Ćwiczenie 2 – Badanie wysokonapięciowych układów izolacyjnych napięciem przemiennym
Załącznik - protokół badań
1.
Przygotowanie stanowiska do wysokonapięciowych prób probierczych
1.1. Parametry transformatora probierczego
−
moc znamionowa
S
n
= 10 kVA (dla transformatora regulacyjnego 10 kVA),
−
napięcie znamionowe
U
n
= 110 kV,
−
prąd znamionowy ciągły I
n
= 0,091 A,
−
napięcie zwarcia
u
z
= 11%.
1.2. Sprawdzenie wartości prądu pobieranego przez obiekt
Badany obiekt to układ izolatora wsporczego. Należy określić napięcie probiercze izolatora wg normy
PN-EN 60071-1:2008: Koordynacja izolacji – Część 1: Definicje, zasady i reguły.
Dla najwyższego napięcia roboczego izolatora U
m
= 12 kV, znamionowe napięcie probiercze izolacji
wynosi U
pr
= 28 kV.
Przyjąć pojemność izolatora C = 100 pF. Prąd pobierany przez obiekt wynosi
I = U
pr
ω
C = ................................. [A]
,
gdzie: U
pr
- napięcie probiercze, C - pojemność izolatora, I - wartość prądu pobieranego przez obiekt,
ω
= 2
π
f = 314 1/s.
Obliczona wartość prądu pobieranego przez obiekt nie może przekraczać wartości prądu znamiono-
wego transformatora probierczego
I
≤
I
n
.
1.3. Sprawdzenie prądu zwarciowego w przypadku przeskoku lub przebicia
Wartość reaktancji zwarciowej indukcyjnej X
z
i prąd zwarciowy I
z
możemy obliczyć z wzorów:
[ ]
[ ]
[ ]
[ ]
Ω
k
.
..........
A
.......
kV
.......
100
%
.......
n
I
n
U
100
z
u
z
X
=
⋅
=
⋅
=
,
[ ]
[ ]
[ ]
A
..........
k
.......
kV
.......
z
X
n
U
z
I
=
=
=
Ω
.
gdzie: u
z
- procentowe napięcie zwarcia transformatora probierczego,
U
n
, I
n
- napięcie i prąd znamionowy transformatora.
Obliczamy wartość impedancji zwarcia potrzebnej do ograniczenia prądu zwarcia do wartości I
z
= 0,3 A
[ ]
[ ]
[ ]
Ω
k
..
..........
A
3
,
0
kV
.........
z
I
pr
U
z
Z
=
=
=
,
Dla przypadku gdy Z
Z
> X
Z
obliczamy wartość dodatkowej rezystancji R
0
potrzebnej do ograniczenia
prądu zwarcia do wartości I
z
= 0,3 A
[ ]
Ω
k
......
..........
.
..........
..........
2
z
X
2
z
Z
0
R
=
−
=
−
=
,
1.4. Sprawdzenie kształtu krzywej napięcia
−
na iskierniku ustawiamy odstęp a między kulami (według tabeli 3). Napięcie przeskoku odczy-
tane z wykresu (rys. 8) odpowiada normalnym warunkom atmosferycznym. Napięcie przeskoku
w warunkach pomiaru obliczamy z wzoru
U
p
=
δ⋅
k
⋅
U
pn
gdzie:
t
273
b
289
,
0
+
=
δ
= .................
;
k =
1 + (0,002
⋅
(h/
δ
– 8,5))
b – ciśnienie w hPa , (1000 hPa = 750 mmHg)
h – wilgotność bezwzględna w warunkach pomiaru; h = h
n
⋅ϕ
/100 [g/m
3
]
−
przy pomocy transformatora regulacyjnego podnosimy napięcie aż do wystąpienia przeskoku na
iskierniku kulowym,
−
w momencie przeskoku odczytujemy wskazanie woltomierza elektrostatycznego.
Pomiaru dla każdej odległości należy dokonać trzykrotnie.
Tab. 1. Kształt krzywej napięcia – wyniki pomiarów i obliczeń.
b = .............. hPa,
ϕ
= ......... %, t = ............
°
C,
ϑ
= 30.
a
Wartość szczytowa
Wartość
skuteczna
3
U
U
3
1
i
ei
r
eś
∑
=
⋅
=
ϑ
r
eś
p
sz
U
U
k
=
100
1
2
k
sz
⋅
−
U
pn
U
p
=
δ⋅
k
⋅
U
pn
U
ei
cm
kV
kV
kV
kV
–
%
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
Oznaczenia w tabeli 3:
U
pn
- napięcie przeskoku w warunkach normalnych dla iskiernika pomiarowego o danym odstępie
elektrod a odczytane z PN-EN 60052 lub z wykresu (rys. 8),
U
p
=
δ⋅
k
⋅
U
pn
-
napięcie przeskoku w warunkach pomiaru
,
U
ei
=
- napięcie wskazane przez woltomierz elektrostatyczny w chwili przeskoku,
U
eśr
=
- średnia arytmetyczna napięć przeskoku pomnożona przez przekładnię dzielnika,
k
sz
= U
p
/U
eśr
- współczynnik szczytu.
Współczynnik szczytu nie powinien różnić się od
2
więcej niż
±
5%.
Wykreślić zależność k
sz
= f(a) z zaznaczeniem dopuszczalnych wartości (0,95
÷
1,05)
⋅
2
2. Sprawdzenie napięcia wytrzymywanego i napięcia przeskoku izolatorów wsporczych
2.1. Obliczenie napięcia probierczego wytrzymywanego dla warunków normalnych
Aby określić wartość napięcia probierczego dla danego izolatora, należy skorzystać z normy PN-EN
60071-1:2008. Dla izolatora o najwyższym napięciu roboczym U
m
= 12 kV wynosi ono U
0
= 28 kV.
U
n
= ................ kV, U
0
= .................. kV
2.2. Obliczenie napięcia probierczego wytrzymywanego dla danych warunków atmosferycznych
Zgodnie z PN-EN 60060-1 napięcie probiercze w danych warunkach atmosferycznych wynosi
U
pr
= U
0
⋅
K
t
,
gdzie: U
0
- napięcie probiercze izolatora dla warunków normalnych,
K
t
=
δ
m
⋅
(k
w
)
w
- współczynnik poprawkowy.
Procedura obliczania współczynnika poprawkowego K
t
a)
określenie warunków atmosferycznych
t = ..............
°
C,
b = ............... hPa,
ϕ
= ................ %,
b)
obliczenie względnej gęstości powietrza
δ
i wilgotności bezwzględnej h. Wilgotność bezwzględną
w stanie nasycenia h
n
należy odczytać z tabeli 2 (z instrukcji do ćwiczenia).
..
..........
C]
[
t
+
273
[hPa]
b
0,289
=
o
=
δ
, (1000 hPa = 750 mmHg)
h
n
= ............... g/m
3
,
=
⋅
=
n
h
100
h
ϕ
............ g/m
3
,
c)
obliczenie współczynnika k
w
,
..
..........
h
=
δ
g/m
3
,
k
w
= 1 + 0,012 (h/
δ
– 11) = ............,
d)
obliczenie współczynnika g
w
B
k
l
500
U
=
g
⋅
⋅
⋅
δ
= ............,
gdzie: U
B
= 1,1
⋅
U
0
[kV] = .............. kV, l = ........... m - minimalna droga przeskoku [m] (pomie-
rzyć najmniejszą odległość między elektrodami izolatora),
e)
odczytanie z wykresu m = f(g) i w = f(g) wykładników potęg „m” i „w” lub ich obliczenie z poniż-
szych wzorów:
m = w = 0
dla g < 0,2
m = w = g(g – 0,2)/0,8
dla 0,2
≤
g
≤
1,0
m = w = 1
dla 1,0 < g
≤
1,2
m = 1, w = (2,2 – g)(2,0 – g)/0,8
dla 1,2 < g
≤
2,0
m = 1, w = 0
dla g > 2.
m = ............,
w = .............,
f)
obliczenie napięcia probierczego izolatora wsporczego w danych warunkach atmosferycznych
K
t
=
δ
m
⋅
k
w
w
= ..........................,
U
pr
= U
0
⋅
K
t
= ........................ kV.
2.3. Wykonanie sprawdzenia napięcia wytrzymywanego izolatorów wsporczych
Za pomocą transformatora regulacyjnego podwyższamy napięcie na układzie z prędkością pozwalają-
cą na odczyt mierników. Podnoszenie napięcia odbywa się ze stałą prędkością za pomocą silnika po przy-
ciśnięciu przycisku podwyższania U
↑
. Po osiągnięciu wymaganego napięcia probierczego – wartość tę
wskazuje woltomierz elektrostatyczny – należy je utrzymać w ciągu jednej minuty. Następnie należy ob-
niżyć napięcie do zera (trzymając przycisk obniżania U
↓
aż do samoczynnego wyłączenia silnika)
i wyłączyć układ.
W czasie próby napięciowej należy obserwować badany obiekt i kontrolować prąd zasilania transfor-
matora probierczego.
Wynik próby napięciowej należy uznać za dodatni, jeżeli w czasie próby nie nastąpi przeskok ani
przebicie izolacji badanego izolatora. Mogą wystąpić natomiast wyładowania niezupełne.
Tab. 2. Wyniki prób napięciowych izolatorów. t = .......
°
C, b = ......... hPa,
ϕ
= ....... %
Badany obiekt
U
n
U
0
K
t
U
pr
Wynik próby napięciowej
kV
kV
–
kV
Izolator wnętrzowy
Izolator napowietrzny
2.4. Badanie napięcia wyładowania zupełnego (wytrzymałości elektrycznej) izolatorów
Napięcie należy podnosić w sposób ciągły aż do wystąpienia wyładowania zupełnego na badanym
obiekcie. Należy w tym momencie odczytać wartość napięcia.
Tab. 3. Wyniki pomiarów napięcia przeskoku izolatorów wsporczych.
ϑ
= 30, K
t
= ........
Nr pom.
Izolator wnętrzowy
Izolator napowietrzny
Izolator napowietrzny na mokro
i
U
ei
U
eśr
U
pśr
U
pn
U
ei
U
eśr
U
pśr
U
pn
U
ei
U
eśr
U
pśr
U
pn
–
kV
kV
kV
kV
kV
kV
kV
kV
kV
kV
1
2
3
Oznaczenia:
U
ei
- wartość napięcia przeskoku w danych warunkach laboratoryjnych odczytana w momencie
przeskoku na woltomierzu elektrostatycznym,
U
eśr
=
Σ
U
ei
/3 - średnia arytmetyczna napięć przeskoku wskazywanych przez woltomierz,
U
pśr
=
ϑ
⋅
U
eśr
- średnia arytmetyczna pomnożona przez przekładnię dzielnika
ϑ
= 30,
U
pn
- wartość napięcia przeskoku w warunkach normalnych obliczona ze wzoru
t
r
pś
pn
K
U
U
=
,
K
t
=
δ
m
⋅
(k
w
)
w
- współczynnik poprawkowy obliczony w punkcie 2.2.
3.
Wnioski
Wnioski powinny zawierać uwagi i własne spostrzeżenia dotyczące zarówno przebiegu ćwiczenia, jak
i otrzymanych wyników badań i pomiarów. Należy skomentować wynik próby napięciowej i wytrzyma-
łościowej. Porównać wytrzymałość elektryczną izolatorów napowietrznego i wnętrzowego oraz wytrzy-
małość pomierzoną na sucho i na mokro.
Sprawozdanie powinno zawierać:
1.
Cel ćwiczenia
2.
Wyniki pomiarów i obliczeń (tabele)
3.
Opracowanie wyników pomiarów (wykresy)
4.
Wnioski
5.
Załącznik – protokół badań (ten dokument)
podpisany przez prowadzącego zajęcia.
Zespół
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Data ...........................
Podpis prowadzącego .......................