Podstawowe pojęcia
Wyładowanie zupełne - całkowite zwarcie elektrod poprzez wyładowanie elektryczne z obniżeniem napięcia praktycznie do zera.
Wyładowanie niezupełne - występuje w części obszaru izolacyjnego między elektrodami. Nie powoduje całkowitego zwarcia. Natomiast erozyjne działanie powoduje stopniowe niszczenie prowadzące do przebicia zupełnego.
Przebicie elektryczne - wyładowanie zupełne przebiegające całkowicie lub częściowo w izolacji stałej. Powoduje trwały spadek wytrzymałości elektrycznej.
Przeskok - wyładowanie zupełne w izolacji gazowej lub ciekłej. Jest pojęciem podrzędnym w stosunku do pojęcia przebicia.
Przeskok powierzchniowy - wyładowanie zupełne występujące wzdłuż pow. dielektryka stałego w ośrodku gazowym lub ciekłym.
Źródła napięć probierczych przemiennych
Napięcie powinno charakteryzować się :
- częstotliwość ( 45 ¸ 65 ) Hz
- wartość skuteczna
- wartość maksymalna
Zakres pracy urządzeń probierczych od 1 kV do kilku megawoltów. Moce urządzeń od kilku kVA do MVA.
Urządzenia dzielimy na :
a) urządzenia o charakterze pojemnościowym b) o ch-rze indukcyjnym c) o ch-rze rezystancyjnym
- kable - transformatory - urządzenia w których występuje ulot
- kondensatory - cewki - urządz. w któr. wystę. próby zabrudzeniowe
- przekładniki - dławiki - urządz. w kt. wyst. próby pod deszczem
- izolatory
Parametry opisujące transformator probierczy : Sn = 600 kVA ; In = 1.5 A ( max. do 5 A ) ; Un = 400 kV.
Części składowe układu do prób napięć probierczych :
a) źródło zasilania
- nn
SN < 6 kV Sieć musi być siecią sztywną ( stałe nap. zasilające i częstotliwość )
- silnik trójfazowy + prądnica jednofazowa
b) urządzenia regulacyjne ( podnoszenie i obniżanie nap. regulowanego )
- autotransformator o styku ruchomym przeskakującym ze zwoju na zwój -moce do 100 kVA
- autotransformator ze stykiem ślizgającym się po uzwojeniu - moce do kilkuset kVA
- transformator regulacyjny z przesuwanym rdzeniem - moce do kilku MVA
Urządzenie regulacyjne powinno zapewniać płynną regulację , bez gwałtownych skoków napięcia.
c) transformator probierczy ( pojedynczy lub zespół ułożony w kaskadę )
Jest to typowy układ jednostopniowy.
TP - transformator probierczy
Urządzenia wysokonapięciowe muszą mieć bardzo
dobrą izolację.
Stosuje się transformatory probiercze z dzielonym
uzwojeniem.
Uzwojenie kompensujące wyrównuje amperozwoje w
obu kolumnach : są one nierówne bo w lewej kolumnie
są 1/2 GN i DN a w drugiej 1/2 GN. Gdyby nie było
uzwojenia kompensującego to napięcie na wyjściu
byłoby odkształcone ( wielowierzchołkowe ).
Na rdzeniu występuje 1/2 GN dlatego rdzeń musi
być odizolowany ( izolatory wsporcze 2m )
Tego typu konstrukcje wykorzystuje się na napięcia
do 600 kV.
Układ szeregowy transformatorów probierczych
- układ musi być we wnętrzu
- jest bardzo kosztowny
- mamy tutaj pełne wykorzystanie
zainstalowanej mocy.
Układ kaskadowy
Ma mniejsze wymiary, ale jest gorszy współczynnik wykorzystania mocy poszczególnych transformatorów.
gdzie n - liczba stopni kaskady
d) urządzenia dodatkowe zespołu probierczego :
- pulpit sterujący na którym znajduje się zespół mierników
- dzielnik napięcia ( pojemnościowy )
- zespół automatyki zabezpieczającej
- zespół blokad drzwiowych
- szeregowy opornik wodny ( włączony pomiędzy
wyjście z transformatora a badane urządzenie.
Rt - kilka, kilkanaście kW
Źródła napięć stałych
Wysokie napięcia stałe są stosowane m.in. do prób wysokonapięciowych układów izolacyjnych o dużej pojemności
( np. kabli i kondensatorów ), do badania wyładowań niezupełnych i do zasilania generatorów impulsowych.
Parametry
- biegunowość ( + lub - )
- wartość średnia za okres pulsacji
- wartość maksymalna - najwyższa wartość chwilowa napięcia w czasie jednego okresu pulsacji
- wartość minimalna
- amplituda pulsacji dU = 0.5 ( Umax - Umin )
- współczynnik pulsacji dU/ U ( wartości 3 ¸ 5% )
Najprostszy układ
Rodzaje prostowników:
a) prostowniki lampowe - kenotrony - lampa próżniowa dwuelektrodowa zbudowana na napięcie zwrotne ( wsteczne ) 100 kV lub 500 kV. Prąd przewodzenia takiego kenotronu - kilkaset mA.
Elektrony wypływające z katody przebywają drogę do anody.
Zalety - ma duże napięcie zwrotne ( dlatego jest taka duża ) i ma w miarę duży prąd przewodzenia
Wady - silnie nagrzewa się anoda ( możliwe nawet stopienie) i emisja promieniowania rentgenowskiego przez elektrony hamowane na anodzie. Wadą są też duże wymiary takiego urządzenia, wrażliwe na wstrząsy i uderzenia, istnieje konieczność stosowania specjalnych konstrukcji transformatora.
- gazotrony - lampy gazowe z parami rtęci lub gazami szlachetnymi pod ciśnieniem 0.15 Pa. Elektrony z katody zapoczątkowują proces jonizacji zderzeniowej w gazie i powstaje wyładowanie łukowe i gazotron przewodzi prąd.
Zalety - przewodzenie prądów do kilku A, mała rezystancja w kierunku przewodzenia
Wady - małe napięcie zwrotne ( 40 kV ), w wykonaniach specjalnych do 200 kV. Wrażliwe na temp. przewodzenia ( przy niskiej temperaturze jest utrudniony zapłon ) i utrudniony ponowny zapłon po wyłączeniu zasilania.
b) prostowniki półprzewodnikowe
selenowe Se ( napięcie zwrotne 30 ¸ 50 V )
germanowe Ge ( napięcie zwrotne 150 ¸ 300 V )
krzemowe Si ( napięcie zwrotne 1000 ¸ 3000 V ) - znalazły największe zastosowanie w techn. wysokonapięciowej
Zwykle prostowniki są łączone w wieloelementowe układy szeregowo - równoległe ( powstaje problem wysterowania rozkładu napięcia, co wymaga zastos. równoległych rezystorów i problem zabezpieczenia przed przeciążeniami , co z kolei wymaga zastosowania szeregowych rezystorów.
Zalety - prostota konstrukcji, brak żarzenia, brak promieniowania
Wady - duża wrażliwość na przeciążenia
c) prostowniki mechaniczne np. maszyna synchroniczna cyklicznie załączała klucz i
d) prostowniki rtęciowe
Najczęściej stosowane układy do wytwarzania napięć wyprostowanych
1) układ półokresowy ( jednopołówkowy, jednoprostownikowy )
C - ogranicza pulsację
Wady : duża pulsacja i mała wartość napięcia wyjściowego
2) Chcąc ograniczyć pulsację stosuje się układ pełnookresowy ( dwupołówkowy, dwuprostownikowy )
a. niesymetryczny
Rysunek i przebieg na odwrocie !!
Zalety : większa wartość napięcia wyjściowego, większa wartość średnia oraz mniejsza pulsacja
Wadą jest niepełne wykorzystanie TP
b. symetryczny
Zalety : podwojenie amplitudy wyjściowej, uzyskanie nap. symetrycznego w stosunku do ziemi, mniejsza pulsacja.
Otrzymywanie coraz większych napięć wymaga używania coraz większego transformatora.
Układy zwielokratniające napięcie wyprostowane ( powielacze)
a. układ podwajający napięcie
Kondensator nie może się rozładować
( jest ciągle doładowywany )
Przesunięte o stałą wartość Um napięcie U0
jest wykorzystywane do ładowania, przez
prostownik , drugiej pojemności do warto.
2Um ,ale bez możliwości jej rozładowania.
Jest tu układ Greinachera. Dołączenie dodadko
wych członów dwuprostownikowych zwiększa
kaskadowa wartość napięcia na każdym członie
o 2Um ( przy 3 członach mamy 6Um )
Napięcie probiercze udarowe
Wszystkie urządzenia muszą być odporne na przepięcia atmosferyczne ( burze ) i łączeniowe ( prace manewrowe w sieci - łączniki).
Udar piorunowy pełny ( PN-92/E-04060 ) - jest to krótkotrwałe napięcie jednokierunkowe, które wzrasta bez oscylacji od 0 do wartości szczytowej, a następnie maleje do zera wolniej niż narastało.
Parametry :
- wartość szczytowa Um ± 3%
- czas trwania czoła T1 ± 30%
- czas od połowy szczytu mierzony
na grzbiecie udaru T2 ± 20%
Pomiędzy 0.3 i 0.9 prowadzimy sieczną,
która na osi czasu wyznacza nam zero obliczeniowe.
Kształt udaru piorunowego pełnego opisuje się jako
T1 / T2
1.2 / 50 ms
T1 Î ( 0.84 ; 1.56 ) ms ; T2 Î ( 40 ; 60 ) ms - udar taki jest znormalizowany.
Jeśli chcemy zbadać jakiś układ na udar piorunowy pełny to musimy wytworzyć właśnie taki udar.
Istnieją jeszcze udary specjalne : 1.2 / 5 ms ; 1.2 / 200 ms.
Udary o T1 < 20 ms nazywamy piorunowymi. Natomiast udary o T1 > 20 ms to są udary łączeniowe.
Udar łączeniowy pełny - charakteryzowany jest parametrami
- wartość maksymalna Um ± 3 %
- czas trwania czoła T1 ± 20 %
- czas T2 ± 20 %
- czas trwania wartości powyżej 90% - T90
Kształt takiego udaru
T1 / T2 250/2500 ms.
Udar jest znormalizowanym udarem łączeniowym jeżeli : T1 Î ( 200 ; 300 ) ms ; T2 Î ( 1000 ; 4000 ) ms
Udary specjalne : 100/2500 ms ; 500/2500 ms
Generator jednostopniowy napięć udarowych
Żródło małej mocy napięcia stałego ładuje C1 do napięcia U0 przez Rt ograniczający prąd diody. Iskiernik kulisty ( I ) włącza pozostałą część obwodu. L - indukcujność pasożytnicza ( rozproszona ) - odkształca kształt udaru.
Po naładowaniu C1 do napięcia U0 gdy przekroczony zostaje poziom napięcia wytrzymywany przez iskiernik I następu.
przeskok i zachodzą dwa zjawiska :
1. rozładowanie pojemności C1 przez R1 i R2
2. ładowanie pojemności C2 poprzez R1 i R3
W efekcie otrzymujemy przebieg czasowy o kształcie
Na badanym obiekcie powstaje napięcie które jest
złożeneim dwóch przebiegów.
Dlatego przebieg napięcia udarowego nazywa się
krzywą dwuwykładniczą
Dobierając odpowiednio parametry elementów uzyskujemy różne kształty napięć
t1 = R1*C2 - kształt czoła
t2 = R2*C1 - kształt grzbietu
W tym rozwiązaniu napięcie na obiekcie badanym jest ograniczone przez napięcie zasilania ( niska sprawność ). Chcąc uzyskać bardzo duże napięcia należało by stosować transformatory i prostowniki na wysokie napięcia.
Wielostopniowy generator Marxa
- biegunowość
- napięcie charakteryzujące czoło i grzbiet
- energia zgromadzona w generatorze ( pole kondensatora ): w=0.5*C1*U02...
damiano_80