ТВН лаб.ур.. Практикум по дисциплине Техника высоких напряжений
 Скачать 4.03 Mb.
|
Перечень защитных устройств и средствСетчатые ограждения вокруг испытательного поля высокого напряжения. Дверная блокировка, световая сигнализация, предупредительные плакаты. Заземление сетчатого ограждения, корпуса испытательного трансформатора регулятора напряжения. Временное переносное заземление. Вспомогательные защитные средства: диэлектрические коврики и перчатки. Содержание отчета по лабораторной работеи правила его оформленияОтчет составляется на двойном листе бумаги, при необходимости делается вкладыш. На 1-й странице отчета указываются: Название учебного заведения, кафедры. Номер лабораторной работы и название предмета (дисциплины). Наименование лабораторной работы, фамилия и инициалы исполнителя, номер группы, специальность. Дата выполнения работы. На последующих страницах приводятся следующие сведения: Краткое изложение цели исследования и описание объекта исследования с указанием его основных параметров или характеристик. Краткое описание методики проведения лабораторной работы. Электрические схемы, по которым выполнялись исследования и технические характеристики использованного основного оборудования. Результаты наблюдений в виде таблиц. Все таблицы и схемы должны иметь наименования. Расчетные соотношения и формулы, используемые в работе. Примеры расчета в цифрах. Необходимые зависимости, представленные в виде графиков. При построении кривых следует пользоваться масштабами, выражающимися числами 1,2,5, умноженными на 10n, где n - целое число. Графики строятся на миллиметровой бумаге, размер графика (8-12)х(12-15) см. Под каждым графиком должно быть указано его наименование. Если на графике приводятся несколько кривых - каждая кривая помечается цифрой, а под графиком дается необходимое разъяснение. По каждой кривой в отчете приводится расчет 2-3 точек. На графиках необходимо показать точки, полученные во время эксперимента или в результате расчета, по которым строились кривые. На координатных осях графиков нужно указывать наименование величин и их размерности. Выводы и заключение по полученным результатам. Подпись исполнителя. Отчеты выполняются чернилами. Графики и схемы можно выполнять карандашом с применением необходимых чертежных инструментов. Каждый член студенческой бригады выполняет индивидуальный отчет по лабораторной работе. Лабораторная работа № 1 РАСПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ В ИЗОЛЯЦИОННЫХ КОНСТРУКЦИЯХ Цель работы: 1. Выяснение причин неравномерного распределения напряжения по элементам изоляционных конструкций. 2. Определение распределения напряжения по гирлянде подвесных изоляторов. 3. Изучение влияния защитной арматуры на характер распределения напряжения вдоль гирлянды. 4. Ознакомление с методикой поиска дефектных изоляторов в гирлянде. 1.1. Задание на подготовку 1. Изучить методы регулирования электрических полей во внешней и внутренней изоляции. 2. Ознакомиться с методикой выявления дефектных элементов в гирляндах и колонках изоляторов. 3. Подготовить таблицы для записи результатов измерений. 1.2. Краткие теоретические сведения В электрических установках имеет место неравномерное распределение напряжения по отдельным элементам и участкам изоляции. Это приводит к возникновению короны и частичных разрядов на отдельных элементах и в объемах изоляции, что в конечном итоге является причиной появления начальных дефектов и последующего развития повреждения изоляции. Во внешней изоляции наиболее неравномерное распределение напряжения наблюдается на гирляндах подвесных изоляторов, опорных изоляционных колонках, высоковольтных выводах трансформаторов и выключателей. Рассмотрим характер распределения напряжения для гирлянды подвесных изоляторов, состоящей из  элементов (рис. 1.1).Гирлянду изоляторов можно представить электрической схемой замещения (рис. 1.1,б), где  пФ – собственная емкость изолятора;  пФ – емкость изолятора относительно земли;  пФ – емкость изолятора относительно провода. Рис. 1.1. Гирлянда подвесных изоляторов: а – схема установки; б – емкостная схема замещения; в – распределение напряжения по изоляторам гирлянды. Основное влияние на неравномерность распределения напряжения по элементам гирлянды, как видно из схемы замещения рис. 1.1 б, оказывают токи, протекающие по емкостям  и  .Падение напряжения на каждом элементе гирлянды будет определяться алгебраической суммой токов, протекающих по изолятору. Поскольку  , то наибольший ток протекает по изолятору, расположенному около провода, наименьший – по изолятору, расположенному где-то в середине гирлянды, а затем несколько увеличивается на элементах у заземленной опоры. Более подробный анализ схемы замещения гирлянды дан в соответствующей литературе [1, 2].Неравномерность распределения напряжения по изоляторам будет увеличиваться с увеличением числа элементов в гирлянде, так как в этом случае величина эквивалентной емкости, обусловленная собственной емкостью изоляторов  , будет соизмерима с емкостями  и .При наличии шести и более изоляторов в гирлянде на первый от провода изолятор приходится примерно 20–25 % фазного напряжения. Таким образом, при номинальном напряжении 154 кВ и выше изоляторы, расположенные вблизи провода, будут коронировать. Для выравнивания распределения напряжения вдоль гирлянды применяют защитную арматуру в виде колец, овалов, восьмерок и т. п., укрепленных на обоих концах гирлянды или только на линейном конце. Арматура увеличивает емкости и  . Аналогичным образом можно выровнять распределение напряжения вдоль стержневых изоляторов.Арматура также защищает изоляторы от воздействия дуги при перекрытии изоляторов, так как дуга при перекрытии гирлянды возникает между электродами арматуры. Из анализа схемы замещения гирлянды также следует, что более равномерного распределения напряжения по изоляторам можно достичь, увеличивая собственную емкость изолятора, т.е. используя более массивные изоляторы или сдвоенные гирлянды. В этом случае токи, протекающие по емкостям и , оказывают меньшее влияние на величину токов в емкостях  .Распределение напряжения по гирлянде станет также более равномерным, если увеличить активную составляющую сквозного тока, например, покрывая изоляторы полупроводящей глазурью. Подобное явление наблюдается при дожде, когда возросшие активные токи утечки приводят к выравниванию распределения напряжения. Измерить распределение напряжения по изоляторам гирлянды можно с помощью измерительной штанги или шарового разрядника. Измерительная штанга представляет собой систему из двух электродов. Электроды с помощью контактных приспособлений (в виде «усов», щупов) соединяются с верхней и нижней металлической арматурой изолятора. Расстояние между электродами можно изменять путем поворота рукоятки штанги. Электрическое поле между электродами – слабонеоднородное, и напряжение пробоя воздушного промежутка между электродами будет зависеть от расстояния. Шкала измерительной штанги проградуирована в киловольтах. Имеются также штанги с электростатическими вольтметрами. Методика определения распределения напряжения по элементам гирлянды с помощью шарового разрядника следующая: 1) Разрядник поочередно подключается параллельно каждому изолятору. 2) Включается испытательная установка, и плавно поднимается напряжение от нуля до возникновения устойчивого разряда между шариками разрядника. 3) Относительное значение напряжения на каждом изоляторе определяется расчетным путем. Для каждого изолятора производится три измерения. Необходимо следить, чтобы в процессе измерений расстояние между шариками разрядника оставалось неизменным. Так как напряжение по изоляторам распределяется неравномерно, то величина напряжения  , приложенного к  -му изолятору, при котором пробивается разрядник, будет зависеть от места положения изолятора в гирлянде, т. е. . (1.1)Наименьшее значение будет иметь  , при установке разрядника на первом изоляторе от провода, а наибольшее при установке разрядника где-то в середине гирлянды.Относительное значение напряжения на отдельном изоляторе в этом случае будет равно  , (1.2)где  – напряжение, при котором пробивается разрядник; – напряжение на гирлянде при установке разрядника на  -ом изоляторе.Для всей гирлянды  . (1.3)Следовательно, относительное значение напряжения на -ом изоляторе при измерении шаровым разрядником с учетом (1.2) и (1.3) будет , (1.4)или в процентах  %. (1.5)Во внутренней изоляции наибольшая неравномерность распределения напряжения по объему изоляции наблюдается в кабелях, трансформаторах и генераторах. В изоляции кабелей наибольшая напряженность электрического поля наблюдается у токоведущих жил. Поэтому для выравнивания поля по толщине изоляции применяют градирование изоляции. Сущность градирования заключается в то, что изоляция, например бумажная, имеет слои с различными величинами коэффициента диэлектрической проницаемости ; ближе к жиле используется бумага с большим . В трансформаторах наибольшая неоднородность электрического поля - у торца обмотки, примыкающего к магнитопроводу. Для выравнивания поля применяют емкостные кольца и экраны. В электрических машинах максимальная неоднородность электрического поля возникает в местах выхода секции из пазов статора. Здесь для выравнивания электрического поля применяют покрытие лобовых участков изоляции полупроводящим лаком на определенную длину. Подробнее о методах регулирования полей в силовых кабелях, трансформаторах и машинах смотрите [1]. 1.3. Порядок выполнения работы Определить распределение напряжения вдоль гирлянды из шести стеклянных изоляторов типа ПС70 с помощью штанги и методом шарового разрядника при: 1) отсутствии дефектных изоляторов; 2) наличии одного дефектного изолятора; 3) с защитной арматурой. Работа выполняется на высоковольтной испытательной установке 60 кВ (рис. 1.2). Траверса должна быть заземлена, а высокое напряжение подводится к проводу.  Рис. 1.2. Схема испытательной установки При измерении напряжения штангой необходимо: 1) включить испытательную установку и установить напряжение по низкой стороне 200 В, что соответствует вторичному напряжению 60 кВ; 2) с помощью штанги замерить напряжение  на каждом изоляторе, при котором возникает пробой между электродами штанги. Результаты измерений занести в табл. 1.1;3) значения напряжений в процентах на каждом изоляторе занести в табл. 1.1, определив их по соотношению  , %, (1.6)где  – напряжение, приложенное к гирлянде изоляторов (в нашем случае 60 кВ);4) для проверки правильности измерений необходимо вычислить сумму  . Если сумма отличается от 100 % более чем на 10 %, то измерения следует считать неудовлетворительными, и опыт нужно повторить.Таблица 1.1
Последовательность определения распределения напряжения по гирлянде изоляторов с помощью шарового разрядника следующая: 1) подключить разрядник поочередно параллельно каждому изолятору; 2) включить испытательную установку и плавно поднять напряжение от нуля до возникновения устойчивого разряда между шариками разрядника; 3) величину напряжения разряда  (на стороне 200 В) занести в табл. 1.1. Для каждого изолятора произвести три измерения ( ,  и  ). Необходимо следить, чтобы в процессе измерений расстояние между шариками разрядника оставалось неизменным;4) занести в табл. 1.1 значения напряжений на гирлянде (на стороне 60 кВ), при котором наступает разряд, определив их по выражению  . (1.7)где  – коэффициент трансформации трансформатора;5) вычислить значения напряжений в процентах для каждого изолятора по выражению (1.5); 6) результаты расчетов занести в табл. 1.1. Для каждого варианта должна быть определена сумма . Если сумма отличается от 100 %, то необходимо повторить расчет.На основании полученных результатов необходимо: 1. Построить зависимость  для всех случаев в одних координатах (расчеты могут быть выполнены по компьютерной программе).2. Определить коэффициент неравномерности распределения напряжения вдоль гирлянды для всех случаев  , (1.8)где  и  – наибольшее и наименьшее напряжение на изоляторах гирлянды.1.4. Содержание отчета 1. Название и цель работы. 2. Схема установки и параметры основного оборудования. 3. Результаты испытаний в виде таблиц и графиков. 4. Расчет  для одного изолятора в каждом варианте.5. Значение коэффициентов неравномерности для всех вариантов. 6. Анализ результатов и выводы по работе. 1.5. Контрольные вопросы 1. Объяснить причины неравномерности распределения напряжения в изоляционных конструкциях. 2. В чем проявляется отрицательное действие неравномерного распределения напряжения? 3. Перечислить способы выравнивания напряжения по изоляторам гирлянды, а также при выполнении изоляции кабелей, трансформаторов и генераторов 4. Пояснить с использованием полученных результатов влияние дефектного изолятора на распределение напряжения по гирлянде. 5. Перечислить способы выявления дефектных изоляторов. 6. Виды защитной арматуры и экранов и для чего они применяются. Литература: 1 с. 88–90; 2 с. 176–178; 3 с. 62–75; 5 с. 394–410. Автор: ст.препод. Климкович П.И. Лабораторная работа № 2 ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ ВОЗДУШНЫХ ПРОМЕЖУТКОВ В РЕЗКО НЕОДНОРОДНОМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ Цель работы 1. Изучение особенностей развития разряда в неоднородных полях. 2. Исследование влияния полярности электродов на разрядные напряжения в резко неоднородном электрическом поле воздушного промежутка. 3. исследование влияния барьера на электрическую прочность воздушного промежутка. 4. Экспериментальное определение оптимального расположения барьера. 5. Расчет напряженности электрического поля для разных конфигураций электродов с применением ЭВМ*. 2.1.Задание на подготовку Теоретически изучить влияние объемного заряда на распределение электрической напряженности в резко неоднородном поле при различной полярности электродов. Уяснить физические процессы, происходящие при развитии разряда в неоднородном поле. Ознакомиться со способами изменения электрической прочности воздушных промежутков (влияние экранов и барьеров). 2.2.Краткие теоретические сведения Электрическая прочность воздушных промежутков зависит от ряда факторов, в том числе от рода напряжения, формы электродов и их полярности. В однородном электрическом поле (E=const) разряд в воздухе возникает при напряженности поля, близкой к 3 МВ/м, и не сопровождается явлением короны. Степень неоднородности электрического поля принято характеризовать коэффициентом неоднородности Kн, равным отношению максимальной напряженности поля между электродами (Emax) к средней ее величине (Eср): Кн = Emax/ Eср, где Eср= U/S. Для однородных полей K н = 1, для неоднородных K н>1 и увеличивается при уменьшении радиуса кривизны электродов и росте расстояния между ними. Условно считается, что поле будет слабонеоднородным при K н <2 и резко неоднородном при K н 2…4. Эта граница характерна для случая концентрических цилиндров при R/r =3, для параллельных проводов S/r=30 и для двух сфер одинакового радиуса S/r =8 (S- везде расстояние между электродами) [1]. Электрическое поле промежутка с электродами острие-плоскость является неоднородным (K н >4). В таком промежутке разрядные напряжения оказываются значительно более низкими, чем в воздушных промежутках с однородными или слабонеоднородными полями. При этом искровому разряду (пробою) предшествует корона. При любой полярности электродов острие-плоскость ионизации начинается у острия, поскольку напряженность поля здесь больше, чем у плоскости. Образующийся при этом объемный заряд состоит, в основном, из положительных ионов, т.к. электроны, обладающие малой массой и, следовательно, большей подвижностью, практически мгновенно покидают область ионизации. Положительный объемный заряд искажает поле и оказывает существенное влияние на процесс развития разряда. Как видно из рис. 2.1, при положительной полярности острия возникающий при ионизации объемный заряд уменьшает напряженность поля непосредственно у острия и увеличивают ее в остальной части промежутка. При отрицательной полярности острия влияние объемного заряда будет противоположным, - он увеличивает напряженность поля около острия и ослабляет ее в остальной части промежутка. В результате изменяется напряжение возникновение короны Uk и разрядное напряжение промежутка Up. При положительной полярности острия возникновение короны будет затруднено, т.к. напряженность поля непосредственно у острия понижена. Для возникновения короны потребуется более высокое напряжение, т.е. Uk+ > Uk-. Поскольку напряженность поля по направлению к плоскости при положительной полярности острия увеличивается, а при отрицательной уменьшается (рис.2.1), то при дальнейшем повышении напряжения при положительном острие разряд в промежутке произойдет при более низком напряжении, т.е. Uр+  Рис. 2.1. Напряженность электрического поля в промежутке острие-плоскость: E - без учета влияния объемных зарядов; Eq - создаваемая положительными объемными зарядами; E+Eq - результирующая Зависимость разрядного напряжения в несимметричных полях от полярности электродов называют эффектом полярности. Управлять электрическим полем разрядного промежутка и его электрической прочностью можно, например, поместив между электродами тороидальный проводящий экран, на который подан тот или иной потенциал. В зависимости от положения экрана и значения его потенциала можно добиться увеличения или уменьшения разрядного напряжения промежутка. Устранить эффект полярности частично или полностью можно, поместив между электродами барьер (перегородку) Б (рис. 2.2) из диэлектрика.  Рис. 2.2. Барьер (а) и напряженность электрического поля (б) в промежутке острие-плоскость: 1- без барьера; 2 - с барьером Материал барьера существенного значения не имеет; важно, чтобы барьер был достаточно плотным, непроницаемым для ионов. При наличии барьера и положительной полярности острия положительные ионы на поверхности барьера, распределяются тем более равномерным слоем, чем дальше от острия установлен барьер. В результате напряженность электрического поля на участке барьер-плоскость несколько повышается, но, распределяется более равномерно (рис. 2.2,б) в промежутке, что и приводит к заметному увеличению разрядного напряжения при оптимальном положении экрана. При наличии барьера и отрицательной полярности острия наблюдается как снижение разрядного напряжения промежутка, так и незначительное его увеличение (рис. 2.3).  Рис.2.3.Разрядные напряжения промежутка острие-плоскость: 1 – без барьера; 2 – с барьером. При переменном напряжении (при частоте 50 Гц) в промежутке острие-плоскость разряд возникает при положительной полярности напряжения на стержне, поскольку при этом разрядное напряжение значительно ниже, чем при отрицательной полярности острия. Поэтому применение барьера для увеличения прочности промежутков эффективно и при напряжении промышленной частоты. Разрядные напряжения промежутка с электродами острие-острие при переменном напряжении будут выше, чем разрядные напряжения промежутка острие-плоскость. Это объясняется тем, что в последнем случае (в силу большой емкости системы канал стриммера - плоскость) плотность заряда на фронте стримера и, следовательно, напряженность поля вблизи него оказываются более высокими, что облегчает условие распространения стримера вглубь промежутка. 2.3.Описание выпрямительной установки и порядок работы на ней Работа выполняется на выпрямительной установке, схема которой приведена на рис. 2.4.  Рис. 2.4. Принципиальная схема выпрямительной установки: HLW, HLR, и HL3 - сигнальные лампы; АКВ – контакты цепи блокировки; Ro - токоограничивающий резистор; QS1 - рубильник щитка питания; КРТ1 – контакты токового реле РТ; SB1, SB2 – кнопки включения и выключения на пульте управления; КМ1, КМ2, КМ3, КМ4 – контакты магнитного пускателя КМ. Работа на установке производится в следующем порядке: 1.Необходимо убедиться, что установка полностью отключена от сети: Выключены рубильник QS1 щитка управления, регулятор регулировочного трансформатора Т1 находится в отключенном положении, и на выход высокого напряжения ВН установки наложено временное заземление. 2.После этого можно заходить за ограждение установки и производить необходимые изменения в схеме исследования. 3.Закончив работу за ограждением, закрывают дверь ограждения, включают цепь блокировки АКВ, снимают временное заземление. 4.Включают рубильник QS1 щитка питания, при этом подается напряжение на регулировочный трансформатор Т1, загораются сигнальные лампы HLW и HLЗ. 5.Включают кнопку QS1 на пульте управления, при этом замыкаются контакты магнитного пускателя КМ и подается напряжение на высоковольтный трансформатор T2, сигнальную лампу HLR и обмотку токового реле РТ. 2.4.Содержание работы и порядок ее выполнения 1. Определить разрядные напряжения воздушного промежутка острие-плоскость в зависимости от расстояния S между электродами при положительной и отрицательной полярности острия. Результаты опытов сводят в таблицу следующей формы. Таблица 2.1
Здесь Up,ср – среднее значение напряжения между электродами в момент пробоя, кВ. На основании полученных данных построить зависимость Up=ƒ(S). 1.Определить разрядные напряжения промежутка острие-плоскость с барьером при различном положении барьера и различной полярности острия. Барьер располагают в специальном приспособлении; расстояние S указывает преподаватель. Результаты опытов заносят в таблицу следующей формы. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
, 
, 
, 
