Техника высоких напряжений

Содержание

Слайд 2

Литература

Бочаров Ю.Н., Дудкин С.М., Колычев А.В., Кривошеев С.И., Титков В.В., Шнеерсон Г.А.

Литература Бочаров Ю.Н., Дудкин С.М., Колычев А.В., Кривошеев С.И., Титков В.В., Шнеерсон
Техника высоких напряжений: Учеб. пособие, 2021 г.
Адамьян Ю.Э., Богатенков И.М., Бочаров Ю.Н., Янчус Э.И. Электроэнергетика. Испытательные и электрофизические установки высокого напряжения: Учеб. пособие, 2012 г.
Богатенков И.М., Бочаров Ю.Н., Гумерова Н.И., и др. Техника высоких напряжений: Учебник для вузов, 2003 г.

Слайд 3

Лекция 1

Высоковольтные испытания

Виды испытаний:
типовые – проводятся на головных образцах или на образцах

Лекция 1 Высоковольтные испытания Виды испытаний: типовые – проводятся на головных образцах
из первой производственной партии с целью оценки соответствия характеристик нового типа изделия требованиям стандарта или ТУ;
приемо-сдаточные – испытывается каждый образец при выпуске с предприятия-изготовителя;
периодические – проводятся по истечении определенного промежутка времени для проверки качества и стабильности характеристик изоляции изделия и соответствия их требованиям стандартов или ТУ;
профилактические – проводятся в процессе эксплуатации электрооборудования с целью выявления развивающихся дефектов, которые могут привести к возникновению аварии.

Слайд 4

Виды типовых испытаний:
напряжением грозового импульса;
напряжением коммутационных импульсов;
выдерживаемое напряжение при плавном подъеме в

Виды типовых испытаний: напряжением грозового импульса; напряжением коммутационных импульсов; выдерживаемое напряжение при
сухом состоянии;
выдерживаемое напряжение при плавном подъеме под дождем;
испытание внешней загрязненной и увлажненной изоляции;
испытание изоляции на стойкость к тепловому пробою;
испытание электрооборудования переменным напряжением с измерением радиопомех;
испытание внешней изоляции переменным напряжением на отсутствие видимой короны;
метод «вверх-вниз» для определений 50 % -го разрядного напряжения;
метод разрядного напряжения (применяется для определения выдерживаемого напряжения для отдельного испытания самовосстанавливающейся внешней изоляции и испытания между контактами газонаполненных выключателей).

Слайд 5

Испытания напряжением промышленной частоты

Испытания одноминутным напряжением
Нормированное напряжение прикладывается однократно;
Длительность испытаний может быть

Испытания напряжением промышленной частоты Испытания одноминутным напряжением Нормированное напряжение прикладывается однократно; Длительность
увеличена до 5 мин. для электрооборудования класса напряжения 220 кВ и ниже с основной органической твердой изоляцией (кроме бумажно-масляной);
Испытания трансформаторов и реакторов осуществляется с использованием напряжения повышенной частоты (из-за насыщения магнитопроводов). При испытании трансформаторов класса 110 кВ и выше напряжение повышенной частоты подается на обмотку НН. Часто используется f = 225 Гц (но не более 400 Гц).

Особенности проведения испытаний:
Испытательное напряжение должно быть синусоидальным;
Подъем напряжения должен осуществляться плавно. Допускается быстрый подъем напряжения («рывком») на величину 1/3 от Uисп .

Если в ходе испытаний не произошел полный пробой и не появились недопустимые повреждения, которые могут быть определены по результатам последующих измерений tg δ и характеристик частичных разрядов, то изоляция считается выдержавшей испытания.

Слайд 6

Испытания длительным переменным напряжением
Допускается использование напряжения повышенной частоты при испытании трансформаторов и

Испытания длительным переменным напряжением Допускается использование напряжения повышенной частоты при испытании трансформаторов
реакторов;
Длительность типовых испытаний – 1 ч., приемо-сдаточных испытаний – 0.5 ч. для электрооборудования класса 220 – 500 кВ и не менее 1 ч. для электрооборудования класса 750 кВ.
В процессе испытаний осуществляется измерение характеристик частичных разрядов.

Если в ходе испытаний уровень частичных разрядов не превысил значения 3 ∙ 10-10 Кл при напряжении
или 5 ∙ 10-10 Кл при напряжении , то изоляция трансформаторов и реакторов считается выдержавшей испытания.

Изолятор считается выдержавшим испытание, если интенсивность частичных разрядов во время испытаний не превысила значения 10-10 Кл.

Uн.р. – наибольшее рабочее (линейное) напряжение электрооборудования.

Нормированные испытательные длительные переменные напряжения внутренней
изоляции силовых трансформаторов и шунтирующих реакторов

Слайд 7

Определение выдерживаемого напряжения при плавном подъеме
Испытывается внешняя изоляция в сухом состоянии и

Определение выдерживаемого напряжения при плавном подъеме Испытывается внешняя изоляция в сухом состоянии
внутренняя газовая изоляция с элементами несамовосстанавливающейся изоляции;
Проводится методом трехкратного приложения нормированного напряжения при плавном подъеме без последующей выдержки.

Объект считается выдержавшим испытания, если не произошло ни одного полного разряда. Если произошел один полный разряд, то испытание должно быть повторено при шестикратном приложении напряжения. Если при повторном испытании не произошло ни одного разряда, то изоляция считается выдержавшей испытания.

Определение выдерживаемого напряжения внешней изоляции при плавном подъеме под дождем
Проводится методом трехкратного приложения нормированного напряжения при плавном подъеме;
Объект устанавливается в рабочее положение и создается дождь с равномерной капельной структурой под углом 45° к горизонтали с силой 3 ± 0.3 мм/мин и удельным сопротивлением воды 100 ± 10 Ом∙м (при 20 °С);
Напряжение прикладывается к объекту испытания после его пребывания под дождем не менее 1 мин.

Испытание внешней загрязненной и увлажненной изоляции
На объект испытания наносится из пульверизатора солевой раствор (H2O + NaCl или CaCl2) с поверхностной проводимостью 8 – 12 мкСм;
Напряжение подается толчком (без плавного подъема), а для оценки испытаний используется 50% влагоразрядное напряжение.

Изоляторы считаются выдержавшими испытания, если 50% влагоразрядное напряжение при заданной удельной поверхностной проводимости слоя загрязнения превышает нормированное.

Слайд 8

Испытание изоляции на стойкость к тепловому пробою
К изоляции прикладывается нормированное напряжение и

Испытание изоляции на стойкость к тепловому пробою К изоляции прикладывается нормированное напряжение
выдерживается до достижения установившегося значения tg δ;
Тепловой режим должен быть эквивалентным режиму при номинальном токе электрооборудования.
Температура окружающей среды должна соответствовать предельно допустимой температуре по нормативным документам на испытуемое оборудование (для России обычно +35 °С);
Испытательное напряжении для электрооборудования классов 3 – 35 кВ составляет 1.1Uн.р.,
для классов 110 кВ и выше .

Испытание электрооборудования переменным напряжением с измерением радиопомех
Проводят с изоляцией в сухом состоянии при относительной влажности воздуха не более 80%;
Объект испытания должен быть очищен от загрязнения и пыли;
Уровень радиопомех (напряжение в мкВ) измеряют после 5 мин. Выдержки при напряжении ;
Измерения следует проводить на частоте 500 ± 50 кГц
Допускается измерение на других частотах в диапазоне 500 кГц – 2 МГц, если это нет особых требований.

Объект считается выдержавшим испытание, если уровень радиопомех при указанном напряжении не превосходит нормированное значение, указанное в стандартах на электрооборудование отдельных видов.

Слайд 9

Испытания внешней изоляции переменным напряжением на отсутствие видимой короны
Проводятся для трансформаторов напряжения

Испытания внешней изоляции переменным напряжением на отсутствие видимой короны Проводятся для трансформаторов
и тока, аппаратов, конденсаторов связи и изоляторов в сухом состоянии в затемненном помещении (на открытых площадках в ночное время);
Отсутствие видимой короны определяют визуально или фотографированием;
При визуальном наблюдении для выявления возможных мест коронирования значение напряжения на испытуемом объекте поднимают плавно до 110 – 120% нормированного напряжения относительно земли, затем снижают до нормированного значения, а при фотографировании поднимают до нормированного значения и выдерживают его 5 мин.
Нормированное напряжение принимается равным .

Объект считается выдержавшим испытание, если при нормированном значении напряжения отсутствовала видимая корона или наблюдалась визуально или на фотографии только слабая корона без значительных стримеров, возникающих в отдельных точках.

Испытания с измерением характеристик частичных разрядов
В начале на объект испытания подается переменное напряжение на 10 сек. величиной 1.3 Uн.р для электрооборудования классов 3 – 35 кВ и 1.05 Uн.р для классов 110 кВ и выше;
Далее напряжение снижается без отключения до значения и выдерживается не менее 1 мин.;
После производится измерении интенсивности частичных разрядов.

Допустимые значения уровня частичных разрядов:
5·10–11 Кл для трансформаторов тока и напряжения с твердой изоляцией;
10–11 Кл для трансформаторов тока и напряжения с масляной изоляцией и изоляции главных цепей КРУЭ.

Слайд 10

Испытания изоляции импульсными напряжениями

Виды импульсов напряжения:
Грозовой (полный, срезанный);
Коммутационный (апериодический, колебательный)

Испытания внутренней изоляции

Испытания изоляции импульсными напряжениями Виды импульсов напряжения: Грозовой (полный, срезанный); Коммутационный (апериодический,
производятся приложением трех полных и трех срезанных импульсов заданных значений напряжения положительной и отрицательной полярности.
Изоляция считается выдержавшей испытания, если не произошел полный пробой и не наблюдались недопустимые повреждения, которые могут быть определены по искажению прикладываемого импульса или по результатам последующих измерений tg δ или характеристик ч.р.
Испытания внешней и внутренней газовой изоляции производятся 15-ударным приложением полных и срезанных грозовых импульсов обеих полярностей.
Испытания считаются успешными, если произошло не более двух полных разрядов в каждой серии из 15 приложенных импульсов.

– выдерживаемое напряжение.

U0.5 – 50% разрядное напряжение;
σ – среднеквадратическое отклонение.

Определение U0.5
метод ступенчатого подъема;
метод «вверх-вниз».

– функция плотности вероятности
нормального распределения.

– стандартное отклонение в относительных
единицах (коэффициент вариации)

σ* = 0.03 – 0.06 в зависимости от системы изоляции.

Слайд 11

Испытания методом разрядного напряжения

Испытывается внешняя и внутренняя газовая изоляция.
Испытания проводятся методом плавного

Испытания методом разрядного напряжения Испытывается внешняя и внутренняя газовая изоляция. Испытания проводятся
подъема напряжения при промышленной частоте, а также при воздействии грозовых и коммутационных импульсов.
Проводится серия испытаний, интервалы между приложением напряжения должны быть не менее 1 мин.

Изоляция считается выдержавшей испытания, если фактически выдерживаемое напряжение или среднее разрядное (U0.5) ≥ нормированного испытательного значения.

Слайд 12

Испытания методом «вверх-вниз»

Метод испытания предусматривает приложение к объекту одинаковых по форме и

Испытания методом «вверх-вниз» Метод испытания предусматривает приложение к объекту одинаковых по форме
различных для каждого из последующих приложений по значению напряжений в зависимости от результата предшествующего приложения. Если при приложении данного напряжения на объекте испытания произошел полный разряд, то значение напряжения при последующем приложении уменьшается, если же полного разряда не было, то значение напряжения увеличивают.
Данный метод испытания применяют преимущественно при испытаниях импульсным напряжением и при испытаниях внешней загрязненной и увлажненной изоляции.
Применяется в случаях, когда значение стандартного отклонения нормировано и требуется определить только 50% разрядное напряжение.
Разность между соседними уровнями напряжении ΔU = (0.5 – 2) σ* U0.5.
Результаты испытаний представляют в виде ряда возрастающих значений напряжения U1, U2, U3 … Un с интервалом ΔU.
Определяется число разрядов для каждого уровня напряжения n1, n2, n3 … nm, а также число опытов без разряда n'1, n'2, n'3 … n'm.
Общее число разрядов , а число опытов без разряда .

Если N > N', то ; если N < N', то .

Слайд 13

Испытательные установки переменного тока

Предназначены для воспроизведения в лабораторных условиях воздействия напряжения

Испытательные установки переменного тока Предназначены для воспроизведения в лабораторных условиях воздействия напряжения
промышленной частоты на изоляцию линий электропередач и высоковольтного оборудования.
Проводятся:
исследования электрической прочности;
исследования стойкости к тепловому пробою внутренней изоляции;
испытания внешней изоляции в сухом состоянии и в условиях загрязнения и увлажнения
Требования к форме напряжения:
форма кривой напряжения практически синусоидальная;
ГОСТ / МЭК;
f = 50 ± 5 Гц (допускается увеличение до 400 Гц).

При испытаниях при повышенной частоте:

– эквивалентное 50 Гц время испытания.

Требования к установкам и общая схема

Лекция 2

Слайд 14

Требования к току КЗ на высокой стороне трансформатора:
при испытаниях воздушных промежутков или

Требования к току КЗ на высокой стороне трансформатора: при испытаниях воздушных промежутков
сухой наружной изоляции не менее 0.3 А;
при испытаниях жидкой и твердой изоляции не менее 0.1 А;
при испытаниях загрязненной и увлажненной изоляции не менее 5 А (6 А – по стандарту МЭК).
Требования к нагрузочной емкости:
величина нагрузочной емкости не менее 500 пФ / 1000 пФ (ГОСТ/МЭК),
нагрузочная емкость – емкость испытательного объекта, емкость делителя напряжения, емкость шарового разрядника, дополнительная емкость.

Схема установки для испытания переменным U

QF – автоматический выключатель;
KM – контакты магнитных пускателей;
KA – реле тока;
ИШР – искровой шаровой разрядник;
ИО – испытательный объект;
ИП – измерительный прибор.

Слайд 15

Регуляторы напряжения

Требования к регулятору напряжения:
необходимая мощность для проведения испытаний;
низкое реактивное сопротивление;
не должен

Регуляторы напряжения Требования к регулятору напряжения: необходимая мощность для проведения испытаний; низкое
искажать форму U;
включение «рывком» при 30 – 50 % Uисп ;
плавная регулировка U (2 – 3 % Uисп).

Схема понижающего (А) и повышающего (Б)
автотрансформатора

(А)

(Б)

Образование короткозамкнутого витка

Витки обмотки

Контактный ролик

Виды регуляторов напряжения:
автотрансформаторы;
трансформаторы с подвижной вторичной обмоткой;
индукционные регуляторы;
управляемые синхронные генераторы.

Слайд 16

Схема трансформатора с подвижной вторичной обмоткой
а) +U2, б) U2 = 0, в)

Схема трансформатора с подвижной вторичной обмоткой а) +U2, б) U2 = 0,
– U2,

Схема индукционного регулятора напряжения

Схема регулировки напряжения с двумя трансформаторами

Если w1 ≠ w2
β = 180° → U2 = U1 + E2
β = 0° → U2 = U1 - E2

Блок-схема регулятора напряжения на основе
синхронного генератора

Двигатель постоянного тока
ω = var

3-фазный синхронный
генератор
U = var

Объект испытания

Если w1 = w2
β = 180° → U2 = 2U1
β = 0° → U2 = 0

– частота вращения ДПТ.

– частота вращения магнитного поля
статора АД.

Слайд 17

Испытательные трансформаторы

Особенности испытательных трансформаторов:
высокий коэффициент трансформации (100 – 500);
высокая индуктивность рассеяния;
малая мощность.
Требования:
отсутствие

Испытательные трансформаторы Особенности испытательных трансформаторов: высокий коэффициент трансформации (100 – 500); высокая
ЧР во всем диапазоне Uисп;
отсутствие резонанса на промышленной частоте.

Схема соединения обмоток и их
расположение на магнитопроводе

1 – обмотка низкого напряжения;
2 – обмотка высокого напряжения;
3 – бак трансформатора;
4 – магнитопровод;
5 – обмотки связи;
6 – дополнительная обмотка низкого напряжения;
7 – проходные изоляторы.

Слайд 18

Каскадное включение трансформаторов

Схема каскада трансформаторов с последовательным питанием

Вид испытательной установки
с последовательным питанием

Каскадное включение трансформаторов Схема каскада трансформаторов с последовательным питанием Вид испытательной установки
трансформаторов

750 кВ

1500 кВ

2250 кВ

6 кВ

375 кВ

750 кВ

1125 кВ

1500 кВ

Т1

Т2

Т3

1875 кВ

Слайд 19

Схема каскада трансформаторов с параллельным питанием

Вид испытательной установки
с параллельным питанием трансформаторов

Т1

Т2

Т6

Т4

Т5

Т3

6 кВ

6

Схема каскада трансформаторов с параллельным питанием Вид испытательной установки с параллельным питанием
кВ

6 кВ

0

0

0

375 кВ

750 кВ

750 кВ

750 кВ

750 кВ

1500 кВ

1500 кВ

1500 кВ

1875 кВ

2250 кВ

1875 кВ

1125 кВ

Слайд 20

3-х уровневый каскад трансформаторов 3 × 600 кВ, 2 А

делитель переменного напряжения

3-х уровневый каскад трансформаторов 3 × 600 кВ, 2 А делитель переменного напряжения на 1500 кВ
на 1500 кВ

Слайд 21

Испытательные установки постоянного тока

U= используется для испытания изоляции:
конденсаторов;
кабелей;
вращающихся машин.
(объекты испытаний с большой

Испытательные установки постоянного тока U= используется для испытания изоляции: конденсаторов; кабелей; вращающихся
C)
Преимущества:
нет необходимости использовать высокомощные трансформаторы;
испытательные установки U= имеют менышие размеры по сравнению с U~;
есть возможность измерять ток утечки.
Недостатки:
U распределяется в изоляции пропорционально R, а не обратно пропорционально C, как при U~ .

Слайд 22

Однокаскадные схемы выпрямления

Схема однополупериодного выпрямителя

Графики напряжении и тока через вентиль

При Rн =

Однокаскадные схемы выпрямления Схема однополупериодного выпрямителя Графики напряжении и тока через вентиль

I = 0, ΔU =0, δU = 0, U= = Um;
При Rн ≠ ∞
I ≠ 0, U2max < Um на величину ΔU

Схема удвоения напряжения
с симметричным выводом

Схема выпрямителя с удвоением напряжения
по отношению к земле

Слайд 23

Схемы умножения напряжения

Схема однополупериодного
умножителя

При Rн = ∞ → Uвых = 2n ∙

Схемы умножения напряжения Схема однополупериодного умножителя При Rн = ∞ → Uвых
Um
n – число ступеней.
При Rн ≠ ∞ см. рисунок
а – зарядка конденсаторов правой
части схемы;
б – стекание заряда с конденсаторов
на нагрузку;
в – подзарядка конденсаторов левой
части схемы от конденсаторов
правой части.

Пульсации напряжения на выходе
схемы умножения

Слайд 24

Схема двухполупериодного
умножителя

При увеличении числа вентилей в 2 раза и конденсаторов в 1.5

Схема двухполупериодного умножителя При увеличении числа вентилей в 2 раза и конденсаторов
раза
значение ΔU и δU уменьшается в 8 раз.
Еще большее снижение ΔU и δU возможно при использовании параллельного соединения 3 схем при питании от 3-х фазной сети.

Слайд 25

Высоковольтные вентили

Схема замещения цепочки диодов при обратном напряжении

Рисунок высоковольтного
вентиля

1 – торцевые экраны;
2

Высоковольтные вентили Схема замещения цепочки диодов при обратном напряжении Рисунок высоковольтного вентиля
– экраны кольцевые для исключения коронного
разряда на составных элементах вентиля;
3 – высоковольтные диоды;
4 – конденсаторы;
5 – соединительные скобы для крепления
диодов и конденсаторов;
6 – монтажная плата из изоляционного материала;
7 – крепежные стойки из изоляционного материала.

C0 = CДИОДА + CДОП
Должно быть C0 ≥ 3CП

l – длина вентиля;
h – расстояние до земли;
r – эквивалентный радиус вентиля;
n – количество диодов.

Слайд 26

Испытательная установка постоянного напряжения на 2000 кВ, 10 мА

Высоковольтный измерительный резистор

Испытательная установка постоянного напряжения на 2000 кВ, 10 мА Высоковольтный измерительный резистор

Слайд 27

Генераторы импульсных напряжений

Параметры импульсов напряжения

ГИН предназначены для воспроизведения импульсных воздействий грозового

Генераторы импульсных напряжений Параметры импульсов напряжения ГИН предназначены для воспроизведения импульсных воздействий
характера на изоляцию высоковольтного
оборудования и генерирования импульсов высокого напряжения микро- и наносекундного диапазонов.

Стандартный полный
грозовой импульс «1.2/50»

Tф = 1.67 T
Tф = 1.2 ± 0.36 мкс
Tи = 50 ± 10 мкс

Определение максимального значения апериодического импульса: а, б – с одиночными выбросами; в, г – наложенными колебаниями

а, в – max средней линии;
б, г – max импульса.

T – время, за которое U увеличивается с 30 до 90 %;
Tи – время, за которое U уменьшается на 50 %.

Бывает еще стандартный срезанный грозовой импульс
(на фронте или на спаде) Tс = 2 – 5 мкс

Лекция 3

Слайд 28

Схемы однокаскадных ГИН

Схема одноступенчатого ГИН

Схема одноступенчатого ГИН с разделенными фронтовым и демпферным

Схемы однокаскадных ГИН Схема одноступенчатого ГИН Схема одноступенчатого ГИН с разделенными фронтовым
резисторами

R1 устраняет ВЧ колебания U;
C2 формирует фронт импульса;
R2 формирует спад импульса;
R4 ограничивает зарядный ток емкости C;
L – паразитная индуктивность контура;
F – искровой разрядник;
C > C2 в 10 и более раз.

– напряжение в контуре C – R1 – C2

– напряжение в контуре C – R1 – R2

– U max на С2 (амплитуда импульса)

R1 <

Umax ≈ 400 кВ

Срезанные импульсы создаются с помощью разрядников,
подключенных параллельно объекту испытания

Слайд 29

Схемы многокаскадных ГИН

Схема многоступенчатого ГИН

Общий вид многокаскадного ГИН этажерочного типа

CF – емкость

Схемы многокаскадных ГИН Схема многоступенчатого ГИН Общий вид многокаскадного ГИН этажерочного типа
разрядника;
CM – емкость между этажами ГИН;
CЗ – емкость этажа ГИН относительно земли;
CП = CF + CM – продольная емкость.

– коэффициент перенапряжения на n разряднике

Слайд 30

Схема многоступенчатого ГИН
с 2 конденсаторами на ступени

Преимущества данной схемы:
используются 2 полупериода питающего

Схема многоступенчатого ГИН с 2 конденсаторами на ступени Преимущества данной схемы: используются
напряжения → исключается
намагничивание магнитопровода трансформатора;
напряжение на каждой ступени в 2 раза выше → большее Umax;
меньшее число разрядников по отношению к числу конденсаторов →
→ более стабильное срабатывание.

Слайд 31

ГИН на 4000 кВ

ГИН на 4000 кВ

Слайд 32

Конструкции ГИН

ГИН используются:
для исследований и испытаний электрической изоляции;
в качестве источников высокого напряжения

Конструкции ГИН ГИН используются: для исследований и испытаний электрической изоляции; в качестве
в физических лабораториях при изучении ядерных процессов;
в медицинских лабораториях для терапевтических целей;
в импульсной рентгенографии;
в нефтяной промышленности для удаления некоторых эмульсий;
в горной и горнодобывающей промышленности для разрушения горных пород и обогащения полезных ископаемых.
Различные конструкции ГИН:
для работы в помещениях или на открытом воздухе;
стационарные или передвижные;
опорные или подвесные.
Требования к ГИН:
малую индуктивность разрядного контура;
малый вес;
доступность обслуживания и ремонта;
возможность регулировки формы и амплитуды импульса;
возможность переоборудования с целью увеличения амплитуды импульса или емкости в разряде.

Слайд 33

Основные параметры ГИН:
максимальная амплитуда импульса;

емкость при разряде;

величина запасаемой энергии;

удельная энергия;

n – число

Основные параметры ГИН: максимальная амплитуда импульса; емкость при разряде; величина запасаемой энергии;
ступеней ГИН;
η – коэффициент использования зарядного напряжения;
Cк – емкость одного конденсатора;
V – объем всех элементов ГИН.

Общий вид многокаскадного ГИН колонного типа

Типы многокаскадных ГИН:
лестничные (Wуд = 0.01– 0.5 кДж/м3);
этажерочные (Wуд = 0.2– 1.2 кДж/м3);
башенные (Wуд = 0.5– 3.5 кДж/м3);
колонные (Wуд = 1– 4 кДж/м3).

Слайд 34

Размещение ГИН в высоковольтном зале

Минимальное расстояние между высоковольтными установками и расстояние

Размещение ГИН в высоковольтном зале Минимальное расстояние между высоковольтными установками и расстояние

до объектов с нулевым потенциалом:
до 1000 кВ
переменное U 50 Гц – 350 кВ/м;
постоянное U – 400 кВ/м;
импульсное U – 500 кВ/м;
выше 1000 кВ
см. рисунок ☺

Минимальные расстояния до
высоковольтных установок

1 – переменное U (f = 50 Гц);
2 – импульсное U с длительностью фронта 2500 – 3000 мкс;
3 – импульсное U «1.2/50» положительной полярности;
4 – импульсное U «1.2/50» отрицательной полярности;
5 – постоянное U положительной полярности;
6 – постоянное U положительной полярности.

Слайд 35

Высоковольтные испытательные залы

Высоковольтные испытательные залы

Слайд 36

Генераторы коммутационных импульсов

Параметры коммутационных импульсов напряжения

Коммутационные (внутренние) перенапряжения – наиболее частые

Генераторы коммутационных импульсов Параметры коммутационных импульсов напряжения Коммутационные (внутренние) перенапряжения – наиболее
перенапряжения в изоляции электрооборудования с рабочим напряжением 300 кВ и выше.
Генераторы коммутационных импульсов (ГКИ) = генераторы внутренних перенапряжений (ГВП).

Апериодический

Колебательный (затухающие колебания вблизи нулевого значения)

Колебательный (затухающие колебания вблизи более низкой частоты)

«250/2500»
ТП = 250 ± 50 мкс
ТИ = 2500 ± 750 мкс
Используют также:
«100/2500», «500/2500», «1000/5000».
ТП ± 20 %, ТИ ± 30 %, Um ± 3 %.

«4000/7500»
ТП = 4000 ± 1000 мкс
ТИ = 7500 ± 2500 мкс

«20/500»
ТП ≥ 20 мкс
Т0 ≥ 500 мкс
Т90 ≥ 200 мкс

Слайд 37

Схемы генераторов коммутационных импульсов

ГКИ на основе трансформатора,
возбуждаемого разрядом конденсаторной батареей

C2 –

Схемы генераторов коммутационных импульсов ГКИ на основе трансформатора, возбуждаемого разрядом конденсаторной батареей
емкость испытуемого объекта;
CТ – емкость испытательного трансформатора;
R – резистор, регулирующий время подъема импульса;
Lk – индуктивность КЗ трансформатора (формирует время подъема);
Lµ – индуктивность ХХ трансформатора (формирует длительность импульса).
Трансформатор имеет разное значение L, т.к. µ = f(H).

Недостатки данной схемы:
трудность регулирования длительности импульса;
низкий коэффициент использования зарядного U;
невозможность применения, когда по условиям испытания требуется ограничение напряжения второго полупериода по сравнению с первым.

Апериодические коммутационные импульсы получают с помощью ГИН (используются большие C и R).

Схемы колебательных коммутационных импульсов:

Слайд 38

ГКИ на основе двух колебательных
контуров и трансформатора

– частота колебательных контуров.

Большая

ГКИ на основе двух колебательных контуров и трансформатора – частота колебательных контуров.
f определяет ТП,
меньшая f определяет ТИ.

ГКИ на основе колебательного контура, контура
апериодического разряда и трансформатора

Схема формирования затухающих колебаний вблизи нулевого значения

Схема формирования затухающих колебаний вблизи более низкой частоты

Преимущества данных схем:
возможность регулирования формы U в широких пределах;
более высокий коэффициент использования зарядного U.

Слайд 39

Схемы для испытания коммутационной и
пропускной способностей электрических аппаратов

Генератор импульсных токов (ГИТ)

Применение ГИТ:
имитация

Схемы для испытания коммутационной и пропускной способностей электрических аппаратов Генератор импульсных токов
токов молнии (104 – 105 А);
исследование пропускной способности коммутационных аппаратов;
исследование термических и электрохимических воздействий импульсных токов на элементы электрооборудования.

Схема ГИТ

– апериодический разряд.

– колебательный разряд.

Слайд 40

Схемы для испытания высоковольтных выключателей
на отключающую способность

Особенности:
проектирование коммутационного оборудования невозможно без проведения

Схемы для испытания высоковольтных выключателей на отключающую способность Особенности: проектирование коммутационного оборудования
экспериментальных исследований;
выключатели должны отключать токи КЗ ~ десятки – сотни кА.
Сложности:
нельзя для проверки подключить коммутационное оборудование к действующей сети;
создание необходимой нагрузки на исследуемом оборудовании.

Схема испытания высоковольтных выключателей с применением ударного генератора

G – ударный генератор;
LГ – индуктивность генератора;
L – внешняя индуктивность (реактор);
t0 – момент замыкания контакта Q1;
t1 – момент размыкания контакта Q2;
t2 – момент погасания дуги и восстановление напряжения на контакте Q2;
uД – напряжение дуги в контакте Q2;
R и C регулирую форму восстановленного напряжения на разомкнутом контакте Q2;
RШ – токовый шунт для измерения осциллограммы тока,
Q2 – испытуемый контакт.

Слайд 41

Схемы для исследования пропускной способности
нелинейных ограничителей перенапряжений

ОПН – электрический аппарат, предназначенный для

Схемы для исследования пропускной способности нелинейных ограничителей перенапряжений ОПН – электрический аппарат,
защиты оборудования систем электроснабжения от коммутационных и грозовых перенапряжений. ОПН также можно назвать разрядником без искровых промежутков.

Электрод

Корпус из полиамида

Нелинейный элемент (варистор)

Силиконовая оболочка

Вольт-амперная характеристика ОПН

Устройство ОПН

Варистор изготавливают из ZnO + оксиды других Ме (Bi, Sb, Co, Mn, Ni, Cr, Si).

Слайд 42

Схема испытания апериодическим импульсом тока

Форма импульса тока «8/20»

«8/20»
ТФ = 8 ±

Схема испытания апериодическим импульсом тока Форма импульса тока «8/20» «8/20» ТФ =
1 мкс
ТИ = 20± 2 мкс

Схема испытания прямоугольным импульсом тока

Форма прямоугольного импульса тока

Т – условная длительность
I > 90 % Imax
ТП – полная длительность
I > 10 % Imax
ТП – T < 1мс

Слайд 43

Измерение установившихся значений
высокого напряжения

Электростатические киловольтметры

Лекция 4

Типы электростатических киловольтметров:
абсолютные;
технические.

Схема абсолютного электростатического киловольтметра

– сила

Измерение установившихся значений высокого напряжения Электростатические киловольтметры Лекция 4 Типы электростатических киловольтметров:
взаимодействия проводников в
электростатическом поле.

1 – подвижный электрод;
2 – неподвижный электрод;
3 – коромысло;
4 – охранное кольцо;
5 – контактная система;
6 – гирьки;
7 – сигнальные лампы.

Преимущества:
максимальное измеряемое напряжение 300 – 400 кВ;
низкая погрешность измерения (0.01 – 0.4 %).
Недостатки:
сложное и неудобное измерение.

Слайд 44

Схема технического электростатического киловольтметра
с вращательным движением подвижного электрода

1, 2 – неподвижные электроды;
3

Схема технического электростатического киловольтметра с вращательным движением подвижного электрода 1, 2 –
– подвижный электрод;
4 – коромысло;
5 – ось вращения;
6 – шкала и световой указатель;
7 – воздушный демпфер.

Также бывают электростатические киловольтметры с поступательным движением подвижного электрода (конструкция и принцип действия аналогичны).
Главное преимущество всех киловольтметров – высокое внутренне сопротивление (R ~ 1015 Ω).

Слайд 45

Измерение высокого напряжения шаровым разрядником

Схемы включения измерительного шарового разрядника:
а – симметричная;

Измерение высокого напряжения шаровым разрядником Схемы включения измерительного шарового разрядника: а –
б – несимметричная

Расположение измерительного шарового разрядника

Широкий диапазон измеряемых напряжений (десятки – тысячи кВ);
Погрешность измерения ± 3%.

Слайд 46

Необходимые условия при измерении напряжения шаровыми разрядниками:
Минимальное расстояние от точки с максимальной

Необходимые условия при измерении напряжения шаровыми разрядниками: Минимальное расстояние от точки с
E до земли и окружающих предметов;
Удаленность соединительных проводов от шаровых электродов;
Правильный диаметр электродов в зависимости от расстояния между ними (0.05 D ≤ S ≤ 0.5 (или 0.75) D);
Сопротивление защитного резистора 1 – 10 Ω/В;
Рабочее состояние электродов.

Необходимо делать поправку на температуру, давление и влажность воздуха.

Слайд 47

Измерение высокого напряжения постоянного тока
низковольтными приборами с дополнительными резисторами

Схема измерения высокого напряжения
постоянного

Измерение высокого напряжения постоянного тока низковольтными приборами с дополнительными резисторами Схема измерения
тока низковольтным прибором с добавочным резистором

Сопротивление R1 – цепочка резисторов (R = 0.5 – 1 MΩ, U = 0.5 – 1 кВ/шт.);
Imax ≤ 100 мкА.

Схемы измерения высокого напряжения постоянного тока с помощью электростатического вольтметра

– коэффициент деления

Слайд 48

Измерение высокого напряжения переменного тока
низковольтными приборами с делителями напряжения

Схемы измерения высокого напряжения

Измерение высокого напряжения переменного тока низковольтными приборами с делителями напряжения Схемы измерения
переменного тока с помощью емкостного делителя напряжения

– коэффициент деления емкостного делителя напряжения.

В качестве верхнего плеча делителя C1 могут быть использованы:
высоковольтные конденсаторы;
электродные системы (шар-шар, плоскость-плоскость);
опорные или подвесные изоляторы.
Электродная система шар-шар d = 12.5 см, S = 10 см → C ≈ 5 пФ.
Гирлянда из 6 изоляторов → C ≈ 6 пФ.

Слайд 49

Схема измерения амплитудного значения высокого напряжения переменного тока

Форма напряжения на нижнем плече

Схема измерения амплитудного значения высокого напряжения переменного тока Форма напряжения на нижнем
делителя

C1, C2 – емкостной делитель;
VD1, VD2 – полупроводниковые диоды;
C3 – измерительная емкость;
R2, C4 – симметрирующие схему элементы;
R1 – дополнительный резистор;
PA – измерительный прибор.

Измерение U в точках (a) и (b) дает возможность проверить синусоидальность измеряемого напряжения.

– постоянная времени.

Если τ = 1 с → погрешность измерения ~ 1 %.

Слайд 50

Схема измерения высокого напряжения
переменного тока с использованием
диодных мостов

Схема измерения высокого

Схема измерения высокого напряжения переменного тока с использованием диодных мостов Схема измерения
напряжения переменного и постоянного токов

VD1 - VD2 – двухполупериодный выпрямитель.

– условие равенства коэффициентов деления при U= и U~

Слайд 51

Измерение импульсного высокого напряжения

Измерение максимального значения

Схема измерения максимального значения импульсного напряжения

Графики напряжения

Измерение импульсного высокого напряжения Измерение максимального значения Схема измерения максимального значения импульсного
Измерение только максимального значения импульсного U достаточно при проведении массового контроля выпускаемого заводом оборудования (ограничители перенапряжений, разрядники)

Т.к. в открытом состоянии RVD ~ несколько дес. Ω → измеренное Um ниже реального значения на величину ΔU.
Кнопка SB нужна для разряда измерительной емкости C3.
Сопротивление R ~ 1 MΩ необходимо для исключения постоянной составляющей из U2(t).

Слайд 52

Резистивно - емкостной делитель напряжения

Применяется для регистрации срезанных грозовых, коммутационных колебательных и

Резистивно - емкостной делитель напряжения Применяется для регистрации срезанных грозовых, коммутационных колебательных
более коротких импульсов напряжения.

Схема резистивно – емкостного
делителя напряжения

L – индуктивность контура подсоединения;
R – демпфирующее сопротивление.

Должно быть R1C1 = R2C2

Если R1C1 ≠ R2C2 , то КД = f(t)

Слайд 53

Измерение больших импульсных токов

Измерение импульсных токов с помощью низкоомных шунтов

Большие импульсные токи

Измерение больших импульсных токов Измерение импульсных токов с помощью низкоомных шунтов Большие
необходимо измерять:
при исследовании атмосферных процессов (при разрядах молнии);
при изучении физики плазмы;
при испытаниях сильноточных выпрямителей, высоковольтных выключателей, вентильных разрядников и нелинейных ограничителей перенапряжений.

Схема подключения токового шунта
и его схема замещения

– напряжение на токовом шунте без учета индуктивности.

– напряжение на токовом шунте с учетом индуктивности.

R0 – сопротивление для исключения отражения волн.
Индуктивность можно не учитывать, если ωL < 0.05 RШ
ω – частота сигнала или эквивалентная частота фронта импульса.

Слайд 54

Бифилярный токовый шунт

1 – медные пластинчатые зажимы;
2 – бифилярно сложенные ленты из

Бифилярный токовый шунт 1 – медные пластинчатые зажимы; 2 – бифилярно сложенные
металла с высоким удельным сопротивлением;
3 – слой диэлектрика;
4 – коаксиальный разъем.

h

– индуктивность бифилярного токового шунта.

Коаксиальный токовый шунт

1 – обратный проводник;
2 – диэлектрический цилиндр;
3 – прямой проводник;
4 – соединительный фланец;
5 – стержень для подключения осциллографа;
6 – фланец для подключения осциллографа.

– индуктивность коаксиального токового шунта.

Имя файла: Техника-высоких-напряжений.pptx
Количество просмотров: 37
Количество скачиваний: 0