background image

 

Laboratorium Wysokich Napięć Katedry Elektroenergetyki AGH 

ćwiczenie 
nr 4
 

Temat ćwiczenia: 

Źródła wysokich napięć przemiennych i udarowych. 

 

Data wykonania 
ćwiczenia: 
26.11.2011 

Wydział: 

WEiP  Kierunek:  Energetyka  Grupa 

studencka: 

Zespół 
laboratoryjny: 

Imię i Nazwisko: 

 

 

 

1. 

Basista Grzegorz 

 

 

 

2. 

Cymbor Paweł 

 

 

 

3. 

Gawron Piotr 

 

 

 

4. 

Górecka Klaudia 

 

 

 

5. 

Jurek Janusz 

 

 

 

6. 

Kanoza Martyna 

 

 

 

7. 

Konarski Piotr 

 

 

 

8. 

Kowalczyk Karolina 

 

 

 

9. 

Krzyszycha Krzysztof 

 

 

 

10.  Nalepka Patryk 

 

 

 

11.  Sadowski Mateusz 

 

 

 

12. 

Surówka Konrad 

 

 

 

13. 

Tokarski Paweł 

 

 

 

14. 

Wacławowicz Justyna 

 

 

 

15. 

Wiśniecki Adam 

 

 

 

16. 

Wszoła Karolina 

 

 

 

 

1. 

Próba napięciowa i napięcie przeskoku badanego izolatora przepustowego: 
 

Próba  napięciowa  polega  na  sprawdzeniu  wytrzymałości  elektrycznej  wysokonapięciowych  układów 

izolacyjnych  przy  odpowiednim  napięciu  probierczym  (wytrzymywanym,  określonym  dla  danego 
urządzenia) w danym przedziale czasowym. 

Pomiar  napięcia  przeskoku  dotyczy  w  zasadzie  tylko  układów  izolacyjnych.  W  pomiarach  takich 

stopniowo  zwiększamy  wartość  napięcia  próby,  aż  do  wystąpienia  przeskoku.  Jest  on  wywołany  przez 
wartość szczytową napięcia U

m.

 

 
Różnica pomiędzy transformatorem probierczym a energetycznym 
Transformatory 

probiercze 

odróżnieniu 

od 

transformatorów 

energetycznych

charakteryzują się: 

mniejszą mocą 

większą przekładnią 

przystosowaniem do pracy krótkotrwałej, co stwarza łagodne warunki pod względem ich nagrzewania się 

izolacją papierowo-olejową 

 

Na  sto

sunkowo  wysokie  napięcia  i  moce  znamionowe  wykonywane  są  również  transformatory 

probiercze  suche.  W  konstrukcjach  tych  izolację  i  obudowę  stanowi  żywica  epoksydowa  (zazwyczaj 

napełniaczem kwarcowym). Transformatory te mają stosunkowo małe wymiary i ciężar. 

 

Próby  napięciowe,  których  celem  jest  sprawdzenie  zapasu  wytrzymałości  elektrycznej 

wysokonapięciowych 

układów 

izolacyjnych, 

są 

stosowane 

badaniach 

laboratoryjnych 

oraz do 

przeprowadzania prób napięciowych izolacji urządzeń elektrycznych. 

 

Zespół probierczy, w którym wytwarzane jest wysokie napięcie przemienne, składa się z:  

źródła napięcia przemiennego (sieć zasilająca lub własny generator) 

- transformatora regulacyjnego TR 

transformator probierczego wysokiego napięcia TP, do którego przyłączony jest badany obiekt 

background image

 

 

 

Podstawowe parametry zespołu probierczego: 

U

napięcie znamionowe 

S

- moc znamionowa 

U

zw 

napięcie zwarcia 

P

zw 

- moc zwarcia 

 

Różnica pomiędzy napięciem probierczym krótko- i długotrwałym jest taka, że czas działania 

napięcia  krótkotrwałego  nie  przekracza  1  minuty  (w  przypadku  5  minut),  a  długotrwałego  jest  dłuższy, 
wynosi np. 4 godziny w badaniach kabli. 
 
 

Opis przebiegu badania: 

- zamontowanie badanego izolatora na polu probierczym 
-  wyk

onywanie  próby,  w  czasie  próby  napięciem  przemiennym  obserwować  obiekt,  zwracać  uwagę  na 

odgłosy  dochodzące  z  pola  oraz  kontrolować  wskazania  przyrządu  mierzącego  prąd  zasilania 
transformatora probierczego 
 

Wyniki pomiarów: 

Parametry transformatora: 
U

p

/ U

n

 = 2,5 

U

n

 = 6 kV 

U

p

 = 15 kV 

gdzie: U

p

 

– napięcie probiercze 

U

n

 

– napięcie znamionowe 

 
 

Tabela 

wyników próby napięciowej (napięciem probierczym) 

seria 

U

p

 [kV] 

U

w

 [V] 

15 

16,1 

15 

16,2 

15 

16,2 

15 

16,5 

U

pśr

=15 kV 

U

w

śr

=16,25 V 

z=U

w

śr

/U

p

śr

=11*10

-4

 

gdzie z 

– przekładnia transformatora 

U

p

 

– napięcie probiercze 

U

w

 

– napięcie po stronie wtórnej 

U

pśr

 

– napięcie probiercze średnie obliczone z 4 prób 

U

wśr

 

– napięcie średnie po stronie wtórnej obliczone z 4 prób 

 
 

Wnioski: 

Pierwsza część ćwiczenia została przerwana, ponieważ urządzenie przestało działać. 
Urządzenia  elektroenergetyczne  są  zaprojektowane  tak,  aby  wytrzymywać  3  razy  większe  wartości 
napięcia  od  napięcia  znamionowego.  I

zolator  przeszedł  próbę  napięciową,  o  czym  świadczy  stosunek 

napięcia przeskoku do napięcia znamionowego.

 

 

 

background image

 

2.  Generator 

napięć udarowych:  

 

Generatory  napięć  udarowych  służą  do  wytwarzania  napięć  udarowych  piorunowych 

łączeniowych o znormalizowanym przebiegu czasowym. Uproszczony schemat n-stopniowego generatora 

udarów  napięciowych  widnieje  na  poniższym  rysunku.  Generator  napięć  udarowych  wytwarza  napięcie 
udarowe piorunowe i łączeniowe. 
 

 

 

Poszczególne części generatora można podzielić na: 
 
-

źródło napięcia, które zawiera elementy takie jak: 

Tr

WN

 

– transformator wysokiego napięcia 

– prostownik 

R

o

 

– rezystor wstępny ograniczający prąd ładowania 

 
-stopnie generatora

, w których występują elementy takie jak: 

R

τ

 

– rezystory ładujące 

R

t

 

– rezystory tłumiące 

C

1

 

– kondensatory międzystopniowe 

J

1

 

– iskierniki międzystopniowe o określonej wartości napięcia zapłonu (powinno być większe niż U

o

– liczba stopni generatora 

C

d

 

– pojemności doziemne generatora 

 
-

obwód zewnętrzny, który zawiera: 

J

2

 

– iskiernik zewnętrzny 

R

1

 

– rezystor kształtujący czoło udaru 

R

2

 

– rezystor rozładowczy 

C

2

 

– kondensator kształtujący czoło udaru 

 
Opis przebiegu badania 

Nastawiamy  odpowiednią  odległość  dla  iskierników  międzystopniowych  i  iskiernika  zewnętrznego. 

dalszym procesie ćwiczenia, następuje praca generatora, która polega na ładowaniu kondensatorów C

w  połączeniu  równoległym,  za  pośrednictwem  rezystorów  ładujących  R

τ

  i  następnym  ich  rozładowaniu, 

wyniku  czego  w  obwodzie  powstał  krótkotrwały  udar  napięciowy.  Wynik  próby  napięciem  probierczym 

udarowym, uznawaliśmy za dodatni, jeżeli w czasie próby nie nastąpiło przebicie izolatora. 
 
 

 

 

background image

 

Praca  generatora 

polega  na  ładowaniu  kondensatorów  C

1

  w 

połączeniu  równoległym, 

za 

pośrednictwem  rezystorów  ładujących  R

τ

  i  następnym  ich  rozładowaniu  w  połączeniu  szeregowym, 

wyniku  czego  w  obwodzie  powstaje  krótkotrwały  udar  napięciowy.  Przełączenie  kondensatorów 

połączenia  równoległego  w  szeregowe  odbywa  się  za  pomocą  iskierników  J

1

.  Zapłon  na  iskierniku  J

1

 

pierwszego stopnia rozpoczyna rozładowanie generatora. Po zapłonie  na iskierniku J

1

 pierwszego stopnia 

potencjał  w  punkcie  2’  wzrasta  do  wartości  U

o

,  a  potencjał  punktu  2  względem  ziemi  wynosi  wtedy  2U

o

 

(

ogólnie można powiedzieć że dla n-tego stopnia potencjał w punkcie n wynosiłby nUo), w wyniku czego 

następuje wyładowanie na iskierniku J

2

. Przeskok na iskierniku J

2

 

rozpoczyna ładowanie kondensatora C

2

który kształtuje czoło udaru. 
 

Parametrami charakterystycznymi 

generatora udarów napięciowych piorunowych są: 

napięcie znamionowe generatora nU

o

 

wartość szczytowa napięcia udarowego U

m

 

czas trwania czoła T

1

 

i czas do półszczytu T

2

 

- energia generatora: 

                                       

 
 

 

 

 

 

 

 

      

 
-

sprawność generatora: 

                                      

 

 

  

 

 

 

  

 

  

   

 

 

 

gdzie 

 

  

 

– pojemność zastępcza generatora: 

 

  

 

 

 

 

  

pojemność zastępcza wynosi zwykle 1000

 10 000 pF 

 
 
Wyniki pomiarów: 
 

Seria 

 
 

Odległość 

iskierników 

[mm] 

 

Odległość iskierników 

międzystopniowych 

[mm] 

 

Stosunek prób 

w których nastąpiło 

przebicie izolatora 

do ilości prób 

w danej serii [%] 

seria 1 

60 

20 

100 

seria 2 

65 

20 

100 

seria 3 

70 

20 

60 

seria 4 

75 

20 

seria 5 

75 

15 

seria 6 

75 

25 

100 

 
Przebicie 

izolatora nie nastąpiło dla prób, w których zwiększyliśmy odległość iskiernika zewnętrznego bez 

zwiększenia odpowiednio odległości iskierników międzystopniowych. 
 

Przyjmujemy: 

T

czoła

=T

1

=2

,5 µs 

T

do 

półszczytu

=T

2

=50 

µs 

T

1

,T

2

 

wg oznaczeń jak na rysunku udaru piorunowego normalnego 

background image

 

 

Kształt napięcia udarowego piorunowego do badań wytrzymałości udarowej jest znormalizowany: 
T

1

=1,2 

µs, T

=50µs 

 
Czoło udaru – część krzywej, odpowiadająca wzrostowi napięcia od 0 do U

m

 

Czas trwania czoła T

1

 

– czas pomiędzy umownym początkiem udaru (punkt 0

1

) i punktem C

Grzbiet udaru 

– część krzywej odpowiadająca zmniejszaniu się napięcia od U

m

 do 0 

Czas do półszczytu T

– czas od umownego początku udaru do chwili, gdy wartość chwilowa udaru 

osiągnie 0,5 wartości szczytowej na grzbiecie (między 0

1

D

1

 

 
Udar łączeniowy normalny jest charakteryzowany przez czas do szczytu T

p

 

i czas do półszczytu T

 przy 

czym: T

p

=250 

µs, T

2

=2500 µs 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

background image

 

 

W  przypadku  wyładowania  zupełnego  na  obiekcie  (występują  przeskoki  i  przebicia)  następuje  ucięcie 
udaru, tzn. nagły spadek napięcia do wartości praktycznie równej 0. Ucięcie udaru może nastąpić na czole 
lub na grzbiecie. Czas do ucięcia T

c

 

jest to czas między umownym początkiem udaru a chwilą ucięcia. 

 
 
 

Wnioski: 
 
W  czasie  eksploatacji  urządzenia  narażone  są  na  różne  działania  czynników  zewnętrznych: 

elektrycznych,  cieplnych,  mechanicznych  i  środowiskowych.  Dla  izolatorów  formułuje  się  więc  szereg 
wymagań technicznych, których spełnienie gwarantuje niezawodną pracę w warunkach eksploatacyjnych. 
Zgodność właściwości technicznych ze stawianymi im wymaganiami sprawdza się wykonując badania. 
Wymaga się, aby izolatory wytrzymywały: 

długotrwale w warunkach eksploatacyjnych określone napięcie znamionowe, 

w ściśle określonych warunkach prób znamionowe napięcie probiercze przemienne, wyższe od napięcia 

znamionowego,  którego  wartości  przyjmuje  się  zgodnie  z  wymaganiami  normy  PN-81/E-05001, 
Znamionowe napięcia probiercze izolacji, 

w  określonych  warunkach  prób  znamionowe  napięcie  probiercze  udarowe  piorunowe,  którego  napięcie 

przyjmuje się zgodnie z wymaganiami normy PN-81/E-05001. 
Niestety dostęp do norm jest odpłatny.