейн и закрыть крышку. После получения разрешения на включение подключить установку к сети 220 В. Проверить установку в нулевое положение ручек регулировки напряжения. 5. Перевести заземляющий разъединитель в положение ОТКЛ. Включить автоматический выключатель и, громко объявив: «Включаю вы- сокое напряжение!» – нажать кнопку ВКЛЮЧЕНИЕ УСТАНОВКИ. При этом должна загореться надпись «Высокое напряжение». 6. Плавно поднять напряжение до нужного значения, повернув сна- чала ручку ГРУБО, а затем ручку ТОЧНО. 7. Через минуту после достижения испытательного напряжения плав- но снизить испытательное напряжение до нуля. Обе ручки ГРУБО и ТОЧ- НО установить в нулевое положение. 8. Выключить автоматический выключатель, рукоятку заземляющего разъединителя перевести до упора в положение ЗАЗЕМЛЕНИЕ ВКЛ. 9. Открыть крышку и снять испытанное изделие. Если в процессе испытаний возникает пробой, перекрытие и разряды по поверхности, испытание прекращается и испытываемое изделие браку- ется. Тот же вывод делается и при превышении током нормы или при рез- ких колебаниях стрелки миллиамперметра. 3. Задание на измерения 3.1. При подготовке к лабораторной работе следует произвести оце- ночные расчеты тока, протекающего через руку человека, одетую в ди- электрическую перчатку, при приложении максимально допустимого по- стоянного и переменного напряжений, и ответить на вопрос – достаточно ли параметров резины для обеспечения тока через руку человека не более 1 мА? Имеет ли значение величина tg δ резины для изготовления диэлектри- ческих перчаток? Правильно ли выбраны величины максимально допусти- мого напряжения на перчатке и испытательного напряжения, исходя из ве- личины электрической прочности резины? 3.2. Произвести электрические испытания предложенных перчаток и бот. Составить протоколы испытаний. В отчете по работе представить схе- 59 му установки и протоколы испытаний. 4. Контрольные вопросы Назовите цели и задачи работы. Какие средства называют электрозащитными, и на какие группы они подразделяются? Для чего и каким образом производятся электрические испытания защитных средств? Назовите основные электротехнические характеристики резиновой изоляции и их ориентировочные значения. Объясните схему, принцип действия, устройство используемой уста- новки. Объясните порядок проведения испытаний и основные правила безо- пасности. Лабораторная работа № 11 ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ Цель работы – изучение назначения, схемы и характеристик генера- тора импульсных напряжений. 1. Основные понятия и количественные характеристики Генераторы импульсных напряжений большой величины использу- ются для испытания изоляции некоторых электротехнических изделий, в частности, для испытания трансформаторов. Импульсные испытания изо- ляции проводятся по двум основным причинам: во-первых, в процессе эксплуатации изоляция оборудования подвергается воздействию импульс- ных перенапряжений, возникающих при разрядах молнии и имеющих вре- мя нарастания порядка единиц микросекунд и длительность порядка не- скольких десятков микросекунд; во-вторых, изоляция реагирует на им- пульсные напряжения несколько по иному, нежели чем на переменное на- пряжение частотой 50 Гц. Последнее обстоятельство связано с отличием пробивных напряжений при малых временах (единицы микросекунд) от пробивных напряжений при больших временах (вольтсекундные характе- ристики), а также с более серьезным влиянием реактивных элементов при быстрых изменениях тока и напряжения. Для испытания изоляции используется стандартный грозовой им- пульс, нормированный ГОСТ 1516.2-76, который определяет форму волны – однополярный апериодический импульс – и его временные характери- стики: время нарастания (длительность фронта), которое должно состав- 60 лять 1.2 мкс, и длительность импульса, равную 50 мкс. Кроме этого им- пульса, называемого полным, используется срезанный импульс, получаю- щийся из полного путем его среза специальным устройством при времени 2-5 мкс от условного начала. Большинство импульсных генераторов используют простейший спо- соб получения высоковольтного импульса: разряд высоковольтного заря- женного конденсатора C1 на резистор R1, на котором и получается им- пульс напряжения (рис. 1,а). а) б) C1 C2 R1 R2 u R1 u C1 C2 R1 R2 u Рис. 1 Для формирования фронта длительностью в 1.2 мкс используется дополнительная цепочка R2C2, которая несущественно снижает амплитуду импульса, но в то же время позволяет получить требуемый фронт импуль- са. Длительность фронта импульса равна 2 2 3 2 R C ф = τ , длительность им- пульса до полуспада 1 1 7 0 R C и = τ Одной из важных характеристик генератора импульсного напряже- ния (ГИН) является коэффициент использования η , определяемый отноше- нием амплитуды импульса к напряжению на заряженном конденсаторе до срабатывания коммутатора S1 (или к суммарному напряжению на ряде конденсаторов, если вместо одного их несколько, разряжающихся в после- довательном соединении). Для схемы рис 1,а величина коэффициента ис- пользования определяется только перераспределением начального заряда конденсатора C1 на двух конденсаторах C1 и C2: 2 1 1 C C C + = η (1) Иногда по конструктивным соображениям резистор R2 ставят до ре- зистора R1 (рис. 1,б), тогда коэффициент использования становится не- сколько меньше из-за делителя R1-R2: 2 1 1 2 1 1 C C C R R R + + = η (2) Высокие импульсные напряжения часто получают путем использо- вания нескольких конденсаторов, которые заряжаются от одного источни- ка параллельно, а при разряде соединяются последовательно друг с дру- 61 гом, так что их напряжения складываются. Автоматическое и достаточно быстрое переключение с параллельного соединения на последовательное осуществляется искровыми разрядниками. Более подробное описание приведено в книгах [4], [6], с. 99-123, [7], с.287-294. 2. Описание экспериментальных установок В лабораторной работе используются четырехступенчатый генератор импульсных напряжений ГИН-500 и одноступенчатый генератор ГИН-30 (SPF-0.022/30). Генератор ГИН-500 имеет максимальное напряжение импульса 500 кВ, номинальную энергию емкостного накопителя 4.4 кДж, ударную (им- пульсную) емкость 35 нФ, зарядное напряжение 125 кВ. Упрощенная схе- ма такого генератора показана на рис. 2. Сетевое напряжение через контактор SB1 (зеленая кнопка с надпи- сью на пульте управления) подается на регулировочный трансфор- матор Т1, управляемый электроприводом с помощью кнопок (повыше- ние напряжения , понижение напряжения , остановка понижения ↑ ↓ ). Регулируемое напряжение через контакты SB2 (кнопка ) и резистор R1, служащий для ограничения зарядного тока, подается на высоковольт- ный трансформатор Т2, конструктивно оформленный в одном баке с вен- тилями V1, V2 и конденсатором C1. Примененная схема выпрямления по- зволяет получить зарядное напряжение, равное удвоенному значению ам- плитуды напряжения на высоковольтной обмотке трансформатора Т2. С помощью резистора R2 и микроамперметра P3, проградуированно- го в киловольтах, контролируется величина зарядного напряжения ГИН. Основными конденсаторами схемы являются конденсаторы C2 – C5, заряжаемые от выпрямителя параллельно. Поджиг и коммутация конден- саторов производится с помощью искровых промежутков FV1 и FV2. С помощью дополнительного импульса сравнительно небольшого напряже- ния (около 15 кВ) инициируется пробой промежутка FV1, конденсатор C3 через резистор R7 оказывается соединенным последовательно с конденса- тором C2. Потенциал верхнего по схеме шара промежутка FV2 поднимает- ся до двойного зарядного напряжения, в то время как потенциал нижнего шара остается почти нулевым, поскольку емкости элементов, соединенных с нижним шаром, по отношению к земле не успевают подзарядиться через резистор R8 до величины зарядного напряжения. Промежуток FV2 проби- вается, и конденсаторы C2 и C3 оказываются подключенными последова- тельно, так что напряжение на нижней пластине конденсатора С4 равно удвоенному зарядному напряжению. 62 63 Аналогичным образом происходит пробой промежутков FV3 и FV4 и на выходе генератора напряжение равно учетверенному значению зарядно- го напряжения на последовательно соединенных конденсаторах С2 – С5. Длительность импульса определяется разрядом конденсаторов на ре- зисторы R6, R8, R10 и R12; каждый конденсатор разряжается на свой рези- стор, что снижает паразитные индуктивности схемы. Фронт волны форми- руется заряжением конденсатора C6 через демпферные резисторы R7, R9, R11, R13. Конденсатор C6 служит одновременно высоковольтным плечом омически-емкостного делителя C6C7-R16R17, сигнал с выхода которого может быть подан для измерения на низковольтный осциллограф или им- пульсный вольтметр. Резисторы R14 и R15 образуют омический делитель напряжения, об- ладающий несколько более лучшими характеристиками по сравнению с омически-емкостным. Основной характеристикой делителя напряжения является коэффициент деления , равный отношению напряжения на входе делителя к напряжению на выходе. ГИН снабжен дополнительным устройством для измерения высокого напряжения непосредственно. Таким устройством является измеритель- ный шаровой разрядник , являющийся наиболее простым и универсальным прибором для измерения амплитуды переменных, постоянных и импульс- ных напряжений. Принцип измерений основан на законе Пашена, согласно которому пробивное напряжение промежутка со слабонеоднородным элек- трическим полем зависит от произведения расстояния между электродами на относительную плотность воздуха, так что расстояние между шарами служит мерой напряжения, вызвавшего пробой промежутка. Для шаровых искровых промежутков составлены таблицы пробивных напряжений (ГОСТ 17512-72). В табл. 1 указаны пробивные напряжения для применен- ных в генераторе шаров диаметром 50 см с учетом заземления нижнего шара при атмосферном давлении p 0 =760 мм рт.ст. (101300 Па) и темпера- туре воздуха t 0 =20°С. При других давлении p и температуре t значение пробивного напряжения, взятое из табл. 1, должно быть умножено на от- носительную плотность воздуха, определяемую по формуле 0 0 ) 273 ( ) 273 ( p t p t + + = δ За пробивное напряжение разрядника при импульсах принимают та- кое напряжение, при котором половина всех импульсов, приложенных к разряднику, вызывает его пробой. Это напряжение называют пятидесяти- процентным пробивным напряжением. Методика измерений с помощью измерительного разрядника состо- ит в следующем: расстояние между шарами уменьшают ступенями, соот- ветствующими не более 2% ожидаемой величины измеряемого напряже- ния, и на каждой ступени дают по 10 импульсов. Если не будет достигнуто 64 точно 5 пробоев на 10 импульсов, то за величину промежутка, соответст- вующего 50%, принимают среднее арифметическое из двух значений, на одном из которых происходит 1-4 пробоя, а при другом 6-9 пробоев из 10 импульсов. Таблица 1 Пробивные напряжения шаровых разрядников с шарами диаметром 50 см при заземлении одного из шаров для напряжений переменного тока, полных стандартных и более длинных импульсных напряжений отрицательной полярности (пятидесятипроцентное разрядное напря- жение) и постоянных напряжений обеих полярностей Расстояние между шарами, см Пробивное напря- |