5 Рекомендуемая литература
1.Техника высоких напряжений /под ред. Д.В. Разевига. М.-Л.,Энергия,1964.-471с.,ил.
2.Иерусалимов М.Е.Техника высоких напряжений.– К.:Киев-ский университет, 1967. - 440 с.
3. Чунихин А.А., Жаворонков М.А. Аппараты высокого напряжения: Учебн. пособие для вузов.- М.:Энергоатомиздат,1985.-432 с.,ил.
Лабораторная работа № 2 исследование электрической прочности воздушных промежутков на переменном напряжении
1 Цель работы
1.1 Исследовать зависимость разрядных напряжений воздушных промежутков от формы электродов и расстояний между ними при переменном напряжении.
1.2 В результате проделанной работы студент должен:
знать особенности протекания пробоя воздушного промежутка при разной форме электродов и разных расстояниях между ними на переменном напряжении;
уметь произвести испытания воздушного промежутка при форме электродов типа «шар-шар», «игла-плоскость» и «игла-игла» на переменном напряжении.
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 автотрансформатора ТV, высоковольтного испытательного трансформатора Т1 (с номинальным вторичным напряжением U2н = 82 кВ макс. и мощностью S = 18 кВА), вольтметра РV, амперметра РА, огранивающих резисторов R1 и R2, исследуемого воздушного промежутка, в котором размещаются электроды типа «шар-шар», «игла-плоскость», «игла-игла». Испытания произвести для расстояний между электродами: S1 = 0,7 см; S2 = 1,4 см; S3 = 2.1 см; S4 = 2,8 см; S5 = 3,5 см при симметричной (на оба электрода подать напряжение) и несимметричной схемах подачи напряжения на электроды (на один электрод подать напряжение, другой электрод заземлить, при этом заземлить и соответствующий вывод трансформатора) . Изменение расстояния между электродами производится дистанционно с помощью электропривода. Для каждого воздушного промежутка опыт повторить 3 раза. Общее питание на высоковольтную установку подается от имеющегося в лаборатории распредустройства путем включения автоматического выключателя QFЛБ2 (не показан).
Принципиальная упрощенная схема высоковольтной установки для определения электрической прочности воздушных промежутков на переменном напряжении приведена на рис. 1а и рис. 1б. 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 и пригодность индивидуальных средств защиты, разрядной штанги. Автоматический выключатель QFЛБ2 (не показан) лабораторного распредустройства должен быть отключен, ключи управления QA и QA1 на стенде поставить в положение «0» (см. рис.2).
а)
б)
Рисунок 1 – Принципиальные электрические схемы испытаний электрической прочности воздушных промежутков (а – симметричная схема подачи напряжения; б – несимметричная схема подачи напряжения)
Рисунок 2 – Органы управления высоковольтной установкой, сигнализации, контроля напряжения и тока
2.1.3 Открыть дверь ограждения высоковольтной установки. В диэлектрических перчатках и диэлектрических ботах войти за ограждение. Разрядной штангой снять остаточный заряд на зажимах высоковольтного трансформатора Т1, а затем наложить разрядную штангу на один из выводов высоковольтного трансформатора Т1. Установить электроды типа «шар-шар». Если установка электродов затруднена, то ключ управления QA поставить в положение «I» (загорается красная сигнальная лампа HL1), тумблеры SA1, SA2, SA3 поставить в положение «Промежуток», тумблеры SA4 и SA5 переключить в нижнее положение и одновременно нажать кнопки SB1 и SB2 (см.рис.2). Крепежные элементы для электродов должны разойтись на максимальное расстояние. Поставить ключ управления QA в положение «0». После установки электродов снять разрядную штангу с вывода высоковольтного трансформатора Т1.
2.1.4 Закрыть дверь ограждения высоковольтной установки на ключ. Дверь снабжена электрической блокировкой.
2.1.5 Поставить ключ управления QA в положение «I», при этом загорается красная сигнальная лампа HL1. Тумблеры SA1, SA2, SA3 поставить в положение "Реверс", тумблеры SA4 и SA5 переключить в верхнее положение (на минимальное расстояние), нажать кнопку SB1 и свести электроды типа «шар-шар» в соприкосновение.
Если электродвигатель электропривода отключился, а электроды не соприкоснулись, то сведение электродов необходимо выполнить вручную, предварительно поставив ключ управления QA в положение «0» и выполнив требования п.2.1.3 (в части заземления одного из выводов высоковольтного трансформатора).
Если электроды до начала эксперимента уже оказались сведенными, то тумблеры SA1, SA2, SA3 поставить в положение «Промежуток» и продолжить работу.
2.1.6 Нажать одновременно кнопки SB1 и SB2. После загорания сигнальной лампы HL4 отпустить кнопки. Остановка электродвигателя происходит при расстоянии между электродами S1 = 0,7 см.
2.1.7 Рукоятка автотрансформатора TV 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.
2.1.8 Ключ управления QA1 поставить в положение «1». При этом загораются сигнальные лампы HL2 и HL3. Напряжение подается на высоковольтный трансформатор Т1.
2.1.9 Вращая рукоятку автотрансформатора TV, плавно увеличивая напряжение на выходе высоковольтного трансформатора Т1, довести воздушный промежуток до полного пробоя между электродами. При пробое воздушного промежутка, установка отключается автоматически за счет срабатывания максимально-токовой защиты. Из-за разброса разрядных напряжений опыт повторить 3 раза, фиксируя по вольтметру первичное напряжение в вольтах. По среднему первичному напряжению, используя градуировочную кривую , приведенную на рабочем месте, или по коэффициенту трансформации найти вторичное напряжение в киловольтах.
2.1.10 Нажимая одновременно кнопки SB1 и SB2, последовательно установить расстояния между электродами типа «шар – шар»
S2 = 1,4 см; S3 = 2,1 см; S4 = 2,8 см; S5 = 3,5 см и исследования произвести в вышеизложенном порядке п. 2.1.9. Опыты произвести при симметричной схеме подачи напряжения на электроды (на оба электрода подать напряжение) и несимметричной схеме подачи напряжения на электроды (на один электрод подать напряжение, другой электрод заземлить, при этом заземлить и соответствующий вывод трансформатора), см.рис.1.
2.1.11 Исследования для электродов типа «игла-плоскость», «игла-игла» произвести в такой же последовательности, как и для электродов типа «шар – шар», выполняя мероприятия по технике безопасности. Замену формы электродов производить при полностью обесточенной установке и наложенной на вывод высоковольтного трансформатора Т1 разрядной штанги. Снятие остаточного заряда и наложение разрядной штанги производить в диэлектрических перчатках и диэлектрических ботах.
2.1.12 После окончания лабораторной работы тумблеры SA1, SA2, SA3 поставить в положение "Реверс", нажать кнопку SB1 и
свести электроды в соприкосновение. Результаты занести в табл.1 и
табл. 2.
2.2 Расчеты и построения
2.2.1 Расчеты и построения для формы электродов типа «шар-шар». Диаметр шаров 6,25 см.
Расчет относительной плотности воздуха произвести по формуле:
,
где Т0 = 293 К – температура воздуха при нормальных условиях;
Р0 = 760 мм. рт. ст – давление воздуха при нормальных усло-виях;
Т – температура воздуха во время опыта: Т = 273+tсух , где tсух – температура окружающего воздуха по показаниям «сухого» термометра в лаборатории, оС (см. ЛР№1, п.2.2);
Р – давление воздуха во время опыта , мм. рт. ст.(см. ЛР№1, п.2.2.1).
Расчет амплитудного значения вторичного напряжения U2макс произвести по формуле:
,
где U2 эф – вторичное напряжение определить по градуировочной кривой на рабочем месте, кВ;
Расчет амплитудного вторичного напряжения, приведенного к нормальным условиям, произвести по формуле:
.
2.2.2 Расчеты и построения для резконеоднородных полей (форма электродов: «игла-плоскость»; «игла-игла»).
Расчеты U0 провести по формуле:
,
где К – поправочный коэффициент, учитывающий абсолютную влажность воздуха (определить по номограмме и таблице, приведенных в ЛР № 1, см. п.2.2.2, рис.4).
2.2.3 По данным
измерений и вычислений (табл.1 и табл.2)
построить графики зависимостей
;
;
.
Таблица 1 – Измеренные и вычисленные величины для электродов типа «шар - шар»
(диаметр шаров 6,25 см)
tсух |
Р, мм.рт.ст. |
|
S, см |
Первичное напряжение U1, B |
Вторичное напряжение, кВ |
кВ/см |
|
f |
E0 max=E0 .f, кВ/см |
|||||
U1.1 |
U1.2 |
U1.3 |
Uср |
U2эф |
U2max |
U0 |
||||||||
|
|
|
0,7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1,4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
2,1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
2,8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
3,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
,
Примечание: f – поправочный коэффициент, определяемый по табл. 3.
Таблица 2 - Измеренные и вычисленные величины для резконеоднородных полей (форма электродов: «игла-плоскость»; «игла-игла»)
tсух |
tвлаж |
К
|
|
Тип электродов
|
S см |
Первичное напряжение U1, B |
Вторичное напряжение, кВ |
Е0 ср, кВ/см |
|||||
U1.1 |
U1.2 |
U1.3 |
Uср |
U2эф |
U2max |
U0 |
|||||||
|
|
|
|
«игла-плоскость» |
0,7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
1,4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
2,1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
2,8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
3,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
«игла-игла» |
0,7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
1,4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
2,1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
2,8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
3,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Таблица 3 – Значения поправочного коэффициента f, учитывающего степень неоднородности электрического поля в зависимости от отношения S/r
|
f (два шара под напряжением) |
f (один шар заземлен) |
0,1 |
1,03 |
1,03 |
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 |
1,2 |
1,44 |
1,51 |
1,4 |
1,525 |
1,62 |
1,6 |
1,6 |
1,73 |
1,8 |
1,68 |
1,85 |
2,0 |
1,77 |
1,97 |