 |
Краткие теоретические сведения
|
|
|
|
Е. А. КРОТЕНКО
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ И ИСПЫТАНИЯ
ВЫСОКОВОЛЬТНОЙ ИЗОЛЯЦИИ.
ХАРАКТЕРИСТИКИ ЗАЩИТНЫХ АППАРАТОВ
ОМСК 2008
Министерство транспорта Российской Федерации
Федеральное агентство железнодорожного транспорта
Омский государственный университет путей сообщения
____________________________
Е. А. Кротенко
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ И ИСПЫТАНИЯ
ВЫСОКОВОЛЬТНОЙ ИЗОЛЯЦИИ.
ХАРАКТЕРИСТИКИ ЗАЩИТНЫХ АППАРАТОВ
Утверждено редакционно-издательским советом университета в качестве
методических указаний к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Техника высоких напряжений и электротехнические материалы»
Омск 2008
УДК 621.3.048.81(075.8)
ББК 31.23я73
К83
Электрическая прочность и испытания высоковольтной изоляции. Характеристики защитных аппаратов: Методические указания к выполнению лабораторных работ / Е. А. Кротенко; Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2008. 39 с.
Изложены краткие теоретические сведения о способах измерения высокого напряжения в электроустановках, о влиянии перенапряжения на изоляцию, о способах защиты гирлянды изоляторов, расчета электрической прочности воздушного промежутка в зависимости от расстояния и приложенного напряжения, методика испытания защитных средств от перенапряжения. Приведены схемы лабораторных стендов, описание измерительных и регистрирующих приборов.
Методические указания предназначены для студентов третьего курса специальностей 190401 (101800) – «Электроснабжение железных дорог», 190403 (101400) – «Подвижной состав электрических железных дорог» – очной и заочной форм обучения, могут быть полезны слушателям Института повышения квалификации и переподготовки.
|
|
|
Библиогр.: 10 назв. Табл. 13. Рис. 11.
Рецензенты: доктор техн. наук, профессор В. В. Харламов;
канд. техн. наук, доцент П. В. Беляев.
_______________________
© Омский гос. университет
путей сообщения, 2008 
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение……………………………………………………………………………. 5
Лабораторная работа 1. Напряжение пробоя. Коэффициент трансформации
высоковольтного трансформатора……………………………………………..7
Лабораторная работа 2. Изоляция при импульсном и переменном напряже-
нии. Электрические характеристики изоляторов…………………………….. 11
Лабораторная работа 3. Распределение напряжения вдоль элементов гир-
лянды подвесных изоляторов………………………………………………….. 17
Лабораторная работа 4. Зависимость электрической прочности воздушно-
го промежутка от формы электродов разрядника……………………………. 21
Лабораторная работа 5. Изолирующие защитные средства……………………. 25
Лабораторная работа 6. Основные характеристики вентильных разрядни-
ков и нелинейных ограничителей перенапряжения………………………….. 31
Библиографический список……………………………………………………….. 37
 |
ВВЕДЕНИЕ
Основная задача при конструировании техники высоких напряжений – создание надежной и долговечной высоковольтной изоляции. Дисциплина «Техника высоких напряжений и электротехнические материалы» изучает процессы, происходящие в изоляции при воздействии высокого напряжения; принципы проектирования изоляции, порядок ее испытания и правила эксплуатации; причины возникновения перенапряжения, способы его ограничения и защиты изоляции; условия эксплуатации высоковольтных установок.
Цель лабораторных работ – дополнение, углубление и закрепление лекционного материала, приобретение практических навыков проведения исследований при воздействии высокого напряжения на изоляцию и работы с высоковольтными установками.
|
|
|
Лабораторные работы выполняются на установках высокого напряжения, поэтому в высоковольтной лаборатории приняты меры и выполнены техни-ческие мероприятия, обеспечивающие безопасность работы студентов: имеются защитные ограждения и заземление установок, блокировки и т. д.
Студенты заходят в лабораторию после разрешения преподавателя.
Выполнение лабораторных работ связано с использованием напряжения, опасного для жизни человека, поэтому студенты допускаются к работам с подачей напряжения выше 1000 В только после проведения инструктажа, личной росписи в журнале инструктажа по технике безопасности и проверки усвоения инструктажа.
Работа на электроустановках напряжением свыше 1000 В должна производиться не менее чем двумя лицами под руководством и с непосредственным участием преподавателя. В обязанности преподавателя входит не только разъяснение сути эксперимента, но и обучение студентов правилам безопасной работы на установках, работающих под высоким напряжением.
Перед подачей напряжения на испытательное поле преподаватель обязан
убедиться в том, что заземляющая штанга с высоковольтного вывода трансформатора снята, и сказать «Подаю напряжение».
После подачи напряжения на установку запрещается перемещаться по лаборатории, касаться руками и посторонними предметами защитного ограждения.
В случае неисправности оборудования в момент проведения эксперимента преподаватель обязан немедленно снять напряжение, отключив ввод на распределительном щите.
Запрещается приносить в лабораторию вещи и предметы, загромождающие рабочие места и способствующие созданию условий, которые могут привести к нарушению правил техники безопасности.
Отчет по результатам лабораторной работы оформляется на листах бумаги формата А4 или в специальной тетради и должен содержать цель работы; основные теоретические сведения по изучаемому вопросу; назначение, характеристику и паспортные данные исследуемого объекта; краткую характеристику применяемого метода исследования; порядок выполнения работы; схему измерения (установки); результаты эксперимента в виде таблиц и графиков; выводы по результатам выполненной работы; ответы на контрольные вопросы.
|
|
|
При написании отчетов по лабораторным работам следует соблюдать требования стандартов по правилам оформления титульного листа, текстовой части, электрических схем, формул и таблиц.
Лабораторная работа 1
НАПРЯЖЕНИЕ ПРОБОЯ. КОЭФФИЦИЕНТ
ТРАНСФОРМАЦИИ ВЫСОКОВОЛЬТНОГО ТРАНСФОРМАТОРА
Ц е л ь р а б о т ы: изучение метода измерения напряжения пробоя с помощью шаровых разрядников, определение коэффициента трансформации высоковольтного трансформатора.
Краткие теоретические сведения
Метод измерения высокого напряжения с использованием искрового промежутка широко применяется в лабораторной практике. Этот метод основан на том, что искровой разряд между электродами происходит при определенном напряжении, приложенном к ним.
Наиболее распространенными и дающими наибольшую точность для измерения напряжения искрового разряда являются шаровые разрядники. Экспериментальным путем для различных повышающих трансформаторов определены градуировочные кривые, т. е. зависимости напряжения на выходе повышающего трансформатора (искровой разряд между шарами) от радиуса шаров, расстояния между ними и атмосферных условий, это позволяет определить пробивной градиент воздуха для конкретных условий опыта по формуле: 
, (1)
где d – относительная плотность воздуха,
, (2)
R – радиус шаров, R = 6,25 см;
P – барометрическое давление, мм рт. ст.;
t – температура окружающей среды, оС.
Формула (1) справедлива при выполнении условия:
, (3)
где Х – расстояние между шарами, см.
При нормальных атмосферных условиях (Р = 760 мм рт. ст.; t = 20оС) относительная плотность воздуха dравна единице.
Пробой между шарами происходит тогда, когда максимальный градиент
у поверхности шаров становится равным пробивному градиенту воздуха.
Амплитудное напряжение разрядника в момент разряда рассчитываем по уравнению:
(4)
где f – коэффициент неравномерности электрического поля, для схемы, применяемой в данной работе,
|
|
|
. (5)
Эффективное значение напряжения
. (6)
Коэффициент трансформации повышающего высоковольтного трансформатора вычисляется по формуле:
, (7)
где U1 – действующее значение напряжения на первичной обмотке трансформатора, В.
Схема лабораторной установки для определения коэффициента трансформации по методу двух вольтметров приведена на рис. 1, где Т1 – автотрансформатор, позволяющий плавно изменять напряжение первичной обмотки высоковольтного трансформатора; PV – вольтметр в первичной цепи повышающего трансформатора; Т2 – высоковольтный повышающий трансформатор; R1, R2 – токоограничивающие сопротивления; ШР – шаровый разрядник.
Рис. 1. Схема лабораторной установки для определения коэффициента
трансформации
Для самостоятельной теоретической подготовки рекомендуется использовать литературные источники [1, 4, 5].
Порядок выполнения работы
1) Тщательно очистить поверхность шаров разрядника от пыли, развести их на расстояние 12 – 15 см, установить шкалу разрядника на нуль, подключить оба шара к высоковольтному трансформатору и убедиться в том, что дистанционный привод для перемещения шаров работает исправно.
2) С помощью автотрансформатора установить напряжение на первичной обмотке трансформатора Т2 50 В и при помощи привода начать плавно (без рывков) сближать шары. После наступления пробоя зафиксировать расстояние Х, при котором наступил пробой. Опыт повторить три раза и рассчитать среднее значение расстояния Х.
3) Повторить задания, приведенные в п. 2, при значениях напряжения 70, 90, 110, 130, 150 В.
4) Установить шары на расстоянии Х, которое указывается преподавателем, и, плавно повышая напряжение от нуля до момента пробоя, записать значение
напряжения пробоя (опыт проводится с целью определения значения напряжения пробоя). Опыт повторить три раза и вычислить среднее значение напряжения
пробоя.
5) Результаты измерений и расчетов коэффициента трансформации по формулам (1) – (7) записать в табл. 1 и 2.
Т а б л и ц а 1
Зависимость значений расстояния между шарами разрядника
от напряжения пробоя
| Расстояние между шарами, см | Напряжение на обмотке автотрансформатора U2, В | Коэффициент неравномерности эл. поля f | Пробивной градиент воздуха gпр, кВ/см | Максимальное пробивное напряжение Uпр max, кВ | Эффективное напряжение пробоя Uэф.пр, кВ | Коэффициент трансформации k | |||
| Х 1 | Х2 | Х3 | Хср | ||||||
Т а б л и ц а 2
Зависимость значений напряжения пробоя от расстояния между шарами
|
|
|
| Растояние между шарами, см | Напряжение на обмотке автотрансформатора U2, В | Коэффициент неравномерности эл. поля f | Пробивной градиент воздуха gпр, кВ/см | Максимальное пробивное напряжение Uпр max, кВ | Эффективное напряжение пробоя Uэф.пр, кВ | Коэффициент трансформации k | |||
| измерение | |||||||||
| 1-е | 2-е | 3-е | ср. | ||||||
1.3. Контрольные вопросы
1) Чем испытательный трансформатор отличается от силового?
2) Какие требования необходимо соблюдать при регулировке напряжения
автотрансформатором?
3) Для чего предназначено основное оборудование испытательной установки?
Лабораторная работа 2
ИЗОЛЯЦИЯ ПРИ ИМПУЛЬСНОМ И ПЕРЕМЕННОМ НАПРЯЖЕНИИ. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИЗОЛЯТОРОВ
Ц е л ь р а б о т ы: приобретение практических навыков высоковольтных испытаний изоляторов, определение их основных электрических характе-ристик.
|
|
|
