WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 6 |
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ УТВЕРЖДАЮ Зав кафедрой ТЭВН проф., д-р.ф.-м. наук _Лопатин В.В.

«» _ 2005 г.

ВЫСОКОВОЛЬТНЫЕ ИСПЫТАТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ И ИЗМЕРЕНИЯ Методические указания к лабораторным работам для студентов направления 140200 «Электроэнергетика» Томск –2005 ЭСВТ ЭЛТИ 621.315.619 Высоковольтные испытательные установки и измерения: Методические указания к лабораторным работам для студентов специальности 140201 «Высоковольтная электроэнергетика и электротехника» и направления 140200 «Электроэнергетика». - Томск: изд. ТПУ, - 47 с.

Составитель: доц., канд. техн. наук Ю.Н. Леонтьев, доц., канд. техн. наук Д.В. Жгун Рецензент: доц., канд. техн. наук Синебрюхов А.Г.

Методические указания рассмотрены и рекомендованы к изданию методическим семинаром кафедры техники и электрофизики высоких напряжений «» 2005 г.

Зав. кафедрой ТЭВН проф. д-р ф.-м. наук Лопатин В.В.

2 ЭСВТ ЭЛТИ 1. ИСПЫТАТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ ВЫСОКОГО ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ И ИСПЫТАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ ИЗОЛЯЦИИ 1.1. Общие сведения Высоковольтная изоляция электрических установок в условиях эксплуатации подвергается постоянно действующему рабочему напряжению.

Кроме этого, высоковольтная изоляция подвергается воздействию внутренних и грозовых перенапряжений. Возможность надежной работы изоляции в условиях воздействия рабочих напряжений и возникающих перенапряжений проверяется путем проведения испытаний электрической прочности изоляции.

Для проведения таких испытаний в лабораториях используются источники высокого напряжения переменного, постоянного и импульсного напряжения.

Установки высокого напряжения промышленной частоты могут имитировать условия работы изоляции в нормальном рабочем режиме и при некоторых воздействиях внутренних перенапряжений. Методы испытания и значения испытательных напряжений нормируются ГОСТ 1516-76. Испытаниям подвергается каждый вновь разработанный тип электрооборудования (типовые испытания), а также каждое изделие при его выпуске заводом-изготовителем (контрольные испытания). Целью этих испытаний является проверка соответствия электрической прочности изоляции электрооборудования требованиям ГОСТа. Кроме того, в процессе эксплуатации изоляции проводятся регулярные плановые испытания изоляции (профилактические испытания). Необходимость этих испытаний связана с постепенным ухудшением диэлектрических свойств изоляции, вызванных электромагнитными, тепловыми и химическими воздействиями окружающей среды.

Испытания изоляции коммутационными импульсами или напряжением промышленной частоты (50 Гц) позволяют проверить ее способность выдерживать расчетные значения внутренних перенапряжений. Форма апериодического коммутационного импульса имеет время подъема напряжения до максимума 250 мкс, а длительность импульса 2500 мкс. Длительность импульса определяется временем от начала до момента, когда напряжение понижается до половины максимального значения. Такими импульсами положительной и отрицательной полярностей могут проводится испытания всех видов изоляции электрооборудования на номинальные напряжения до кВ. Для отдельных видов электрооборудования установлены специальные формы коммутационных импульсов, в том числе колебательные импульсы.

Применение для испытаний коммутационных импульсов той или иной формы оговаривается в стандартах на электрооборудование.

В настоящее время коммутационными импульсами испытывается оборудование на напряжение 330 кВ и выше. Нормированные значения напряжений коммутационных импульсов для оборудования 330 кВ и 500 кВ приведены в ГОСТ 1516.1-76, а для оборудования 750 кВ в ГОСТ 20690-75. Для ЭСВТ ЭЛТИ оборудования на напряжение до 330 кВ испытания коммутационными импульсами заменяются испытаниями переменным напряжением промышленной частоты. Такая замена допускается также для электрооборудования на 330 кВ и выше. Коммутационные импульсы различной формы получают с помощью так называемых генераторов апериодических и колебательных импульсов, собранных на базе испытательных трансформаторов, каскадов трансформаторов или генераторов импульсных напряжений.

Принципиальная электрическая схема испытания изоляции высоким напряжением промышленной частоты приведена на рис.1.1.

Рис. 1.1. Электрическая схема для испытания изоляции напряжением промышленной частоты В схеме испытания источником высокого переменного напряжения (Т1) может быть испытательный трансформатор или каскад, состоящий из двух или трех последовательно соединенных трансформаторов, в зависимости от необходимого уровня испытательного напряжения. Мощность источника высокого напряжения, определяемая по длительно протекающему току через объект, должна быть достаточной, чтобы обеспечить постоянство испытательного напряжения на объекте при его испытании. Регулятор напряжения (РН) должен обеспечивать необходимую скорость подъема напряжения, оговоренную ГОСТ на проведение испытания, а мощность его должна быть не менее мощности, развиваемой на объекте испытания.

Основное назначение защитного сопротивления (R1) – ограничивать крутизну среза напряжения на выводах трансформатора и демпфировать колебания напряжения в цепи «объект - испытательный трансформатор» при перекрытии или пробое объекта испытания. С этой целью его величину выбирают достаточной для сглаживания начального распределения напряжения вдоль обмотки трансформатора – (0,11,0) Ом на 1 В номинального напряжения. Это сопротивление ограничивает также броски тока при пробое на объекте.

Делитель напряжения (R3- R4) вместе с осциллографом предназначен для контроля формы и измерения величины испытательного напряжения на объекте. Параллельно объекту включается измерительный шаровой разрядник(F), который может служить для измерения напряжения на объекте, ЭСВТ ЭЛТИ градуировки делителя напряжения и вольтметра (Р), включенного на стороне низкого напряжения испытательного трансформатора. Шаровой разрядник служит также для ограничения опасных превышений напряжения в процессе проведения испытаний. Шаровой разрядник подключается через сопротивление (R5), которое служит для демпфирования колебаний в цепи «шаровой разрядник - испытательный трансформатор» при разрядах на шарах и для уменьшения износа (эрозии) рабочих поверхностей шаров.



В ряде случаев необходимо измерение тока при испытании изоляции. С этой целью в цепь заземления объекта включается амперметр или сопротивление шунта (R2), напряжение с которого подается на осциллограф.

При испытании изоляции допускается включение напряжения толчком, если его величина не превышает 40 % от испытательного. Затем напряжение на объекте плавно, со скоростью 3 % от испытательного, поднимается до величины испытательного напряжения. Подъем напряжения контролируется по вольтметру. С целью защиты испытуемого объекта от случайного чрезмерного повышения напряжения шаровой разрядник устанавливается на пробивное напряжение, равное (1,11,2) испытательного.

После достижения величины требуемого испытательного напряжения и осуществления требуемой ГОСТ одноминутной выдержки (для внутренней изоляции) или без выдержки (для внешней изоляции) напряжение на объекте должно быть снижено до 40 % испытательного или менее и после этого отключено.

Аналогично производится, если это необходимо, измерение разрядного напряжение объекта. Разница состоит в том, что в этом случае напряжение поднимается до разряда на объекте.

1.3 Порядок выполнения работы 1. Подготовить таблицу для записи необходимых исходных данных и результатов измерений.

2. Записать значения давления, температуры и определить величину влажности воздуха при испытании.

3. Для заданных изоляторов по ГОСТ определить значения испытательных напряжений промышленной частоты при нормальных атмосферных условиях.

4. Определить величины испытательных напряжений с учетом влажности и плотности воздуха.

5. Провести испытания изоляторов в сухом состоянии и оценить результаты испытаний.

6. Измерить разрядное напряжение взятых изоляторов в сухом состоянии.

Разрядное напряжение определить как среднее значение из 3-х измерений.

Определить запас электрической прочности изоляторов в сухом состоянии.

ЭСВТ ЭЛТИ 1.4 Контрольные вопросы 1. Каковы условия работы и особенности конструктивного исполнения испытательных трансформаторов 2. В чем смысл испытания изоляции напряжением промышленной частоты и коммутационными импульсами 3. В чем причина влияния относительной плотности воздуха на значение разрядных напряжений 4. Нарисовать принципиальную схему каскада из двух, трех трансформаторов.

5. В чем заключается основное преимущество каскада перед одиночным трансформатором на то же самое напряжение 6. Можно ли запитывать первичные обмотки второго и третьего трансформаторов каскада от сети, если нельзя, то как осуществляется их подключение к питающему напряжению 7. Как определяется необходимая мощность трансформатора при испытании на переменном напряжении 8. Какова роль сопротивлений R1 и R5 в схеме испытания изоляции 2. АНАЛИЗ СХЕМ ВЫПРЯМЛЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ 2.1. Общие сведения Во многих областях науки и техники требуются источники энергии постоянного тока. Потребителям энергии постоянного тока являются радиотехнические устройства, ускорители заряженных частиц, установки электронно-ионной технологии, установки для испытания высоковольтной изоляции различного электрооборудования и т.д. Постоянное напряжение для испытания электрооборудования получают преобразованием переменного тока высокого напряжения с помощью выпрямительных устройств, использующих вентильные свойства электровакуумных, газоразрядных и полупроводниковых приборов.

Основными элементами схем выпрямления и схем выпрямления с умножением напряжения являются: источник переменного тока высокого напряжения; выпрямительное устройство, преобразующее переменный ток в постоянный; сглаживающий фильтр, предназначенный для уменьшения величины пульсации переменного тока; нагрузка.

Выбор схемы для получения постоянного напряжения в каждом конкретном случае определяется требованиями, предъявляемыми к форме и величине напряжения на нагрузке, и имеющимся в наличии оборудованием (трансформаторы, конденсаторы, выпрямители).

Схемы выпрямления можно классифицировать по следующим признакам:

- по форме выпрямленного напряжения (одно – и двухполупериодные схемы);

ЭСВТ ЭЛТИ - по числу фаз вторичной обмотки трансформатора )одно -, двух- и трехфазные схемы);

- по схеме соединения выпрямителей (мостовая схема, схемы с последовательным или параллельным соединением выпрямителей);

- по соотношению величины выходного напряжения к величине входного напряжения (схемы выпрямления, схемы выпрямления с умножением напряжения).

Выходные характеристики любого выпрямительного устройства определяются схемой их включения и характером нагрузки.

В настоящей работе рассматриваются следующие схемы выпрямления и схемы выпрямления с умножением напряжения: однополупериодная однофазная; двухполупериодная мостовая; трехфазная однополупериодная;





трехфазная двухполупериодная; однополупериодная с удвоением напряжения;

двухполупериодная с удвоением напряжения; однокаскадная схема удвоения напряжения; однополупериодная с утроением напряжения.

Анализ и сравнение схем выпрямления целесообразно проводить по следующим параметрам:

- по средним значениям напряжения и тока нагрузки (Uср, Iср);

- по действующим (эффективным) значениям напряжения и тока нагрузки (Uэф, Iэф);

- по коэффициенту формы тока Iэф Kср = ;

Iср - по коэффициенту постоянной составляющей тока - Кп (Кп = Iср/Imax);

- по коэффициенту обратного напряжения – Кобр (Кобр = Uобр/Uср);

по коэффициенту использования обмотки трансформатора по мощности - Ктр Рср Uср K = =, тр Р2 nUэфгде n – число фаз трансформатора; U2 - эффективное значение напряжения эфвторичной обмотки трансформатора.

2.1.1. Однополупериодная однофазная схема выпрямления при работе на активную нагрузку Однополупериодная схема выпрямления для получения постоянного тока в нагрузке представлена на рис. 2.1. На этом же рисунке представлена диаграмма изменения напряжения на сопротивлении нагрузки для схем рис.

2.1, а и рис. 2.1, б. соответственно.

ЭСВТ ЭЛТИ Рис. 2.1. Схемы однополупериодного выпрямления:

а – без фильтра; б – с фильтром и соответственно диаграммы напряжения (в и г) на нагрузке В схеме рис.2.1,а ток через нагрузку протекает только в течение одного полупериода (когда открыт выпрямитель V1) и создает на нагрузке импульс напряжения. В течение второго полупериода выпрямитель закрыт, ток через нагрузку не протекает и на нагрузке напряжение равно нулю (рис. 2.1.в).

Среднее и действующее значения напряжения на нагрузке можно определить интегрированием кривой Uн(t) в пределах периода.

T / Uср = Um sint dt 0,38Um ;

Т T / Uэф = U2 sin2tdt 0,5Um, m T где Т – период переменного напряжения; Um – амплитудное значение напряжения. Пульсация напряжения равна единице, а величина обратного напряжения выпрямителя равна Uобр = Um.

Umax - Umin U = = 1.

Umax С целью уменьшения пульсации и увеличения среднего и действующего напряжений в схему включается емкость фильтра (рис.2.1,б). В этом случае в течение второго полупериода, когда выпрямитель закрыт, емкость Сф разряжается на Rн и создает на нем напряжение ЭСВТ ЭЛТИ t R нСф U(t) = Ume.

Величина пульсации при наличии сглаживающего фильтра будет меньше, чем в схеме рис.2.1,а, и зависит от величины Rн и Сф. Обратное напряжение будет равно Uобр 2Um. Схемы однополупериодного выпрямления достаточно просты и могут выполняться на напряжение до 100 кВ, но при малом сопротивлении нагрузки для обеспечения малой величины пульсации для фильтра требуются конденсаторы большой емкости.

2.1.2. Двухполупериодная мостовая схема выпрямления (схема Герца) В схеме двухполупериодного выпрямления четыре выпрямителя образуют мост, в одну диагональ которого включается сопротивление нагрузки и при необходимости параллельно нагрузке сглаживающий фильтр (Сф), а к другой диагонали подключается трансформатор (рис.2.2).

Рис. 2.2. Схемы двухполупериодного выпрямления:

а – без фильтра; б – с фильтром и соответственно напряжения (в и г) на нагрузке В течение положительного полупериодеа переменного напряжения трансформатора выпрямители V1 и V3 открыты, а выпрямители V2 и Vзакрыты. Через нагрузку протекает ток и создает на ней напряжение, пропорциональное току. В течение отрицательного полупериода открыты выпрямители V2 и V4 и закрыты выпрямители V1 и V3. Через нагрузку протекает ток того же знака, что и в первом случае. Таким образом, через нагрузку протекает ток одного знака в течение всего периода переменного напряжения трансформатора и создает на нагрузке напряжение, пропорциональное току (рис. 2.2, в) ЭСВТ ЭЛТИ Среднее и действующее значения напряжений на нагрузке будет в этом случае равны:

Uср 0,636Um, Uэф 0,709Um.

Однако величина пульсаций напряжения будет такой же, как и в схеме однополупериодного выпрямления (рис. 2.1, а) без фильтра. При включении в схему фильтра (рис. 2.2, б) диаграмма напряжения на нагрузке будет иметь вид, показанный на рис. 2.2, г. Величина пульсаций напряжения в этом случае будет меньше, чем в схеме однополупериодного выпрямления (рис. 2.1, б) при одинаковых значениях Rн и Сф. Обратное напряжение выпрямителей в схеме с фильтром (рис. 2.2, б) и без него (рис. 2.2, а) будет одинаковым и равным Uобр Um.

Преимуществами двухполупериодной схемы являются большой коэффициент использования мощности трансформатора, меньший коэффициент обратного напряжения выпрямителей, меньшая величина пульсаций напряжения при наличии фильтра. Недостатками таких схем являются: большее внутреннее сопротивление схемы, большое число выпрямителей.

2.1.3. Трехфазная однополупериодная схема выпрямления В трехфазной однополупериодной схеме сопротивление нагрузки, а при необходимости и сглаживающий фильтр включаются между нулевой точкой обмотки трансформатора, соединенной в звезду, и соединенными вместе анодами или катодами выпрямителей (рис. 2.3). Ток через выпрямители протекает, если потенциал анода более положителен, чем потенциал катода рассматриваемого выпрямителя в схеме. Диаграмма напряжения на трансформаторе показана на рис. 2.3, в, а диаграмма напряжения на нагрузке от каждой из фаз и суммарное напряжение показаны на рис. 2.3, г и 2.3, д соответственно.

Среднее и действующие значения напряжений на нагрузке в схеме без фильтра соответственно равны:

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 6 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.