В. В. Титков техника высоких напряжений высоковольтные испытания и измерения учебное пособие

• Название: В. В. Титков техника высоких напряжений высоковольтные испытания и измерения учебное пособие
• Дата: 06.02.2023
• Размер: 6.21 Mb.
• Имя файла: TVN_Metodich_ukazania_po_laboratornym.pdf
• Тип: Учебное пособие; #922630
• страница: 7 из 10

e
s, К и пропорционально Если в) U ^ K d J e ^ , то t h J s J e sK d l

J s J z sK dl и, следовательно, напряжение возникновения скользящих разрядов пропорционально /. Это соблюдается при небольших значениях /, примерно при
/ < (2—3) d. Затем с увеличением длины напряжение возникновения скользящих разрядов растет медленно. Зависимость напряжения возникновения скользящих разрядов от толщины диэлектрика в соответствии с (2.22) имеет вид d 112. Таким образом, для повышения разрядного напряжения по закраине диэлектрика нерационально сильно увеличивать ее длину /. Несколько выгоднее для этого увеличивать толщину диэлектрика С этой целью, например, для повышения электрической прочности разделки кабеля, применяют специальные конусные насадки (рис. 2.35). Их рассчитывают так, чтобы продольный градиент напряжения вдоль изоляции кабеля Ех не превышал 8—10 кВ/см (для разделки в воздухе. В противном случае возможен пробой разделки не по пути ab, а внутри под конусной насадкой, что крайне нежелательно. Следует заметить, что применение конусной насадки не всегда выгодно, так как при этом увеличивается диаметр разделки кабеля, что ведетк увеличению индуктивности разделки и неудобно в том отношении, что по периметру сборных шин можно разместить меньшее число кабелей

Рис. 2.35. Разделка кабеля с конусной посадкой
1 — жила 2 — изоляция 3 — конусная посадка — оболочка кабеля
Электрическая прочность концевой разделки кабеля может быть значительно увеличена за счет применения специальной разделки конденсаторного типа (рис. 2.36). В такой разделке переменное напряжение, приложенное к кабелю, делится между обкладками по емкостям Су ..., Ск..., Сп. При этом напряжение, приложенное к изоляции между двумя соседними обкладками, может быть выбрано достаточно малым, чтобы необходимая прочность между обкладками обеспечивалась при малых значениях I и d. Вопросы расчета разделки конденсаторного типа рассмотрены в Помимо указанных способов повышения прочности разделки кабелям огут применяться и другие например, к основной Рис. 2.36. Разделка кабеля конденсаторного типа 1 — жила 2 - изоляция кабеля 3 — оболочка кабеля 4 — конденсаторные обкладки 5 — изоляция между обкладками
h
— длина обкладки

Рис. 2.37. Принципиальная схема установки, 2 — точки подсоединения изоляции кабеля приваривается кольцо из изоляционного материала, на кабель надевается конусная разделка с кольцом на конце, кабельная разделка помещается в масло и др.
В рамках выполнения данной лабораторной работы испытания концевых устройств импульсных установок проводят на постоянном напряжении, переменном напряжении промышленной частоты и при воздействии импульсов напряжения высокой частоты конусоидальной формы (см. рис. 2.33). Для испытаний используется установка, принципиальная схема которой показана на рис. 2.37. Испытываемая разделка кабеля подключается. При испытании на постоянном напряжении к точке 1 разрядный промежуток разрядника Р устанавливается достаточно большим, так чтобы разрядник не срабатывал. При импульсном напряжении форма импульса (см. риса) к точке 1, форма импульса (рис. 2.33, б к точке 2, промежуток разрядника Р регулируются так, чтобы разрядник срабатывал при подаче высоковольтного управляющего импульса. При испытании на переменном напряжении к высоковольтному выводу трансформатора остальная часть схемы отключена.
При испытаниях поп и 2 напряжение подается на испытываемый объект через высоковольтный резистор
= 100—200 Ом

Он служит для демпфирования колебаний, которые возникают при разряде конденсатора Сна емкость испытываемого образца в случае его подсоединения к точке 2 (па также для ограничения тока в контуре при пробое на образце. Форма импульса испытательного напряжения (п. 2) определяется параметрами i?jZjC колебательного контура. При испытаниях поп сопротивление i?j выбирается равным 2 5-5 0 кОм, что необходимо для ограничения тока трансформатора Т при пробое на испытываемом образце.
Напряжение при испытаниях на постоянном и импульсном напряжении пи) определяется по падению напряжения на образцовом высокоомном резисторе путем измерения тока миллиамперметром. При испытаниях на переменном напряжении
50 Гц измерение напряжения производится вольтметром на первичной стороне трансформатора и по его градуировочной кривой.
Для осциллограф ирования напряжения на разделке кабеля используется омический делитель напряжения, сигнал с которого подается на вход осциллографа.
При испытании разделок напряжение не поднимать выше пробивного напряжения кабеля. Требования к отчету
Отчет должен содержать:
а) схему измерений;
б) графические зависимости разрядных напряжений от длины разделки для напряжений различной формы;
в) выводы по работ. ИЗМЕРЕНИЯ НА ВЫСОКОМ НАПРЯЖЕНИИ. Измерение напряжения промышленной частоты. Программа работы. Снять градуировочную кривую высоковольтного испытательного трансформатора с помощью шарового разрядника

2. Измерить напряжение при помощи емкостного делителя:
а) с электростатическим вольтметром;
б) с микроамперметром. Оценить синусоидальность высокого напряжения. Пояснения к работе
Наиболее простой способ измерения напряжения промышленной частоты на высоковольтной стороне испытательного трансформатора — измерение напряжения на его низковольтной стороне и пересчет на высоковольтную сторону через коэффициент трансформации. Однако при этом необходимо иметь ввиду, что связь между напряжениями первичной и вторичной сторон испытательного трансформатора будет различной при подключении к трансформатору разных объектов вследствие изменения падения напряжения на защитном сопротивлении и индуктивности трансформатора. Кроме того, на эту зависимость будут оказывать влияние нелинейность характеристик магнитопровода трансформатора и наличие короны на подводящих проводах и испытываемом объекте, поэтому для измерения напряжения на высоковольтной стороне трансформатора необходимо иметь градуировочную кривую трансформатора для заданной нагрузки.
Другой, требующий дополнительного оборудования способ измерения высокого напряжения основан на применении емкостного делителя напряжения с подключением низковольтных измерительных приборов параллельно низковольтному его плечу. В этом случае измеряемое высокое напряжение равно показанию низковольтных приборов (в вольтах, помноженному на коэффициент деления делителя. Снятие градуировочной кривой высоковольтного испытательного трансформатора с помощью шарового разрядника
Снятие градуировочной кривой высоковольтного испытательного трансформатора типа ИОМ 100/25 с помощью шарового разрядника осуществляется на высоковольтной установке, принципиальная схема которой показана на рис. 3.1.

Рис. 3.1. Принципиальная схема установки
Перед измерениями напряжения следует записать значения атмосферного давления и температуры.
Для снятия одной точки градуировочной кривой необходимо между измерительными шарами диаметром 12,5 см установить при помощи шаблона расстояние 0,5 см;
по табл. 1.1 определить для этого расстояния разрядное напряжение снять заземляющую штангу с измерительного разрядника включить автоматический выключатель QF\ при помощи кнопки К { ”, расположенной на пульте управления, включить магнитный пускатель КМ1\
по вольтметру электромагнитной системы V, показывающему эффективное значение напряжения, проверить отсутствие напряжения на вторичной стороне регулятора Т Если напряжение неравно нулю, ручкой регулирования напряжения установить ноль;
кнопкой К включить магнитный пускатель КМ и поднять напряжение до пробоя измерительного разрядника с такой скоростью, чтобы разряд произошел не ранее чем через 30 с после начала подъема. В момент пробоя зафиксировать показание вольтметра P V и записать его в таблицу результатов для отчета.
Для уменьшения случайной ошибки измерения следует провести еще два таких опыта и определить среднее показание вольтметра. Вольтметр показывает эффективное значение напряжения. Разрядное напряжение шарового разрядника имеет амплитудное значение, приведенное к нормальным атмосферным условиям. Определив поправочный коэффициент на атмосферные условия

Р Р (273 + следует найти амплитудное значение напряжения пробоя шарового разрядника для условий, при которых снимается градуировочная кривая, по формуле где обозначения величин, входящих в эти формулы, такие же, как в разд. При построении градуировочной кривой рекомендуется по оси абсцисс отложить показания вольтметра P V и по оси ординат — значения U .
И
Для построения градуировочной кривой дополнительно к этому рекомендуется провести аналогичные действия при расстояниях между шарами разрядника 1,0; 1,5 и 2,0 см.
Погрешность измерения напряжения по градуировочной кривой может быть оценена по формуле
Щ пи т u
^ 2
+ где AS, АР, At, AUX — абсолютные погрешности измерения расстояния между шарами, давления, температуры и напряжения, измеренного вольтметром PV, соответственно (эти погрешности могут быть приняты равными половине деления соответствующей шкалы 0,03 — относительная погрешность метода измерения напряжения шаровым разрядником. Измерение напряжения при помощи емкостного делителя с электростатическим вольтметром
Для измерения напряжения при помощи емкостного делителя с электростатическим вольтметром необходимо включить установку, как описано в разд. 3.1.3, установить напряжение по вольтметру
P V 60—70 В и записать показание электростатического вольтметра
PV1 (см. рис. 3.1). Амплитудное значение напряжения на высоковольтной стороне трансформатора
150

и = ки,
m2’
где К — коэффициент деления емкостного C l, С делителя напря- С +с жения, К = -■— 2 ; С,
= 350 нФ и С 0,325 мкФ ; Uml — ампли-
Ч
тудное значение напряжения, измеренное вольтметром Погрешность измерения напряжения может быть оценена по формуле и т U.m2
V
Um2
J
+ где АК К = 0,02 — относительная погрешность измерения коэффициента деления емкостного делителя напряжения A U г — абсолютная погрешность электростатического вольтметра 0,02 — относительная погрешность схемы измерения, определяемая емкостями измерительных конденсаторов СЗ = С = 1 мкФ и сопротивлениями резисторов Л, = R2 — 910 кОм. Измерение напряжения при помощи емкостного делителя с микроамперметром
И зм ерение напряжения при помощи емкостного делителя с микроамперметром отличается от измерения напряжения, описанного в разд. 3.1.4, только тем, что в этом случае напряжение на высоковольтной стороне испытательного трансформатора определяется по показанию микроамперметра (см. рис. 3.1), поэтому для измерения напряжения необходимо провести все действия, как ив разд. 3.1.4, и записать показание микроамперметра РА. Амплитудное значение напряжения в этом случае
и = Щ 1 где / — показание микроамперметра.
Погрешность измерения оценивается по формуле и т Rl J
+ 0,02^ ,

где А /— абсолютная погрешность измерения тока микроамперметром РА] AR1/R1 = 0,01 — относительная погрешность измерения сопротивления резистора R1.
3.1.6. Оценка синусоидальности высокого напряжения
Для измерения синусоидальности высокого напряжения следует установить значение напряжения, как описано в разд. 3.1.4, и электростатическим вольтметром PV1 измерить его амплитудное значение Um (см. рис. 3.1). Далее, не отключая установки и не изменяя величины напряжения, необходимо переключить электростатический вольтметр в точку аи измерить эффективное значение напряжения U. В случае синусоидальности напряжения отношение
U J U = 72 + 0,0 7.
3.1.7. Требования к отчету
Отчет должен содержать:
а) принципиальную схему установки;
б) таблицы результатов измерений;
в) градуировочную кривую испытательного трансформатора;
г) выводы по работе. Омический делитель напряжения. Программа работы
Определить:
а) характеристики делителя напряжения учебного генератора импульсных напряжений;
б) влияние элементов делителя, указанных преподавателем, на форму передаваемого импульса. Пояснения к работе
Осциллографирование импульсов высоких напряжений производится при помощи делителей напряжения, поскольку значение напряжения, подаваемого на пластины осциллографа, не может превысить 500 В. Омический делитель напряжения состоит из двух

последовательно соединенных резисторов, один из которых рассчитан на полное измеряемое напряжение, а второй — на напряжение, подаваемое на пластины осциллографа.
Основные характеристики делителя напряжения реакция на единичный прямоугольный импульс, численно равная площади, заключенной между единичным прямоугольным импульсом, подаваемым на делитель и приведенным к низковольтному плечу, и соответствующей ему кривой напряжения, снимаемой с низковольтного плеча;
время передачи, численно равное длительности между моментами, соответствующими одинаковым мгновенным значениям напряжения для подаваемого на делитель и приведенного к его низковольтному плечу и записанного;
время нарастания, численно равное промежутку времени, в течение которого кривая реакции на единичный прямоугольный импульс возрастает от ОД до 0,9 максимального значения Определение характеристик делителя напряжения учебного генератора импульсных напряжений
Определение характеристик делителя напряжения может быть осуществлено при помощи программы dn.exe, размещенной в директории. После запуска программы на экране дисплея появляется окно-заставка, в котором на фоне генератора импульсных напряжений на 1,5 МВ показаны делитель напряжения, логотип кафедры и три кнопки управления Дн , Дно и Конец Нажатие левой клавиши мыши на кнопке Дн приводит к появлению окна расчета (рис. 3.2). В верхнем левом углу этого окна помещен эскиз делителя напряжения, где Hd — высота делителя
Ro, Rt, Rot — радиусы изоляционной трубы, экрана и экранной, трубы, соответственно Но к S — расстояния от земли и от ближайшего заземленного ограждения, соответственно Нх — расстояние до экрана от верхней части делителя. В правом верхнем углу показана его принципиальная схема, в которой С31-С 35 — частичные емкости делителя по отношению к заземленным предметам С е1-С е — частичные емкости делителя на экран Се —

емкость экрана на землю L I, R l w C — индуктивность, сопротивление и продольная емкость на единицу длины высоковольтного плеча делителя, соответственно L2, R2 и С — индуктивность, сопротивление и емкость низковольтного плеча делителя, соответственно Re — сопротивление между верхней частью делителя и экраном L — индуктивность контура подключения делителя
R — сопротивление, включаемое в цепь контура подключения для компенсации влияния индуктивности Е — прикладываемое на­
пряжение.
В программе зашиты данные для делителя напряжения на
1,5 МВ. Поэтому вместо этих данных следует ввести значения для учебного ГИН: Hd — 1,7 мм мм, Ном м, Нх = 0,15 м, Ы 0,35 мкГн, R1 = 2 кОм, С 2 пФ, R2 = 4 Ом, Re = 0,42 кОм, L 10 мкГн, L2 - 5 нГн,
R = 0,9 кОм. Для ввода данных курсор мыши подводится к соответствующему окну ввода, нажимается левая клавиша мыши и на клавиатуре набирается нужное значение.
На рис. 3.2 показаны кривые напряжения для делителя на 1,5 МВ для параметров, приведенных на этом же рисунке верхняя (на экране дисплея красная) — подаваемого на делитель, но пересчитанного на низковольтное плечо делителя по коэффициенту деления, нижняя (черная на экране) — выведенная программой. Правее этих кривых приведены собственные емкости делителя, рассчитанные программой.
Для проведения нового расчета следует левой клавишей мыши нажать сначала на кнопку Стирание, а потом “ОК”.
Для определения времени передачи необходимо подвести кончик курсора мыши к соответствующей точке левой кривой, например к точке с мгновенным значением напряжения 120 В, как на рис. 3.2, нажать левую кнопку мыши, удерживая ее нажатой, отвести курсор на свободное место и кнопку мыши отпустить. Далее провести такие же действия на правой кривой. Время передачи будет равно разности этих времен. Например, для кривых на рис. 3.2 Тп = 495 — 423 = 72 нс. Рекомендуется такие измерения провести еще для двух других уровней напряжения и время- Рис. Расчетное окно передачи определить как среднее из трех измерений. Таким образом, обработанное расчетное окно следует нажатием на кнопку
“Print” вывести на печать для составления отчета.
Для определения погрешности передачи при срезе импульса на фронте необходимо провести аналогичные действия при одинаковом времени, например 700 нс, как на рис. 3.2. Погрешность из­
мерения
АП _ (154-146)100
U
154 Рекомендуется определить погрешность измерения для срезанных импульсов на фронте не менее чем для трех значений времени среза.
Для определения реакции на единичный прямоугольный импульс и времени нарастания в боксе Импульс следует выбрать Скачкообразный , нажать кнопку Стирание и “ОК”.
После расчета под кривыми выводится численное значение реакции на единичный прямоугольный импульс. Для определения времени нарастания необходимо установить кончик курсора мыши на максимальное значение импульса и по показаниям в левом нижнем углу экрана определить численное значение напряжения. Помножьте полученное значение на 0,9, на этом уровне установите курсор мыши на черную кривую на экране, нажмите левую клавишу мыши, удерживая ее нажатой, отведите курсор на свободное место в пределах окна построения кривых и клавишу мыши отпустите. Далее подведите курсор на эту же кривую в точку, соответствующую значению напряжения 0,1, и проделайте те же действия. Время нарастания по определению будет равно разности этих времен. При экспоненциальном изменении кривой реакции на единичный прямоугольный импульс, что имеет место в омических делителях напряжения, время нарастания превышает время реакции на единичный импульс в 2,2 раза. Это окно нажатием левой клавиши мыши на кнопке “Print” выводится на печать для составления отчета. Следует отметить, что кнопка “Print” становится активной только после проведения очередного расчета

3.2.4. Определение влияния некоторых элементов делителя на форму передаваемого импульса
Рекомендуется определить влияние на форму передаваемого импульса индуктивности подводящего контура, расстояния Л’уста­
новки делителя от заземленных предметов, радиуса экрана Rt, радиуса трубы экрана Rot и места установки экрана по отношению к верхней точке делителя, расстояния Нх. Влияние каждого из этих параметров следует определить при проведении аналогичных разд. 3.2.3 расчетов при не менее чем двух значениях соответствующего параметра. Чтобы влияние было более четким, не следует стирать результаты предыдущего расчета. Вывод сделать в форме констатации. Требования к отчету
Отчет должен содержать:
а) распечатки расчетных окон;
б) результаты определения времени передачи, погрешности измерения и времени нарастания;
в) выводы по работе. Экспериментальное определение параметров импульсной измерительной системы. Программа работы
Определить:
а) коэффициент деления омического делителя напряжения и масштабный коэффициент измерительной системы;
б) время передачи измерительной системы методом шарового разрядника. Пояснения к работе
Измерение импульсных напряжений, как правило, осуществляется при помощи делителя напряжения и импульсного осциллографа. Делитель напряжения, помимо параметров, указанных

Рис. 3.3. Зависимость разрядного Рис. 3.4. К определению напряжения от крутизны линейно времени передачи нарастающего импульса в разд. 3.2, характеризуется также коэффициентом деления, равным отношению напряжения, приложенного к делителю, и напряжения, снимаемого сего низковольтного плеча. Для измерительной системы более удобен масштабный коэффициент, определяемый как отношение напряжения, приложенного к делителю, и отклонения луча импульсного осциллографа.
По рекомендациям М ЭК один из методов определения времени передачи делителя и всей измерительной системы — метод шарового разрядника. Он основан на использовании зависимости разрядного напряжения шарового разрядника с шарами диаметром
25 см и расстоянием между ними 6 см от крутизны s линейно нарастающего импульса напряжения отрицательной полярности рис. 3.3). Для любой точки вольт-секундной характеристики (рис) , например для точки С, крутизну импульса можно определить как s = Uc Т с Если измерительная система искажает форму импульса, тов момент пробоя она покажет напряжение Uc — A U рис) . Истинное значение напряжения измерительная система показывает с задержкой времени Гп, которое является временем передачи системы. Это время может быть определено из соотношения

a u
s
3.3.3. Определение коэффициента деления омического делителя напряжения и масштабного коэффициента измерительной системы
Определение коэффициента деления омического делителя напряжения и масштабного коэффициента измерительной системы осуществляется на установке, принципиальная схема которой показана на рис. 2.8. Перед проведением измерений необходимо записать значение атмосферного давления и показание сухого термометра. Для определения масштабного коэффициента следует включить установку так, как описано в разд. 2.3.3, установить расстояние между измерительными шарами диаметром 25 см S = 6 см и подобрать зарядное напряжение конденсаторов генератора импульсных напряжений так, чтобы из 10-15 срабатываний ГИН в 5—7 случаях произошел пробой измерительного разрядника.
Снимите 3—4 осциллограммы, по каждой из них определите и запишите отклонения луча и отключите установку. Найдите среднее отклонение луча осциллографа в делениях шкалы По расстоянию S = 6 см, диаметру шаров 25 см и табл. 1.1 определите максимальное значение импульсного напряжения U0. Приведите его к атмосферным условиям, при которых проводились измерения в разд. 1.3 и по формуле
В соответствии с этим масштабный коэффициент измерительной системы т =UT/h Tu относительная погрешность его определения где AUr/U T — относительная погрешность измерения шаровым разрядником, равная 3 %; Ahr — погрешность определения отклонения hr, примерно равная толщине луча = о Кр К

При известной чувствительности осциллографа т (Бдел) напряжение на низковольтном плече делителя UH = m0hT. Тогда коэффициент деления К = Измерение импульсного напряжения осуществляется, согласно формуле £7 = mhv, где к — отклонение луча при измерении. По-
х у
у
грешность измерения может быть оценена по формуле
АЧ*
Д/и
т
Ак„
V у. Определение времени передачи измерительной системы методом шарового разрядника
Для определения времени передачи измерительной системы методом шарового разрядника необходимо включить установку и, согласно ГОСТ 17512—82, провести следующие действия. Кнопками Увеличить расст”, Уменьшить расст”, находящимися на пульте управления в блоке кнопок Расстояние между измерительными шарами, установить расстояние между шарами измерительного разрядника 7—7,5 см. При помощи регулятора напряжения и кнопок изменения расстояния между шаровыми разрядниками генератора установить выходное напряжение таким, чтобы при каждом срабатывании ГИН пробивался промежуток измерительного шарового разрядника. Для получения изображения импульса на экране осциллографа следует нажать на кнопку Стереть, а потом перед очередным разрядом ГИН — на кнопку Готов. Контролируемая часть подъема напряжения на экране осциллографа должна составлять не менее 40 % всего подъема перед пробоем, если только она не будет располагаться выше 160 кВ.
Получите и зарисуйте на прозрачную бумагу три импульса напряжения. Определите скорость нарастания напряжения s из каждой осциллограммы как наклон наиболее подходящей прямой линии для контролируемой части осциллограммы, затем потрем осциллограммам — среднее значение s.
2. Установите расстояние между измерительными шарами 6 см и снимите три или более осциллограммы пробоя без каких-либо

изменений в настройке ГИН. Среднее из трех измеренных значений пробивных напряжений Ux приведите к нормальным атмосферным условиям по формуле
По полученному среднему значению s и зависимости разрядного напряжения от крутизны линейно нарастающего импульса, представленной на рис. 3.3, определите истинное значение пробивного напряжения Uc, а также время передачи
Т Х П- U

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10