КАФЕДРА

ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН И АППАРАТОВ

Методические указания

к выполнению лабораторных работ

по дисциплине

«Основы электроэнергетики и электроснабжения»

Часть 2, раэдел 1

(для студентов специальности 6.050702

«Электромеханика»)

Рекомендовано

на заседании кафедры

«Электрические машины и

аппараты»

Протокол №4 от 14.04.2009

УТВЕРЖДЕНО

для печати на заседании

методического совета Дон ГТУ

Протокол №3 от 17.04.2009

Алчевск

Дон ГТУ

2009

УДК 658.26:621.315

Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Основы электроэнергетики и электроснабжения», часть 2, раздел 1 (для студентов специальности 6.050702 «Электромеханика») / Сост. В.Г. Стройников. – Алчевск, ДонГТУ, 2009. – 89 с.

В лабораторных работах отражены: стандартные методы испытаний изоляционных свойств воздушных промежутков на постоянном и переменном напряжениях, гирлянды из подвесных изоляторов, витковой изоляции электрических машин; исследование модели электрической сети с различными способами заземления нейтрали, исследование модели нерезонирующего трансформатора; конструкция и управление работой генератора импульсных напряжений (ГИН).

Приведены принципиальные электрические схемы и описание высоковольтных стендов, а также мероприятия по безопасному их обслуживанию.

Составитель: в.Г.Стройников, ст.Преп.

Рецензент Н.Н.Заблодский, проф.

Ответственный редактор Н.Н.Заблодский, проф

Ответственный за выпуск В.И.Пятенко, инж.

Лабораторная работа №1 исследование электрической прочности воздушных промежутков на постоянном напряжении

1 Цель работы

1.1 Исследовать зависимость разрядных напряжений воздушных промежутков от формы электродов и расстояний между ними при постоянном напряжении.

1.2 В результате проделанной работы студент должен:

знать особенности развития пробоя воздушного промежутка на постоянном напряжении при различных формах электродов и раз­личной полярности электродов (в случае формы электродов « игла-плоскость»);

уметь произвести испытания воздушного промежутка при форме электродов «шар-шар» и «игла-плоскость» при положительной и отрицательной полярности напряжения на «игле».

2 Пояснения и указания к работе. Мероприятия по технике безопасности

2.1 Экспериментальные исследования

2.1.1 Общие указания

Выполнение лабораторной работы произвести на высоковольтной установке, состоящей из высоковольтного испытательного трансформатора Т₁ (с номинальным вторичным напряжением U_2н = 140 кВ макс. и мощностью S = 5 кВ·А) со встроенным изо­лирующим трансформатором (не показан) для накала катода кенотрона К, высоковольтного конден­сатора С ( с электрической емкостью 2 мкФ и U_н = 100 кВ), автотрансформатора ТV, вольтметра PV, амперметра PA, ограничивающих резисторов R₁ и R₂, исследуемого воздушного промежутка, в котором размещаются электроды типа «шар-шар» или «игла-плоскость». Резисторы R₁ и R₂ изготовлены из шланг, заполненных дистиллированной водой. Изменение расстояния между электродами производится дистанционно с помощью электропривода. Общее питание на высоковольтную установку подается от имеющегося в лаборатории распредустройства путем включения автоматического выключателя QF_ЛБ1 (не показан). Испытание провести для промежутков между электродами: Ѕ₁ = 0,5см; Ѕ₂ = 1см; Ѕ₃ = 1,5 см; Ѕ₄ = 2 см. Для каждого воздушного промежутка опыты повторять 3 раза.

Принципиальная упрощенная схема высоковольтной установки для определения электрической прочности воздушных промежутков на постоянном напряжении приведена на рис. 1. Органы управления высоковольтной установкой, сигнализации, контроля напряжения и тока приведены на рис 2.

2.1.2 Перед началом работы проверить отключенное положение установки, наличие и исправность заземляющих устройств, наличие временного защитного заземления на положительном выводе конденсатора С, наличие и пригодность индивидуальных средств защиты, разрядной штанги. Автоматический выключатель QF_ЛБ1 лабораторного распредустройства, автоматический выключатель QF на стеде (не показаны) высоковольтной установки, тумблеры SA, SА1, SA2, SA3 ( см.рис 2) должны быть отключены (нижнее положение).

Рисунок 1 – Принципиальная упрощенная схема высоковольтного стенда для определения электрической прочности воздушных промежутков на постоянном напряжении

2.1.3 Открыть дверь ограждения высоковольтной установки. В диэлектрических перчатках и диэлектрических ботах войти за ограждение с разрядной штангой и наложить ее на положительный вывод конденсатора С. Установить электроды типа «шар-шар». Снять разрядную штангу (при необходимости и защитное заземление) с положительного вывода конденсатора С.

2.1.4 Закрыть дверь ограждения высоковольтной установки на ключ. Дверь снабжена электрической блокировкой. В случае неплотного закрытия двери напряжение не будет подано на высоковольтную установку.

2.1.5 Включить автоматический выключатель QF_ЛБ1 лабораторного распредустройства и перейти к работе на стенде управления высоковольтной установкой.

Рисунок 2 – Органы управления высоковольтной установкой, сигнализации, контроля напряжения и тока

2.1.6 Тумблер SА1 поставить в положение "Вкл.", при этом загорается красная сигнальная лампа HL. С этого момента подается напряжение для питания электропривода дистанционного управления расстоянием между электродами. Если электроды до начала эксперимента оказались не сведенными, то тумблеры SA2 и SA3 поставить в положение "Вкл.", нажать кнопку SB5 «Реверс» и держать ее во включенном состоянии пока электроды не соприкоснутся. Если электродвигатель электропривода отключился, а электроды не соприкоснулись, то сведение электродов необходимо выполнить вручную, предварительно выполнив требования п.2.1.2 (в части заземления положительного вывода конденсатора). Если электроды до начала эксперимента уже оказались сведенными, то тумблеры SA2 и SA3 оставить в нижнем (отключенном) положении и продолжить работу. Внешний вид испытательной установки представлен на рис. 3.

2.1.7 Нажать кнопку SB1. После остановки электродвигателя электропривода между электродами устанавливается промежуток Ѕ₁ = 0,5 см и загорается сигнальная лампа HL1. Высоковольтная установка готова к эксперименту.

2.1.8 Включить автоматический выключатель QF на стенде.

2.1.9 Включить тумблер SA.

2.1.10 Нажатием кнопки SB6 "Пуск" включить магнитный пускатель, встроенный в стенд, и подать напряжение на автотрансформатор TV. Рукоятка автотрансформатора ТV должна быть выведена в крайнее левое положение, которое имеет электрическую блокировку. Если это условие не выполнено, то напряжение на высоковольтный трансформатор Т₁ подаваться не будет и дальнейшая работа будет невозможна.

Рисунок 3 – Внешний вид испытательной установки

2.1.11 Вращая рукоятку автотрансформатора TV, плавно увеличи­вать напряжение на выходе трансформатора Т₁ до полного пробоя промежутка между электродами. При этом средний зарядный ток конденсатора С поддерживать на уровне не более 2  2,5 А, ориентируясь по показаниям амперметра РА. При пробое промежутка установка отключается автоматически за счет срабатывания максимально-токовой защиты. Первичное напряжение U₁ в момент пробоя определить по вольтметру PV и записать в протокол испытаний (см. табл.1). Рукоятку автотрансформатора TV вывести в крайнее левое положение.

2.1.12 Нажатием кнопок SB2, SB3, SB4 установить поочередно промежутки Ѕ₂ = 1,0 см; Ѕ₃ = 1,5 см; Ѕ₄ = 2,0 см , следуя указанным выше рекомендациям. На каждом зазоре определять первичные напряжения в момент пробоя и записывать показания в протокол испытаний. Опыты на каждом промежутке повторять 3 раза.

2.1.13 Отключить автоматический выключатель QF на стенде управления высоковольтной установкой.

2.1.14 Поставить тумблеры SA2 и SA3 в положение «Вкл.».

2.1.15 Нажатием кнопки SB5 "Реверс" свести электроды в соприкосновение.

2.1.16 Отключить автоматический выключатель QF_ЛБ1 лабораторного распредустройства. Открыть дверь ограждения высоковольтной установки. В диэлектрических ботах и диэлектрических перчатках войти за ограждение и при помощи разрядной штанги снять остаточный заряд, подсоединив ее к положительному выводу конденсатора С, затем наложить временное защитное заземление на положительный вывод конденсатора С.

2.1.17 Включить автоматический выключатель QF_ЛБ1. Поставить тумблеры SA2 и SA3 в нижнее положение и нажать кнопку SB4, чтобы максимально развести электроды между собой с целью удобства их замены.

2.1.18 Заменить электроды типа «шар – шар» на электроды типа «игла-плоскость». Опыты произвести при положительной и отрицательной полярности напряжения на «игле». Первую серию опытов произвести при положительной полярности напряжения на «игле» ( (+) «игла», плоскость ( - ) ), поэтому к «игле» подсоединить положительный вывод конденсатора С. Первичное напряжение U₁ в момент пробоя определить по вольтметру PV и записать в протокол испытаний (см. табл.2).

2.1.19 Поставить тумблеры SA2 и SA3 в верхнее положе­ние, нажать кнопку SB5 "Реверс" и держать её во включенном состоянии пока электроды не соприкоснутся.

2.1.20 Если электродвигатель электропривода отключился, а электроды не соприкоснулись, то сведение электродов необходимо выполнить вручную, предварительно выполнив требования п.2.1.2 и п.2.1.16.

2.1.21 В диэлектрических ботах и диэлектрических перчатках снять временное защитное заземление с положительного вывода конденсатора С и закрыть дверь ограждения высоковольтной установки на ключ.

2.1.22 Тумблеры SA2 и SA3 поставить в нижнее положе­ние и произвести испытания в изложенном выше порядке в п. 2.1.7 – 2.1.16.

2.1.23 После окончания лабораторной работы электроды свести в соприкосновение, снять остаточный заряд на конденсаторе С разрядной штангой, на положительный вывод конденсатора С наложить временное защитное заземление.

2.1.24 Расчетные данные по проведенным экспериментальным исследованиям занести в табл. 1 и табл.2.

Таблица 1 – Измеренные и вычисленные величины для слабонеоднородных полей

Давление, P, мм. рт. ст.

Форма электродов

Расстояние между электродами, Ѕ , см

Первичное напряжение, U1, B

Вторичное напряжение, кВ

Средняя разрядная напряженность, E0ср, кВ/см

f

Макс. разрядная напряженность, кВ/см Е0max

U1.1

U1.2

U1.3

Uср

U2

U0

шар-шар 6,25см

0,5

1,0

1,5

2,0

Таблица 2 – Измеренные и вычисленные величины для резконеоднородных полей

tсух

tвлаж

K

Тип электродов

Расстояние между электродами, Ѕ , см

Первичное напряжение U1, B

Вторичное напряжение, кВ

Средняя разрядная напряженность Е^*0ср, кВ/см

U1.1

U1.2

U1.3

Uср

U^*2

U^*0

(+)игла- плоскость (-)

0,5

1,0

1,5

2,0

(-)игла- плоскость (+)

0,5

1,0

1,5

2,0

2.2 Расчеты и построения

Учитывая то, что условия проведения экспериментальных исследований могут существенно отличаться от нормальных (Р₀=760 мм. рт.ст. или Р₀=101,325кПа; Т₀ = 273 + 20 ⁰С; абсолютная влажность воздуха 11 г/м³), все расчетные параметры должны быть приведены к нормальным условиям. Для этого в процессе проведения экспериментов осуществляется контроль давления окружающего воздуха с помощью барометра, температуры окружающего воздуха с помощью психрометра, содержащего «сухой» и «мокрый» термометры. Показания «сухого» термометра соответствуют температуре окружающего воздуха (t_сух = t)

2.2.1 Слабонеоднородные поля

Для расчета использовать формулы:

; ;

;

,

где U₀ – напряжение пробоя воздушного промежутка, приведенное к нормальным условиям, кВ;

U₂ – напряжение на вторичной обмотке высоковольтного трансформатора Т₁ (определяется по градуировочной кривой , приведенной на рабочем месте, или по коэффициенту трансформации, см. на испытательном стенде), кВ;

δ – относительная плотность окружающего воздуха;

P – давление окружающего воздуха, мм.рт.ст; *);

t – температура окружающего воздуха, ^оС;

Е_{0 ср} – средняя разрядная напряженность, кВ/см;

Е_{0 mах} – максимальная напряженность, кВ/см.

ƒ – поправочный коэффициент, учитывающий неоднородность электрического поля.

Примечание. Если давление окружающего воздуха измеряется в Паскалях, то для перерасчета давления в мм.рт.ст. использовать следующее соотношение – 1мм.рт.ст. =133,322 Па.

Коэффициент f определить по табл. 3 в зависимости от отношения расстояния между шарами к радиусу шаров , где r = 3,125 см (диаметр шаров 6,25см).

Таблица 3 – Значения поправочного коэффициента f

	f (шары изолированы )	f (один шар заземлен)	Примечание
0,1	1,03	1,03	Значение коэффициента f зависит от степени неоднородности электрического поля
0,2	1,068	1,07
0,4	1,137	1,14
0,6	1,208	1,23
0,8	1,283	1,32
1,0	1,359	1,41

2.2.2 Резконеоднородные поля

Для расчета использовать формулы:

; ; ,

где K – поправочный коэффициент, учитывающий абсолютную влажность воздуха.

Поправочный коэффициент К определить по номограмме (см. рис. 4) в зависимости от абсолютной влажности воздуха в лабораторных условиях. Абсолютная влажность воздуха определяется по показаниям «сухого» t_сух и «влажного» t_влаж термометров психрометра, размещенного в лаборатории.

2.2.3 По расчетным данным (см.табл.1; табл.2) построить графики зависимостей:

, ; = f (S) , = f (S)