В. В. Титков техника высоких напряжений высоковольтные испытания и измерения учебное пособие
 Скачать 6.21 Mb.
|
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Ю . Н. Бочаров СМ. Дудкин В. В. Титков ТЕХНИКА ВЫСОКИХ НАПРЯЖЕНИЙ ВЫСОКОВОЛЬТНЫЕ ИСПЫТАНИЯ И ИЗМЕРЕНИЯ Учебное пособие Ц | ИЗДАТЕЛЬСТВО ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА САНКТ ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЮН. Бочаров СМ. Дудкин В. В. Титков ТЕХНИКА ВЫСОКИХ НАПРЯЖЕНИЙ ВЫСОКОВОЛЬТНЫЕ ИСПЫТАНИЯ И ИЗМЕРЕНИЯ Рекомендовано Учебно-методическим объединением по университетскому политехническому образованию в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений обучающихся по направлению подготовки бакалавров Техническая физика» ИЗДАТЕЛЬСТВО ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА ББК я) Б86 Р е цензе н ты. Доктор технических наук, профессор СПбГПУ Н. В. Коровкин Доктор технических наук, профессор ПЭИПК АИ. Таджибаев Б о чар о в ЮН. Техника высоких напряжений. Высоковольтные испытания и измерения учеб, пособие / ЮН. Бочаров, СМ. Дудкин, В. В. Тит- ков. — СПб.: Изд-во Политехи, унта, 2014. — 196 с. Пособие соответствует содержанию государственного образовательного стандарта по направлению 140400 Электроэнергетика и электротехника”. Содержит методические указания к выполнению лабораторного практикума по дисциплинам “Техникавысокихнапряжений”, Испытательные и электрофизические установки и описание лабораторных работ. Цель практикума — развитие навыков работы на установках высокого напряжения в рамках изучения лекционного курса. Предназначено для студентов вузов, обучающихся по направлению подготовки бакалавров. Может быть использовано также в системах повышения квалификации, в учреждениях дополнительного профессионального образования. Табл. 7. Ил. 76. Библиогр.: 18 назв. Печатается по решению редакционно-издательского совета Санкт-Петербургского государственного политехнического университета Бочаров ЮН, Дудкин С. М., Титков В. В, 2014 © Санкт-Петербургский государственный политехнический университет, 2014 ISBN 978-5-7422-4122-5 Введение. 5 1. Физические основы техники высоких напряжений. 6 1.1. Разрядные напряжения воздушных промежутков при напряжении постоянного тока. Разрядные напряжения воздушных промежутков при напряжении переменного тока. 11 1.3. Разряд в газе по поверхности твердого диэлектрика. 15 1.4. Характеристики коронного разряда на проводах при напряжении постоянного тока 1.5. Характеристики коронного разряда на проводах при напряжении переменного тока 1.6. Распределение напряжения по гирлянде изоляторов и разрядные напряжения. 27 1.7. Разрядные напряжения воздушных промежутков при импульсных воздействиях грозового происхождения. 31 1.8. Импульсные разрядные напряжения высоковольтных изоляторов 1.9. Вольт-секундные характеристики изоляторов. 40 1.10. Испытание изоляторов грозовыми импульсами напряжения. 42 1.11. Измерение электрической прочности бумажной изоляции. 46 1.12. Зависимость разрядного напряжения промежутков с однородным полем от плотности газа ................................................50 1.13. Защита от прямых ударов молнии .............................................. 56 1.14. Перенапряжения в обмотках трансформатора. 61 1.15. Волновые процессы в кабелях .......................................................65 1.16. Грозозащита подстанций от набегающих по линии волн ...........69 2. Испытательные установки. 75 2.1. Влияние параметров генератора импульсных напряжений на форму генерируемого импульса 2.2. Генератор коммутационных импульсов напряжения. 82 2.3. Экспериментальное определение параметров генератора импульсных напряжений 2.4. Получение униполярных импульсов тока в генераторе импульсных токов. 99 2.5. Определение параметров малоиндуктивных конденсаторов резонансным методом 2.6. Электрические характеристики тригатрона, работающего в воздухе. 115 2.7. Измерение малых индуктивностей элементов импульсных установок. 123 2.8. Электрические характеристики управляемого вакуумного разрядника. 129 2.9. Разрядные напряжения концевых устройств импульсных установок 3. Измерения на высоком напряжении. 147 3.1. Измерение напряжения промышленной частоты. 147 3.2. Омический делитель напряжения. 152 3.3. Экспериментальное определение параметров импульсной измерительной системы 3.4. Цепь делитель напряжения — осциллограф ............................ 161 3.5. Измерение импульсных высоких напряжений методом осциллографирования.......................................................... 166 3.6. Измерение импульсных токов шунтом и поясом Роговского .... 174 3.7. Получение импульсных магнитных полей и их измерение магнитным зондом. Библиографический список Более ста лет успешно развивается электроэнергетика в России. Совершенствуются принципы построения и управления единой энергетической системы нашей страны. Разрабатывается и внедряется новое оборудование для производства, транспорта и распределения электроэнергии. Современный специалист-электроэнергетик должен владеть комплексом знаний и компетенций, необходимых для разработки, внедрения и эксплуатации новых технических решений и техники. Учебное пособие предполагает освоение методики измерительных технологий, предназначенных для изучения физических явлений, сопровождающих воздействие высокого напряжения и больших токов различной формы (импульсных, переменных, постоянных) на изоляцию электрооборудования, а также приобретение навыков практической работы с испытательными установками высокого напряжения, навыков организации эксперимента и обеспечения измерений. Ф ормированию компетентностных навыков в области техники высоких напряжений служит выполнение лабораторного практикума. Он предназначен для закрепления знаний, полученных при изучении курса Техника высоких напряжений, и знакомства с правилами устройства электроустановок для освоения приемов безопасной работы на высоком напряжении. Практикум включает в себя лабораторные работы по физическим основам пробоя газообразных, жидких и твердых диэлектриков, а также по изучению незавершенных стадий разряда; по изучению схем и характеристик испытательного оборудования переменного, импульсного и постоянного напряжения по измерительной технике для индикации воздействия высокого напряжения на изоляцию электротехнического оборудования. В процессе изучения теоретического курса и выполнения лабораторных работ происходит знакомство с существующими стандартами и правилами испытания высоковольтной изоляции. Освоение предлагаемого курса обеспечивает приобретение компетенций (ПК-36, ПК-40, ПК-43 — ПК-47), предусмотренных федеральным государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по направлению подготовки 140400 Электроэнергетика и электротехника, модуль Электроэнергетика, а также компетенциями ОСВ СПбГПУ (ПК-15, -16, -19, -24, -33, -36, -37, -39, -40, -42, -44, -47) в рамках направления 140400 Электроэнергетика и электротехника . 1. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕХНИКИ ВЫСОКИХ НАПРЯЖЕНИЙ. Разрядные напряжения воздушных промежутков при напряжении постоянного тока. Программа работы. Определить зависимость разрядных напряжений от длины промежутков острие—плоскость и острие—острие при положительной и отрицательной полярности напряжения на острие. Для тех же промежутков определить зависимость средних разрядных напряженностей от расстояния между электродами. Пояснения к работе Напряжение, при котором воздушный промежуток полностью теряет электрическую прочность, называется разрядным напряжением. Начальным напряжением называется напряжение, при котором в промежутке создаются условия самостоятельности разряда. В однородном или слабонеоднородном поле начальное напряжение практически совпадает с разрядным, при этом для нормальных атмосферных условий средняя разрядная напряженность составляет примерно 30 кВ см. В резконеоднородных полях начальное напряжение всегда меньше разрядного. Условия, где напряженность поля превышает начальную, создаются у электрода с наименьшим радиусом кривизны. Вследствие того что подвижность электронов примерно на два порядка больше подвижности ионов, у электрода создается избыточный положительный объемный заряд. Удлиняясь вглубь промежутка, этот заряд в случае положительной полярности приложенного напряжения усиливает поле вне зоны развивающегося канала разряда. Такое изменение напряженности электрического поля в промежутке облегчает условия развития разряда. У электрода отрицательной полярности в узкой зоне непосредственной близости к нему объемный заряд состоит из положительных ионов, а сразу за ними — из электронов и отрицательных ионов. Такое распределение заряда приводит к ослаблению поля вне зоны развивающегося канала разряда, что усложняет условия его развития. В результате разрядные напряжения в резко неоднородных полях при отрицательной полярности электрода с наименьшим радиусом кривизны имеют бблылие значения, чем при его положительной полярности. Объемный заряд подвержен статистическим разбросам, причем в промежутке с резконеоднородным полем он больше, чем в промежутке с однородным полем. Поскольку величина этого заряда оказывает существенное влияние назначение разрядного напряжения, то разрядные напряжения в промежутках с резконеодно родным полем имеют большие статистические разбросы , чем в промежутках с однородным полем. Определение зависимости разрядных напряжений от длины разрядного промежутка острие—плоскость и острие—острие при положительной и отрицательной полярности незаземленного острия Определение зависимости разрядных напряжений от длины разрядного промежутка проводится на высоковольтной установке, принципиальная схема которой представлена на рис. 1.1. Рис. 1.1. Принципиальная схема установки Напряжение сети 220 В, 50 Гц подается через автоматический выключатель QF vl магнитный пускатель КМ на регулирующий трансформатор Та с него — через магнитный пускатель КМ на высоковольтный трансформатор Т Вторичная обмотка этого трансформатора подключена к выпрямителю, состоящему из полупроводникового вентиля VD и конденсатора С Через защитный резистор выпрямленное напряжение подается на исследуемый промежуток ИО Измерение напряжения, поданного на этот промежуток, осуществляется при помощи емкостно-омического делителя напряжения C l, R l, Си низковольтного измерительного прибора — микроамперметра с выпрямительной схемой, установленного на пульте управления. Перед измерениями разрядных напряжений следует записать значение атмосферного давления и показания сухого и влажного термометров лабораторного психрометра. Для измерения разрядных напряжений в промежутке острие- плоскость необходимо: закрепить электроды на подставке, причем плоскость нужно установить со стороны земли, и установить расстояние между ними, равное 2 см; при помощи съемных трубок собрать схему установки так, чтобы на острие подавалось напряжение положительной полярности; снять заземляющую штангу с исследуемого объекта и закрыть калитку ограждения; включить автоматический выключатель QF, расположенный на пульте управления, дистанционно включить при помощи кнопки включениям агнитный пускатель КМ и по вольтметру V проверить наличие напряжения на вторичной стороне регулятора 77. Если напряжение неравно нулю, то при помощи регулятора напряжения сделать это напряжение равным нулю. Включить магнитный пускатель КМ и плавно поднять напряжение до пробоя исследуемого промежутка. В момент пробоя зафиксировать показаниям икроам перм етра и записать в протокол для оформления отчета. Показаниям икроам перм етра настроены так, что 1 мкА соответствует 1 кВ. Для уменьшения ошибки измерения при каждом расстоянии опыт необходимо повторить не менее трех раз. Для получения зависимости разрядных напряжений от расстояния между электродами нужно увеличивать это расстояние по отношению к предыдущему опыту на 2 см и проводить аналогичные измерения, причем максимальное расстояние должно быть таким, чтобы приложенное к промежутку напряжение не превышало 8 0-90 кВ. Для определения зависимости разрядных напряжений от расстояния при отрицательной полярности острия необходимо изменить полярность выпрямленного напряжения, расстояния между электродами при каждом последующем опыте увеличивать на 1 см, начиная от 1 см, и проводить серии из трех опытов до тех пор, пока приложенное к промежутку напряжение не достигнет 80-90 кВ. Для получения зависимости разрядных напряжений от расстояния между электродами в промежутке острие—острие необходимо провести аналогичные исследования. Закрепив электроды в подставке, следует увеличивать расстояние между ними при каждом последующем опыте на 2 см. Максимальное расстояние ограничивается разрядным напряжением 80—90 кВ. Полученные в процессе проведения лабораторной работы значения разрядных напряжений следует привести к значениям, соответствующим нормальным атмосферным условиям, согласно уравнению и 0 = и, и К К , где U0 — разрядное напряжение при нормальных атмосферных условиях Un — измеренное разрядное напряжение Кр, Kt и К — поправочные коэффициенты соответственно на давление, температуру и абсолютную влажность воздуха. Поправочный коэффициент на давление для промежутков длиной до 1 м К р = Р/Р0, где Р - атмосферное давление при температуре измерения разрядного напряжения Р — нормальное атмосферное давление. Поправочный коэффициент на температуру ' 273 + где 1 — температура, при которой проводились измерения, °С. Температура влажного термометра, 'С 100 Вспомогательный поправочный Температура сухого термометра, "С коэффициент на влажность К v Рис. 1.2. К определению поправки на абсолютную влажность Для промежутков длиной дом и положительной полярности напряжения постоянного тока на острие поправочный коэффициент на абсолютную влажность К = К где коэффициент К определяется по показаниям сухого и влажного термометров психрометра и по кривой а (рис. Для отрицательной полярности напряжения на острие, когда в зоне ионизации напряженность поля имеет значение, существенно превышающее начальное значение напряженности развития разряда, поправка на абсолютную влажность не вводится. Определение зависимости средних разрядных напряженностей от длины разрядного промежутка острие-плоскость и острие—острие при положительной и отрицательной полярности незаземленного острия Средние разрядные напряженности определяются делением полученного из опытов среднего разрядного напряжения на расстояние между электродами. Требования к отчету Отчет должен содержать: а) принципиальную схему установки; б) таблицы со значениями разрядных напряжений и средних разрядных напряженностей для исследованных промежутков; в) графики зависимостей разрядных напряжений и средних разрядных напряженностей от расстояния между электродами; г) выводы по работе. Опишите влияние полярности на разрядные напряжения воздушных промежутков. Разрядные напряжения воздушных промежутков при напряжении переменного тока. Программа работы. Определить зависимость разрядных напряжений от расстояния между электродами для воздушных промежутков острие плоскость, острие—острие, для электродов Роговского и промежутка ш ар-ш ар. Для тех же промежутков определить зависимость разрядных напряженностей от длины промежутка. Пояснения к работе Как и при постоянном, прочность промежутка при переменном напряжении зависит от его длины, степени неоднородности электрического поля внутри промежутка и атмосферных условий. Поле внутри промежутка определяется формой электродов, а в процессе развития разряда — также и объемными зарядами. При переменном напряжении картина распределения зарядов возле электрода с малым радиусом кривизны несколько отличается от той, которая наблюдается при постоянном напряжении, за счет влияния остаточных зарядов от предыдущего полупериода. Разряд воздушного промежутка происходит при положительном полупериоде напряжения на электроде с меньшим радиусом кривизны, поскольку при этой полярности прочность промежутка меньше. Определение зависимости разрядных напряжений от расстояния между электродами дм воздушных промежутков острие—плоскость, острие—острие, электродов Роговского и промежутка шар—шар Схема установки для определения зависимости разрядных напряжений от расстояния между электродами напряжением 50 Гц показана на рис. 1.3. Источником высокого напряжения служит испытательный трансформатор Т Питание на него подается от сети 220 В с помощью автоматического выключателя QF и двух магнитных пускателей КМ и КМ2. Включение и отключение контакторов производится кнопками на пульте управления установкой. Напряжение на испытываемый объект ИО подается через защитный резистор R. Измерение напряжения на объекте производится с помощью емкостно-омиче ского делителя Cl, R l, Си низковольтного измерительного Рис. 1.3. Принципиальная схема установки прибора — микроамперметра с выпрямительной схемой, установленного на пульте управления. Перед измерениями разрядных напряжений следует записать значение атмосферного давления и показания сухого и влажного термометров лабораторного психрометра. Для измерения разрядного напряжения в промежутке острие- плоскость необходимо: закрепить электроды острие-плоскость на подставке, сблизить их до соприкосновения и установить ноль шкалы расстояния между электродами. Затем развести электроды на расстояние, равное 2 см; снять заземляющую штангу с исследуемого объекта и закрыть калитку ограждения; включить автоматический выключатель QF, дистанционно при помощи кнопки включить магнитный пускатель КМ и по вольтметру V проверить отсутствие напряжения на вторичной стороне регулятора Т Если напряжение неравно нулю, ручкой управления напряжением установить его на ноль; включить магнитный пускатель КМ и плавно поднимать напряжение до пробоя исследуемого промежутка. Зафиксировать в протоколе для оформления отчета показание микроамперметра в момент пробоя (1 мкА шкалы прибора соответствует 1 кВ амплитудного значения напряжения. Для снижения ошибки измерения опыт при каждом расстоянии повторить не менее трех раз; установить новое расстояние между электродами (для электродов острие—плоскость рекомендуется увеличивать расстояние ступенями по 2 см) и повторять опыты до тех пор, пока разрядное напряжение не достигнет 80—90 кВ. Для определения разрядных напряжений промежутка с электродами острие-острие порядок выполнения измерений такой же, как и для электродов острие—плоскость. Определение разрядных напряжений промежутков типа электродов Роговского производится аналогично, но шаг увеличения межэлектродного расстояния рекомендуется брать равным 1 см. Увеличение межэлектродного расстояния совершается до тех пор, пока разрядное напряжение не достигнет 8 0-9 0 кВ. Определение разрядных напряжений промежутка шар -шар выполняется аналогично, но ступени увеличения расстояния вин тервале от 0,5 до 4 см рекомендуется взять равными 0,5 см, а далее — 1 см. Полученные в опытах средние разрядные напряжения следует привести к нормальным атмосферным условиям аналогично тому, как сделано в разд. 1.1.3. 1.2.4. Определение зависимости средних разрядных напряженностей от длины разрядных промежутков острие—плоскость, острие—острие, электроды Роговского и шар—шар Средние разрядные напряженности определяются делением полученного из опытов среднего разрядного напряжения на расстояние между электродами. Требования к отчету Отчет должен содержать: а) принципиальную схему установки; б) таблицы с величинами разрядных напряжений и средних разрядных напряженностей для исследованных промежутков; в) графики зависимостей разрядных напряжений и средних разрядных напряженностей от расстояния между электродами; г) выводы по работе. Опишите влияние формы электродов на величину разрядных напряжений воздушных промежутков 1.3.1. Программа работы. Определить зависимость разрядных напряжений от расстояния между электродами: а) по воздух)'для промежутка с однородным электрическим полем при наличии между электродами твердого диэлектрика и без него; б) расположенными на поверхности твердого диэлектрика при наличии под диэлектриком проводящей подложки и без нее. Определить зависимость: а) разрядных напряжений от толщины диэлектрика при расположении электродов на поверхности диэлектрика и при наличии под ним проводящей подложки; б) средних разрядных напряженностей от расстояния между электродами и толщины диэлектрика для исследованных промежутков. Пояснения к работе При разработке высоковольтного оборудования неизбежно сочетание токоведущих частей и изоляции из твердого диэлектрика. Стилизированное расположение электродов и диэлектрика для такой композиции показано на рис. 1.4. В первом случае (см. риса накапливающиеся на поверхности диэлектрика заряды и ионы абсорбированной и диссоциированной влаги искажают поле Е промежутка между электродами. Неизбежное наличие зазора между электродами и диэлектриком создает местное увеличение напряженности поля. Все это приводит к снижению разрядных напряжений по отношению к такому же промежутку, но без д и электрика. Во втором случае (см. рис. 1.4, 6) поле между электродами неоднородно. Диэлектрик, на котором расположены электроды, особого влияния на разрядные напряжения не оказывает, и поэтому их значения практически такие же, как ив аналогичном промежутке в воздухе Рис. 1.4. Расположение электродов и диэлектрика и характерное распределение напряженности Е электрического поля В третьем случае (см. рис. 1.4, в когда толщина диэлектрика существенно меньше расстояния между электродами, электрическое полена краю электрода 1 резко неоднородно из-за близости подложки. При относительно небольшом напряжении возникает коронный разряд. При увеличении приложенного напряжения коронирование переходит в стримерную стадию разряда, а затем ив дуговую. Такой разряд называют скользящим. Величина разрядного напряжения существенно меньше, чем при отсутствии подложки. Определение зависимости разрядных напряжений от расстояния между электродами по воздуху для промежутков с однородным электрическим полем при наличии между электродами твердого диэлектрика и без него Зависим ость разрядных напряжений от расстояния между электродами по воздуху для промежутка с однородным электрическим полем при наличии между электродами твердого диэлектрика определяется на установке, принципиальная схема которой показана на рис. 1.5. Источником высокого напряжения служит трансформатор Т Его питание осуществляется от сети 220 В, 50 Гц через автоматический выключатель QF, магаитный пускатель КМ регулирующий трансформатор Т и магнитный пускатель КМ Измерение напряжения на исследуемом объекте производится по вольтметру PV. Разрядное напряжение промежутка будет равно показанию вольтметра в момент пробоя промежутка, помноженному на коэффициент трансформации трансформатора Т который равен Для определения разрядных напряжений промежутка в зависимости от расстояния между электродами при наличии между ними диэлектрика необходимо: подключить к защитному резистору R исследуемый промежуток; вставить между электродами диэлектрический цилиндр высотой 1 см; снять заземляющую штангу с исследуемого промежутка и закрыть калитку ограждения; включить автоматический выключатель QF, магнитный пускатель КМ и проверить напряжение по вольтметру PV. Если это напряжение неравно нулю, регулятором Т установить показания на ноль; включить магнитный пускатель КМ и плавно поднять напряжение до пробоя промежутка. После пробоя немедленно отключить установку, а показания вольтметра в момент пробоя записать для оформления отчета. Для уменьшения ошибки следует измерения пробоя промежутка приданном расстоянии провести не менее трех раз. Рис. 1.5. Принципиальная схема установки Чтобы получить зависимость разрядных напряжений промежутка от расстояния между электродами, аналогичные измерения нужно еще выполнить для цилиндров высотой 2, 3 и 4 см. Для получения зависимости разрядных напряжений промежутка от расстояния между электродами при отсутствии диэлектрика между ними необходимо провести аналогичные измерения для расстояний 1, 2, 3 и 4 см. Определение зависимости разрядных напряжений от расстояния между электродами расположенными на поверхности твердого диэлектрика при наличии под диэлектриком проводящей подложки и без нее Определение зависимости разрядных напряжений от расстояния между электродами, расположенными на поверхности твердого диэлектрика, при наличии под диэлектриком проводящей подложки и без нее осуществляется на такой же установке, как описано в разд. 1.3.3. К защитному резистору R подключается высоковольтный вывод затемненной камеры, в которой установлены электроды исследуемого промежутка. В качестве диэлектрика используются листы стекла толщиной 5, 8 и 10 мм. Камера имеет окошко для визуального наблюдения развивающегося разряда. Для определения зависимости разрядных напряжений от расстояния между электродами при наличии подложки необходимо в камере установить лист стекла толщиной 5 мм, под стекло поместить латунный лист, соединить его с заземленным выводом камеры , установить при помощи шаблона расстояние между электродами, равное 4 см, закрыть дверцу камеры, снять заземляющую штангу с высоковольтного вывода камеры, закрыть дверь ограждения и таким же способом, как описано в разд. 1.3.3, поднять напряжение до пробоя промежутка. В процессе подъема напряжения следует вести визуальное наблюдение за промежутком. Значения напряжений, при которых появляется корона на незаземленном электроде (слабое фиолетовое свечение отдельных частей электрода) и далее стримеры (отдельные тонкие ярко светящиеся нити скользящие по стеклу, следует записать для оформления отчета. После пробоя промежутка нужно немедленно отключить установку, а значение напряжения, при котором происходит пробой, также записать для отчета. Чтобы уменьшить ошибку при определении начальных напряжений короны, скользящего разряда и напряжения сквозного пробоя промежутка, описанный выше опыт необходимо провести не менее трех раз. Для получения зависимости разрядных напряжений от длины разрядного промежутка рекомендуется дополнительно провести такие измерения для промежутков с расстояниями между электродами 6, 8, 10, 12 и 14 см. Для получения зависимости разрядного напряжения от расстояния между электродами при отсутствии подложки необходимо вынуть из-под стекла латунный лист и провести аналогичные измерения начальных напряжений короны и разрядных напряжений промежутка при расстояниях между электродами 4, 6, 8 и 10 см. При этом нужно следить затем, чтобы показания вольтметра PV не превысили 180—190 В. Определение зависимости разрядных напряжений от толщины диэлектрика при расположении электродов на поверхности диэлектрика и наличии под ним проводящей подложки Для получения зависимости разрядных напряжений от толщины диэлектрика надо кроме измерений, проведенных в разд. 1.3.4 для стекла толщиной 5 мм при расстоянии между электродами 8 или 10 см, выполнить аналогичные измерения начальных напряжений короны, скользящего разряда и разрядных напряжений промежутка для стекол с толщиной 8 и 10 мм. Определение зависимости средних разрядных напряженностей от расстояния между электродами и от толщины диэлектрика для исследованных промежутков Средние разрядные напряженности определяются делением среднего разрядного напряжения на расстояние между электродами 1.3.7. Требования к отчету Отчет должен содержать: а) принципиальную схему установки; б) таблицы значений начальных напряжений короны и скользящего разряда, разрядных напряжений и средних разрядных на пряженностей для исследованных промежутков; в) графики зависимостей начальных напряжений короны и скользящего разряда, разрядных напряжений и средних разрядных напряженностей от расстояния между электродами; г) выводы по работе. Опишите влияние диэлектрика на величину разрядных напряжений воздушных промежутков. Характеристики коронного разряда на проводах при напряжении постоянного тока. Программа работы. Определить напряжения начала возникновения коронного разряда и зависимость тока короны от напряжения при положительной и отрицательной полярностях напряжения на проводе. Для этих же проводов рассчитать начальное напряжение коронного разряда. Пояснения к работе Коронный разряд — самостоятельный электрический разряд, возникающий в сильнонеоднородном электрическом поле в области высокой напряженности. При лавинной форме коронного разряда толщина слоя газа, охваченного ионизацией, не превышает нескольких миллиметров. В остальной области с более слабой напряженностью поля ударная ионизация отсутствует, но существует движение ионов. При столкновении с молекулами газаионы отдают им часть приобретенной при движении в электрическом поле кинетической энергии. В результате происходит нагрев газа и, следовательно, потеря энергии. Помимо ионизации в процессе коронного разряда возникает процесс возбуждения молекул. Ввоз бужденном состоянии молекулы или атомы газа находятся лишь очень короткое время и, возвращаясь в стационарное состояние, излучают фотон видимого света, поэтому коронный разряд сопровождается голубоватым свечением. Сопровождающие коронный разряд импульсные токи имеют очень высокую частоту, что создает высокочастотные помехи для каналов связи и радиоприема. Определение напряжения начала возникновения коронного разряда и зависимости тока короны от напряжения при положительной и отрицательной полярности напряжения на проводе Определение напряжения начала возникновения коронного разряда и зависимости тока короны от напряжения производится на высоковольтной установке, принципиальная схема которой представлена на риса Коронирующий провод располагается коаксиально в цилиндре 1 диаметром 600 мм и активной длиной 1,2 м. Цилиндр изолирован от земли. С целью уменьшения мешающих влияний соседних элементов схемы при измерении тока этот цилиндр окружен металлическим заземленным экраном. Для измерения тока короны последовательно с цилиндром включен микроамперметр РА (см. рис. 1.6,6) с нулевым отсчетом в середине шкалы, что позволяет проводить измерения как при положительной, таки при отрицательной полярности напряжения на проводе. Рис. 1.6. Принципиальные схемы установки и измерения тока короны Измерение напряжения на проводе осуществляется при помощи емкостно-омического делителя напряжения C l, R l, Си низковольтного измерительного прибора - микроамперметра с выпрямительной схемой. Измерительные приборы и кнопки управления магнитными пускателями установлены напульте управления. Перед проведением измерений следует записать значение атмосферного давления и показание сухого термометра. Для измерения начального напряжения короны и определения зависимости тока короны от приложенного напряжения необхо димо: закрепить в цилиндре 1 провод диаметром 1,2 мм; снять закоротку Пс вентиля VD, установить вентиль так, чтобы выпрямленное напряжение имело положительную полярность, и установить перемычку П2\ снять заземляющую штангу с вывода конденсатора Си закрыть калитку ограждения; переключатель S3 на пульте управления поставить в положение “ хи включить переключатели S1 и включить автоматический выключатель QF, магнитный пускатель КМ и по вольтметру V установить нулевое значение напряжения на вторичной стороне трансформатора Т Включить магнитный пускатель КМ плавно поднять напряжение до появления тока через микроамперметр РА (на пульте управления Ток короны) и записать показание микроамперметра Напряжение Um”, над которым стоит знак “+ ”; 1 мкА соответствует 1 кВ, а полученное напряжение — начальному напряжению короны на проводе. Для уменьшения ошибки измерения начальное напряжение определяют как среднее из не менее трех измерений. Для снятия зависимости тока короны от приложенного напряжения необходимо провести восемь—десять измерений тока короны при увеличении напряжения на проводе. Отсчет показаний тока и напряжения проводить через каждые 20-30 мкА. При достижении тока 90—100 мкА переключатель S3 нужно перевести в положение “ х 5 ”. Заменив полярность выпрямленного напряжения (повернув вентиль на 180°) и проделав соответствующие действия, как при положительной полярности напряжения на проводе, определим начальное напряжение короны и зависимость тока короны от приложенного напряжения для отрицательной полярности напряжения на проводе. Для определения влияния диаметра провода на коронный разряд необходимо выполнить аналогичные описанным выше измерения начального напряжения и зависимости тока короны от напряжения для проводов диаметрами 2 и 3 мм. Полученные в процессе проведения лабораторной работы значения напряжения следует привести к нормальным атмосферным условиям (см. разд. 1.1.3). Заметим, что поправка на абсолютную влажность воздуха не вводится, поэтому приведение к нормальным атмосферным условиям может быть осуществлено поболее простому соотношению Щ - U j b где Щи (И — напряжения для нормальных атмосферных условий и условий проведения работы, соответственно б — относительная плотность воздуха, 8= Р293/(Р0Т ), Р — нормальное атмосферное давление, Р и Т — давление (мм рт. ст) и температура (К, при которых проводилась работа. Расчет начального напряжения коронного разряда Начальное напряжение коронного разряда для коаксиальной системы проводов можно рассчитать по формуле ик = ЕпгхЩгг/гх), где гх и г — радиусы провода и цилиндра, соответственно Ен — начальная напряженность коронного разряда, которая для провода с радиусом меньше 1 см может быть рассчитана по формуле Н=Л8(1+ 0 ,2 9 8 /^ 5 г ,/ г ) где А = 3,03-106 В/м; б — относительная плотность воздуха гх — радиус проводам м Начальное напряжение коронного разряда следует рассчитать для всех диаметров проводов. Требования к отчету Отчет должен содержать: а) принципиальную схему установки; б) таблицы со значениями напряжений и токов короны; в) графики зависимостей тока короны от напряжения; г) экспериментальные и расчетные значения начального напряжения коронного разряда на проводе; д) выводы по работе. Характеристики коронного разряда на проводах при напряжении переменного тока. Программа работы. Определить критическое напряжение коронного разряда и зависимость мощности потерь от напряжения для коаксиальной системы проводов. Рассчитать критическое напряжение коронного разряда. Пояснения к работе При напряжении переменного тока образующиеся в течение полупериода ионы, полярность которых совпадает с полярностью напряжения на проводе, движутся в направлении от провода. Ионы противоположной полярности, образовавшиеся в предшествующем полупериоде, совершают движение к проводу. Когда при положительной полярности напряжения на проводе отрицательные ионы вторгаются в зону ионизации, возможен распад отрицательных ионов с образованием свободных электронов, поэтому коронный разряд на проводах линий переменного тока может поддерживаться при несколько меньшем напряжении, чем на проводах линий постоянного тока. Напряжение и напряженность, при которых поддерживается коронный разряд, называются соответственно критическим напряжением и напряженностью коронного разряда. Коронный разряд на проводах линии электропередачи переменного тока, также как и на линиях постоянного тока, приводит к потерям энергии, возникновению радиопомехи образованию окислителей, которые разрушают металлические элементы изоляторов или других изоляционных конструкций. Определение критического напряжения коронного разряда и зависимости мощности потерь от напряжения дм коаксиальной системы проводов Определение критического напряжения коронного разряда и снятие зависимости мощности потерь от напряжения производятся на высоковольтной установке, как описано в разд. 1.4.3 (см. рис. 1.6). При этом в схему нужно ввести следующие изменения закоротить перемычкой 777 вентиль VD\ снять перемычку 772 и закоротить конденсатор С отключить переключатель S2 на пульте управления установить в цилиндр 7 провод с диаметром 1,2 мм. Вольт-кулоновая характеристика определяется по осциллографу С. Напряжение с низковольтного плеча делителя (на пульте управления гнездо “ЭО”) подается на вход осциллографа Канал II”. Напряжение с конденсатора СЗ (на пульте второе гнездо Э О ”) подключается к осциллографу (гнездо Синхронизация внеш, и кнопка ОХ устанавливается в нажатое положение. Перед проведением измерений следует записать значение атмосферного давления и показание сухого термометра. Включается осциллограф вытягиванием кнопки “ Питание, а включение установки и поднятие напряжения производятся также, как описано в разд. 1.4.3 при определении начального напряжения короны. При отсутствии коронного разряда вольт-кулоновая характеристика на экране осциллографа изображается в виден а клонной прямой линии. При возникновении коронного разряда линии расходятся. В момент расхождения линий фиксируется значение напряжения, которое и принимается за критическое напряжение коронного разряда Для определения зависимости мощности потерь от напряжения необходимо перевести на прозрачную бумагу с экрана осциллографа пять—семь вольт-кулоновых характеристик при изменении приложенного напряжения в пределах от критического коронного напряжения примерно до 90 кВ. Мощность потерь определяется по формуле - S K uKq / где б — площадь, ограниченная кривой вольт-кулоновой характеристики, дел К и К — масштабные коэффициенты по напряжению и заряду, соответственно / — частота, равная 50 Гц. Масштабный коэффициент к и = и / ну где JJ — значение напряжения на проводе, В hy — максимальное отклонение луча от нулевой линии по вертикали, дел. Соответственно кг ихсъ, где hx — чувствительность осциллографа по горизонтали, равная 0,2 Вдел С = 0,47-10бФ. Для определения влияния диаметра провода на критическое напряжение короны и мощность потерь нужно выполнить аналогичные описанным выше измерения критического напряжения и снятие зависимости мощности потерь от напряжения для проводов с диаметрами 2 и 3 мм. Полученные в процессе работы напряжения следует привести к нормальным атмосферным условиям также, как это сделано в разд. 1.4.3. 1.5.4. Расчет критического напряжения коронного разряда Критическое напряжение коронного разряда для коаксиальной системы проводов можно рассчитать по формуле ик = EYrx\n(r 2/ry), где гх и r2 — радиусы провода и цилиндра, соответственно г = = 30 см Ек — критическая напряженность коронного разряда, В/м, которая при напряжении промышленной частоты может быть рассчитана по формуле Е КА п / г где А — 2,33- б В/м; 6 — относительная плотность воздуха (см. разд. 1.4.3); г х — радиус провода, см r = 1 м. Критическое напряжение коронного разряда следует рассчитать для всех проводов, упомянутых в данной работе. Требования к отчету Отчет должен содержать: а) принципиальную схему установки; б) осциллограммы вольт-кулоновых характеристик; в) таблицы значений напряжений и мощности потерь; г) графики зависимостей мощности потерь от напряжения на проводе; д) экспериментальные и расчетные значения критического напряжения коронного разряда на проводе; е) выводы по работе. Распределение напряжения по гирлянде изоляторов и разрядные напряжения. Программа работы Определить: а) распределение напряжения по гирлянде; б) сухоразрядное напряжение тарельчатого изолятора. Пояснения к работе На линиях электропередачи 35 кВ и выше в основном используются гирлянды из фарфоровых или стеклянных тарельчатых изоляторов В первом приближении гирлянда может быть замещена цепочкой емкостей, показанной на рис. 1.7. Здесь С = 50-70 пФ — емкость между шапками тарельчатых изоляторов, Сп = 0,5—1 пФ — емкость отдельных изоляторов по отношению к проводу и С = = 4 - 5 пФ — емкость по отношению к заземленным конструкциям опоры линии передачи. Токи, протекающие через емкости Си Сп, существенно искажают линейное распределение напряжения вдоль гирлянды, создаваемое последовательно соединенными емкостями С. Поскольку С > Сп, то наибольшее падение напряжения приходится на первый от провода изолятор. Согласно правилам технической эксплуатации, изолирующая подвеска должна быть выполнена так, чтобы наибольшее падение напряжения на изоляторе не превышало допустимое напряжение по уровню радиопомех. Для уменьшения падения напряжения на первых от провода изоляторах на линиях высших классов напряжения для поддерживающих гирлянд используют специальные устройства, которые позволяют утопить изолятор между проводами расщепленной фазы, а в натяжных гирляндах применяют специальные тороидальные экраны. Измерение распределения напряжения по гирлянде Измерение распределения напряжения по гирлянде изоляторов осуществляется на высоковольтной установке, принципиальная схема которой показана на рис. 1.8. Исследованию подвергается гирлянда из семи изоляторов на 110 кВ типа ПС6-Б. Падение напряжения на каждом изоляторе измеряется при помощи измерительной штанги, состоящей из измерительных шариков с расстоянием между электродами мм, металлических усиков и изоляционной штанги, заземленной у ручки гибким медным тро сиком. С, || “ Со||С пс , Г Со||А |