Laboratorium inżynierii wysokonapięciowej.pdf

Spis treści

SPIS TREŚCI

PRZEDMOWA ............................................................................................................... 10

CZĘŚĆ I WYTWARZANIE WYSOKICH NAPIĘĆ PROBIERCZYCH I

PRĄDÓW UDAROWYCH W LABORATORIACH WYSOKICH

NAPIĘĆ. PRZYRZĄDY I METODY POMIAROWE ........................ 11

WSTĘP ............................................................................................................................ 12

1. WYTWARZANIE WYSOKICH NAPIĘĆ PROBIERCZYCH I PRĄDÓW

UDAROWYCH .......................................................................................................... 13

1.1. Wytwarzanie wysokiego napięcia przemiennego o częstotliwości technicznej .. 13

1.2. Wytwarzanie wysokiego napięcia stałego ........................................................... 16

1.3. Wytwarzanie wysokiego napięcia udarowego..................................................... 18

1.3.1. Uwagi ogólne ............................................................................................. 18

1.3.2. Jednostopniowy generator udarów napięciowych (GUN) ......................... 19

1.3.3. Wielostopniowy generator udarów napięciowych ..................................... 21

1.4. Wytwarzanie prądu udarowego ........................................................................... 22

1.4.1. Uwagi ogólne ............................................................................................. 22

1.4.2. Generator udarów prądowych (GUP) ........................................................ 24

2. PRZYRZĄDY I METODY POMIAROWE W LABORATORIACH

WYSOKICH NAPIĘĆ ............................................................................................... 26

2.1. Iskiernik kulowy .................................................................................................. 26

2.2. Woltomierz elektrostatyczny ............................................................................... 30

2.3. Urządzenia do pomiaru przebiegów udarowych.................................................. 31

2.4. Dzielniki i boczniki.............................................................................................. 34

2.5. Miernik wartości szczytowej ............................................................................... 39

2.6. Metoda prostownikowa pomiaru wartości szczytowej napięcia przemiennego .. 40

2.7. Inne metody pomiarowe ...................................................................................... 41

3. OPRACOWANIE WYNIKÓW DOŚWIADCZEŃ ................................................. 43

4. SZACOWANIE NIEPEWNOŚCI POMIARU PRZY POMIARACH

WYSOKONAPIĘCIOWYCH ................................................................................... 46

4.1. Wstęp ................................................................................................................... 46

4.2. Wyznaczanie niepewności kategorii A................................................................ 46

4.3. Wyznaczanie niepewności kategorii B. ............................................................... 47

4.4. Wypadkowa niepewność uwzględniająca obie kategorie niepewności ............... 48

4.5. Przykład obliczania niepewności......................................................................... 48

5. UWAGI OGÓLNE ..................................................................................................... 50

LITERATURA ............................................................................................................... 52

Laboratorium z inżynierii wysokonapięciowej

CZĘŚĆ II ĆWICZENIA ........................................................................................... 53

ĆWICZENIE 1. BADANIE WYTRZYMAŁOŚCI STATYCZNEJ

POWIETRZA W UKŁADACH O RÓŻNYCH

KSZTAŁTACH ELEKTROD ........................................................ 54

1. WIADOMOŚCI OGÓLNE ....................................................................................... 54

1.1. Uwagi wstępne..................................................................................................... 54

1.2. Wytrzymałość powietrza w układzie o polu równomiernym .............................. 56

1.3. Wytrzymałość powietrza w układach o polu nierównomiernym......................... 57

2. POMIARY .................................................................................................................. 61

2.1. Badanie wytrzymałości statycznej powietrza w układach o różnych kształtach

elektrod przy napięciu przemiennym ................................................................... 61

2.2. Badanie wytrzymałości powietrza w układach o różnych kształtach elektrod przy

napięciu stałym .................................................................................................... 64

3. UWAGI I WNIOSKI .................................................................................................. 65

ĆWICZENIE 2. WYZNACZANIE ROZKŁADU NAPIĘĆ I NAPRĘŻEŃ W

UKŁADACH IZOLACYJNYCH ................................................... 66

1. WIADOMOŚCI OGÓLNE ....................................................................................... 66

1.1. Rozkład naprężeń w układzie płaskim uwarstwionym szeregowo ...................... 69

1.2. Rozkład napięcia wzdłuż łańcucha izolatorów .................................................... 70

1.3. Rozkład napięcia wzdłuż powierzchni izolatora wsporczego.............................. 75

2. POMIARY .................................................................................................................. 75

2.1. Pomiar rozkładu napięcia w układzie płaskim uwarstwionym szeregowo .......... 75

2.2. Pomiar rozkładu napięcia wzdłuż łańcucha izolatorów ....................................... 77

2.3. Wyznaczenie obrazu pola elektrycznego............................................................. 78

2.3.1. Wyznaczenie obrazu pola elektrycznego przy użyciu papieru słabo

przewodzącego........................................................................................... 78

2.3.2. Wyznaczenie obrazu pola elektrycznego na komputerze przy użyciu

programu Quick-Field................................................................................ 79

3. UWAGI I WNIOSKI .................................................................................................. 79

ĆWICZENIE 3. BADANIE IZOLATORÓW ........................................................... 80

1. WIADOMOŚCI OGÓLNE ....................................................................................... 80

1.1. Klasyfikacja izolatorów ....................................................................................... 80

1.2. Wymagania stawiane izolatorom......................................................................... 82

1.3. Materiały stosowane do produkcji izolatorów ..................................................... 88

1.4. Konstrukcje izolatorów........................................................................................ 92

2. POMIARY ................................................................................................................ 103

2.1. Pomiar napięcia przeskoku na sucho ................................................................. 103

2.2. Próba napięciowa............................................................................................... 104

Spis treści

2.3. Pomiar długości dróg przeskoku ....................................................................... 104

2.4. Dobór izolatorów do warunków środowiskowych ............................................ 106

3. UWAGI I WNIOSKI ................................................................................................ 107

ĆWICZENIE 4. WYTRZYMAŁOŚĆ UDAROWA UKŁADÓW

ELEKTRYCZNYCH W POWIETRZU I PODSTAWY

KOORDYNACJI IZOLACJI ....................................................... 108

1. WIADOMOŚCI OGÓLNE ..................................................................................... 108

1.1. Charakterystyka udarowa .................................................................................. 108

1.2. Zasady koordynacji izolacji ............................................................................... 112

1.3. Współczynnik udaru .......................................................................................... 114

2. POMIARY ................................................................................................................ 115

2.1. Sprawdzenie kształtu udaru i stabilności działania generatora udarów

piorunowych ...................................................................................................... 115

2.2. Sprawdzenie prawidłowości kształtu charakterystyk udarowych obiektu

chronionego ....................................................................................................... 116

2.3. Określenie odstępu elektrod iskiernika chroniącego zapewniającego

właściwą ochronę obiektu chronionego ............................................................. 117

2.4. Wyznaczenie krzywych prawdopodobieństwa przeskoku układu

ostrze - płyta....................................................................................................... 118

2.6. Pomiar statycznego napięcia przeskoku ............................................................ 120

3. UWAGI I WNIOSKI ................................................................................................ 121

ĆWICZENIE 5. BADANIE DIELEKTRYKÓW PŁYNNYCH I STAŁYCH ..... 122

1. WIADOMOŚCI OGÓLNE ..................................................................................... 122

1.1. Przewodność czynna dielektryków.................................................................... 122

1.2. Mechanizm pojawiania się napięcia powrotnego .............................................. 122

1.3. Przebicie dielektryków ciekłych ........................................................................ 124

1.3.1. Rodzaje dielektryków ciekłych ................................................................ 124

1.3.2. Mechanizm przebicia dielektryków ciekłych........................................... 125

1.3.3. Wpływ różnych czynników na wytrzymałość olejów.............................. 125

1.4. Współpraca olejów z dielektrykami stałymi ...................................................... 127

1.5. Przebicie dielektryków stałych .......................................................................... 128

2. POMIARY ................................................................................................................ 132

2.1. Pomiar charakterystyki prądowo-napięciowej, metodą samorozładowania,

izolacji papierowej impregnnowanej ................................................................. 132

2.2 Charakterystyka czasowa zmian napięcia pojawiającego się na zaciskach

kondensatora po jego uprzednim bezrezystancyjnym rozładowaniu ................. 134

2.3. Wyznaczenie charakterystyki wytrzymałości papieru kablowego w funkcji

liczby warstw papieru ........................................................................................ 135

Laboratorium z inżynierii wysokonapięciowej

2.4. Porównanie wytrzymałości elektrycznej oleju zawilgoconego

i niezawilgoconego ............................................................................................ 136

2.5. Stwierdzenie wpływu przegród na zwiększenie wytrzymałości

elektrycznej oleju zawilgoconego ...................................................................... 137

2.6. Wizualne stwierdzenie tworzenia się w polu elektrycznym w oleju

izolacyjnym mostków przewodzących ułatwiających przebicie oleju ............... 138

3. UWAGI I WNIOSKI ................................................................................................ 138

ĆWICZENIE 6. BADANIE PRZEBIEGÓW FALOWYCH W LINIACH

DŁUGICH ...................................................................................... 139

1. WIADOMOŚCI OGÓLNE ..................................................................................... 139

1.1. Uwagi wstępne................................................................................................... 139

1.2. Określenie kształtu fal za pomocą oscyloskopu ................................................ 142

1.3. Przejście fali prostokątnej z linii o impedancji falowej Z 1 na linię

o impedancji falowej Z 2 ..................................................................................... 143

1.4. Odpowiedź węzła obciążonego stałymi skupionymi i zaatakowanego

przez falę prostokątną........................................................................................ 146

1.5. Trafienie fali prostokątnej na pojemność skupioną włączoną między

przewód a ziemię ............................................................................................... 147

1.6. Przebiegi falowe wywołane falami prostokątnymi o stosunkowo

małej długości .................................................................................................... 151

1.7. Przejście fali przez dławik włączony szeregowo do linii .................................. 152

1.8. Trafienie fali na obwód drgający LC ................................................................. 155

1.9. Eliminacja impedancji falowej .......................................................................... 157

1.10. Dopasowanie rezystancji wyjściowej generatora do impedancji

falowej kabla ...................................................................................................... 160

2. POMIARY ................................................................................................................ 163

2.1. Dopasowanie rezystancji wyjściowej generatora do impedancji falowej kabla 163

2.2. Określenie impedancji linii długiej .................................................................... 163

2.3. Rejestracja zjawisk falowych w linii długiej przy przejściu fali z linii o

impedancji falowej Z 1 na linię o impedancji falowej Z 2 .................................... 164

2.4. Eliminacja impedancji falowej .......................................................................... 165

2.5. Trafienie fali na pojemność skupioną................................................................ 165

2.6. Trafienie fali na indukcyjność skupioną. ........................................................... 166

2.7. Trafienie fali prostokątnej na obwód drgający LC ............................................ 167

3. UWAGI I WNIOSKI ................................................................................................ 167

ĆWICZENIE 7. WYZNACZANIE ROZKŁADU NAPIĘĆ W UZWOJENIU

TRANSFORMATORA PRZY NAPIĘCIU UDAROWYM ...... 168

1. WIADOMOŚCI OGÓLNE ..................................................................................... 168

1.1. Schemat zastępczy uzwojenia transformatora ................................................... 168

Spis treści

1.2. Chwilowy rozkład napięcia. Oscylogram napięcia............................................ 168

1.3. Metoda wyznaczania chwilowego rozkładu napięcia. Obwiednia przepięć...... 170

1.4. Rozkład początkowy i końcowy ........................................................................ 171

1.5. Doświadczalny sposób wyznaczania rozkładu początkowego .......................... 173

1.6. Przybliżona metoda wyznaczania obwiedni drgań............................................ 174

1.7. Przepięcia udarowe w uzwojeniu wtórnym. ...................................................... 176

1.8. Przepięcia w autotransformatorach.................................................................... 179

1.9. Sposoby poprawiania rozkładu początkowego w uzwojeniach

transformatorów (metody wyrównania rozkładu początkowego)...................... 182

1.10. Przepięcia międzycewkowe ............................................................................. 184

2. POMIARY ................................................................................................................ 187

2.1. Pomiar rozkładu napięcia na modelu uzwojenia transformatora ....................... 187

2.2. Wyznaczanie przekładni elektrostatycznej ........................................................ 189

2.3. Ocena oscylogramów przebiegów napięciowych w uzwojeniu wtórnym ......... 190

2.4. Pomiar rozkładu napięcia na modelu uzwojenia autotransformatora ................ 191

2.5. Pomiar rozkładu napięcia z zastosowaniem ekranowania uzwojenia................ 192

2.6. Pomiar przepięć międzycewkowych.................................................................. 192

3. UWAGI I WNIOSKI ................................................................................................ 193

ĆWICZENIE 8. BADANIE ODGROMNIKA ZAWOROWEGO ........................ 194

1. WIADOMOŚCI OGÓLNE ..................................................................................... 194

1.1. Wstęp ................................................................................................................. 194

1.2. Odgromnik zaworowy ....................................................................................... 195

1.2.1 Iskiernik wielokrotny ................................................................................ 195

1.2.2. Stos zmiennooporowy.............................................................................. 198

1.2.3. Działanie ochronne odgromnika zaworowego......................................... 201

1.2.4. Napięcie znamionowe odgromnika zaworowego .................................... 203

1.2.5. Poziom ochrony odgromnika zaworowego.............................................. 204

1.2.6. Próby profilaktyczne odgromnika zaworowego ..................................... 205

1.3. Odgromnik beziskiernikowy.............................................................................. 206

1.3.1. Budowa i zasada działania ....................................................................... 206

1.3.2. Podstawowe parametry odgromników MO ............................................. 208

1.3.3. Dobór odgromnika beziskiernikowego .................................................... 211

1.3.4. Przykład doboru napięcia U c .................................................................... 212

1.3.5. Strefa ochronna odgromników................................................................. 213

2. POMIARY ................................................................................................................ 215

2.1. Wyznaczenie charakterystyki prądowo-napięciowej......................................... 215

2.2. Pomiar statycznego napięcia zapłonu odgromnika zaworowego ...................... 216

2.3. Pomiar prądu upływu odgromnika zaworowego ............................................... 217

2.4. Pomiar napięcia obniżonego odgromnika zaworowego .................................... 218

2.5. Dobór parametrów odgromnika MO ................................................................. 219

3. UWAGI I WNIOSKI ................................................................................................ 219

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: