Technika Wysokich Napięć PDF

Preview

Summary

Download Technika Wysokich Napięć PDF

Description

Pomiar napięcia udarowego: • Metody wytwarzania udarów piorunowych, - Generator udarowy, duży kondensator, iskiernik Stosuje się układy jedno lub wielostopniowe w zależności od wymaganej amplitudy udaru. Generatory udarowe na najwyższe napięcia są budowane według zasady zwielokrotniania napięcia podanej przez E. Marxa. Kondensatory ładuje się w układzie równoległym napięciem niższym, a następnie przełącza się je w szereg uzyskując zwielokrotnienie napięcia. Przełączanie odbywa się samoczynnie za pomocą iskierników. Zapłon w jednym iskierniku I' powoduje nagłe zwiększenie napięć w innych iskiernikach, co synchronizuje zapłony tak, że zwieranie wszystkich przerw iskiernikowych odbywa się praktycznie jednocześnie.

Rysunek 1. Schemat generatora Marxa

Rezystory R4 dobiera się tak aby ich rezystancja była: - jak najmniejsza przy ładowaniu, - jak największa przy zapłonie iskierników (warunki przerwy).

• Parametry udarów piorunowych, Rozróżnia się udary piorunowe – krótkie i udary łączeniowe – długie. Udar charakteryzują parametry: - wartość szczytowa – Um [kV] - czas trwania czoła – T1, [μs] - czas do półszczytu na grzbiecie – T2 [μs] - kształt udaru – T1/T2 Znormalizowany udar piorunowy: T1/T2 = 10,2/50 Znormalizowany udar łączeniowy: T1/T2 = 250/2500

• Zasada działania generatora udarowego, Można wyróżnić generatory jednostopniowe jak i wielostopniowe (w zależności od wymaganej amplitudy udaru). Generatory wielostopniowe pozwalają na uzyskanie znacznie większej amplitudy udaru niż jednostopniowe. Z źródła napięcia stałego przez odpowiednio dobraną rezystancję ładuje się kondensator do takiej wartości napięcia, która nie jest wytrzymywana przez iskiernik. Spowoduje to jednoczesne rozładowanie wcześniej ładowanej pojemności oraz ładowanie pojemności C2, która jest odpowiedzialna za formowanie czoła udaru.

Generator jednostopniowy 1 – rozładowanie, 2 – ładowanie, 3 - UC2 Przykład generatora wielostopniowego np. jako generator Marxa w 1 pytaniu.

• Dystrybuanta napięcia przeskoku

Prawdopodobieństwo wystąpienia przeskoku przy określonym napięciu. Prawdopodobieństwo wyznacza się, zliczając liczbę przeskoków , przy doprowadzeniu do układu dostatecznie licznej serii identycznych udarów. Up0 – 0 procentowe napięcie przeskoku, Up50 – 50 procentowe napięcie przeskoku, U100 – 100 procentowe napięcie przeskoku.

• Zależność napięcia przeskoku od odległości iskiernika pomiarowego, Napięcie przeskoku jest miarą wytrzymałości elektrycznej gazu. Przy zwiększaniu drogi przeskoku rośnie napięcie przeskoku, lecz słabiej niż proporcjonalnie, średnie naprężenie przeskoku maleje. W polu elektrycznym silnie niejednostajnym napięcie przeskoku i średnie naprężenie przeskoku są mniejsze niż w polu bardziej jednostajnym, a maksymalne naprężenie – większe.

• Pole jednorodne i niejednorodne.

Izolatory długopniowe i wielokołpakowe: •

metody pomiaru rozkładu napięcia na izolatorach długopniowych i wielokołpakowych i przyrządy służące do pomiaru napięcia na izolatorach długopniowych i wielokołpakowych,

•

rozkład napięcia na izolatorze wielokołpakowych pod wpływem pojemności doziemnych i doprzewodowych.

Uziomy: •

podział uziemień,

Uziemienie –połączenie określonego punktu obwodu elektrycznego z ziemią, celem zapewnienia bezpiecznej i prawidłowej pracy urządzeń elektrycznych. Uziemienie – celowo wykonane elektryczne połączenie części urządzeń lub instalacji elektrycznej z przedmiotem metalowym znajdującym się w ziemi, zwanym uziomem; Uziom – część przewodząca, która może być umieszczona w specyficznym ośrodku przewodzącym bądź zestaw połączonych ze sobą elementów przewodzących, które są pogrążone w gruncie lub betonie tak, aby zapewnić dobry elektryczny styk z ziemią na jak największej powierzchni; Uziemienie ochronne połączenie dostępnych dla dotyku metalowych części przewodzących urządzeń elektrycznych z uziomem o rezystancji uziemienia skoordynowanej z charakterystyką zabezpieczenia zwarciowego w celu zapewnienia ochrony przeciwporażeniowej. Jest środkiem ochrony przeciwporażeniowej dodatkowej w układzie TT oraz IT. Pojęcie to jest obecnie eliminowane z użycia w odniesieniu do instalacji niskiego napięcia. Uziemienie funkcjonalne inaczej uziemienie robocze to uziemienie określonego punktu obwodu elektrycznego w celu zapewnienia prawidłowej pracy urządzeń elektrycznych w warunkach zwykłych i zakłóceniowych. Uziemienie robocze umożliwia ochronę sieci niskiego napięcia przed skutkami przeniesienia się na nią wyższego napięcia. Uziemienie robocze wykonuje się w instalacjach i urządzeniach elektrycznych połączonych bezpośrednio z siecią rozdzielczą lub zasilanych z układu o napięciu wyższym niż 1 kV przez transformator lub przetwornicę. Uziemienie odgromowe – służy do odprowadzenia do ziemi udarowych prądów wyładowań atmosferycznych. Uziemienie pomocnicze – wykorzystuje się dla celów ochrony przeciwporażeniowej oraz w układach pomiarowych i zabezpieczających.

• − − − − − −

części składowe uziemień, uziom lub uziomy (układ uziomowy) przewody uziomowe przewody łączące (w układach uziomowych) zacisk uziomowy probierczy przewód uziemiający główny (szyna uziemiająca) przewody uziemiające

rezystancja statyczna i udarowa uziemienia,

•

Rezystancja statyczna RS – rezystancja między uziomem a ziemią odniesienia zmierzona przy przepływie prądu przemiennego o częstotliwości technicznej. Zależy od rezystywności gruntu oraz rodzaju i kształtu uziomu. Rezystancja udarowa uziemienia Ru – stanowi kryterium przydatności uziemienia w obiektach podlegających obostrzonej/specjalnej ochronie odgromowej. To rezystancja pomiędzy uziomem a ziemią odniesienia, mierzona przy prądzie udarowym o kształcie odwzorowującym prąd pioruna. Relacja: Ru = αuRS , αu – współczynnik udarowy rezystancji

•

napięcie dotykowe i krokowe,

Napięcie dotykowe – napięcie między dwoma punktami jednocześnie dostępnymi nie należącymi do obwodu elektrycznego, które może dotknąć dwiema częściami ciała, np. dwoma rękoma lub ręką i stopą. Zależy od napięcia roboczego i rezystancji między obudową urządzenia a ziemią. • • •

napięcie dotykowe spodziewane – najwyższe napięcie dotykowe, przy pominięciu impedancji, które może pojawić się przy uszkodzeniu izolacji. napięcie dotykowe bezpieczne (UL) – najwyższe napięcie dotykowe jakie może się trwale utrzymywać przy określonych warunkach. napięcie dotykowe rażeniowe (UT) – napięcie pomiędzy częściami przewodzącymi podczas ich równoczesnego dotyku przez człowieka lub zwierzę. Napięcie to, może być w sposób istotny zależne od wartości impedancji człowieka lub zwierzęcia będącego w danej chwili w kontakcie elektrycznym z tymi częściami przewodzącymi.

Napięcie krokowe (Uk) to różnica potencjałów dwóch punktów podłoża odległych od siebie o długość kroku (ok. 0,8 m do 1 m). Jeżeli jego wartość przekroczy wartość napięcia bezpiecznego, wystąpi realna groźba porażenia prądem elektrycznym.

•

uziemieniowy spadek napięcia,

Uziemieniowy spadek napiecia - Spadek napięcia na rezystancji gruntu spowodowany rozpływem prądu wokół uziomu.

•

ziemia odniesienia.

Ziemia odniesienia – dowolny punkt na powierzchni lub w głębi ziemi, którego potencjał nie zmienia się pod wpływem prądu spływającego z rozpatrywanego uziomu. Potencjał ziemi odniesienia przyjmuje się jako równy zeru. W przypadku uziomów w postaci pojedynczych prętów, płyt, taśm itp. potencjał punktu odległego od uziomu o więcej niż 20 m przyjmuje się praktyce równy potencjałowi ziemi odniesienia.

Ciśnienie a wytrzymałość elektryczna powietrza: • Wyjaśnić sens iloczynu a*p i prawo Paschena

• Mechanizm próżniowy i strimerowy przeskoku, Mechanizm próżniowy dotyczy przypadku, w którym odległość między cząsteczkami gazu otaczającego elektrody jest większa niż odstęp międzyelektrodowy i niemożliwy staje się rozwój lawiny elektronowej. Warunkiem rozwoju wyładowania w takim przypadku jest wystąpienie w przestrzeni przyelektrodowej zjonizowanych par metalu. W ich tworzeniu mogą mieć udział następujące zjawiska: emisja polowa elektronów; makrocząsteczkowe bombardowanie elektrod; międzyelektrodowa wymiana cząstek.

Emisja polowa jest możliwa dzięki zróżnicowanej

mikrostrukturze powierzchni katody. Natężenie pola wywołuje z mikroostrza prąd emisji o gęstości

przy której następuje parowanie metalu. Emitowane elektrony są przyspieszane w bardzo silnym polu i z dużą energią uderzają w anodę, powodując jej rozgrzanie i lokalne odparowanie. Do wystąpienia wyładowania może doprowadzić albo parowanie anody, albo parowanie mikroostrza katody. Zależy to od tego, które z tych zjawisk ma większą intensywność. Zjawisko makrocząsteczkowego bombardowania elektrody prowadzi do jej rozgrzania przez odrywane bryłki metalu z przeciwległej elektrody. Minimalna gęstość energii, jaka musi być dostarczona przez bryłkę do powierzchni elektrody, aby wywołać wyładowanie, zależy od odstępu międzyelektrodowego

i

od

napięcia

wywołującego

przeskok.

W

analizie

zjawiska

międzyelektrodowej wymiany cząstek zakłada się hipotetycznie, że zjawiający się w przestrzeni międzyelektrodowej elektron doznaje silnego przyspieszenia w polu elektrycznym i uderzając w anodę, uwalnia z niej jony dodatnie i fotony. Te z kolei po dotarciu do katody powodują emisję wtórną. Mechanizm strimerowy W postępującej lawinie następuje rozdział ładunku. Szybkie elektrony gromadzą się przy jej czole, a cięższe jony dodatnie pozostają w tyle. Wytworzony w ten sposób ładunek przestrzenny jest źródłem natężenia pola E’’, które nakłada się na pole pierwotne E’ i odkształca jego rozkład. Przy dostatecznie silnym polu wytwarzanym przez ładunek przestrzenny (E’’ E’), lawiny wtórne są wciągane w obszar lawiny pierwotnej. Zwiększa się w niej liczba ładunków, a zderzenia sprężyste powodują wzrost temperatury. Powstają warunki sprzyjające przekształceniu się lawiny pierwotnej w kanał plazmowy zwany strimerem. Strimer może powstać w pobliżu elektrody lub w przestrzeni międzyelektrodowej. W układzie o polu jednorodnym przy odstępie a nieznacznie większym od xk(krytyczna długość lawiny) strimer rozwija się od anody po dotarciu do niej lawiny pierwotnej. W przypadku większych odstępów strimer może powstawać przy czole lawiny pierwotnej o krytycznej długości, gdy zacznie się ona łączyć z rozwijającymi się przed nią lawinami wtórnymi. W polu niejednorodnym przy biegunowości ujemnej lawina rozwija się w kierunku malejącego natężenia pola i przy zbyt małej jego wartości zatrzymuje się. Dzięki procesom fotojonizacyjnym i silnemu własnemu polu przekształca się ona, od czoła wstecz, w przewodzący kanał strimera. Dojście czoła strimera do katody powoduje wzrost natężenia pola przy jego krańcu od strony anody. Powstaje tam nowa lawina i proces zaczyna się powtarzać. Przy dodatniej biegunowości elektrody lawina może się rozwijać w kierunku rosnącego pola. Aby mogło to nastąpić musi ona powstać w dostatecznej odległości od elektrody, co wymaga większego natężenia pola przy powierzchni tej elektrody niż przy biegunowości ujemnej. Po dojściu lawiny

do anody tworzy się kanał strimera anodowego, tak samo jak w polu jednorodnym. Duży ładunek dodatni na końcu lawiny wzmacnia za nią pole. Powstaje tam nowa lawina, która rozwija się w kierunku anody równocześnie z rozwojem kanału w kierunku katody. Proces powstawania kolejnych lawin i rozwoju kanału jest ciągły.

Oleje izolacyjne: • Mechanizmy wyładowań w cieczach, Wyróżnia się mechanizmy: - mechanizm elektronowy – polega na takim samym rozwoju lawiny elektronowej jak w przypadku dielektryka gazowego. Źródłem elektronów jest emisja polowa. Lokalne wzmocnienie pola przy powierzchni katody uzyskuje się dzięki mikrostrukturze jej powierzchni i oddziaływaniu zbliżających się do niej jonów dodatnich. Elektron w cieczy doznaje przyspieszenia pod wpływem pola i zderza się elastycznie z jej cząstkami, zwiększając stopniowo swój stan energetyczny do poziomu wywołującego zderzenia jonizujące. - mechanizm jonowy – wskazuje na przewodnictwo jonowe, które w polu o małym natężeniu pola występuje wskutek dysocjacji zanieczyszczeń. Małe natężenie pola →liniowy wzrost przewodnictwa jonowego ze wzrostem pola, średnie natężenie pola →osiąga stan nasycenia, duże natężenie pola →tuż przed przebiciem gwałtownie wzrasta i jest niestabilne. - mechanizm gazowy – gazy i pary mogą być rozpuszczone w cieczy lub tworzyć pęcherzyki. Ilość rozpuszczonego gazu zależy od ciśnienia i temperatury cieczy. Pęcherzyki w cieczach znacznie obniżają jej wytrzymałość elektryczną. Pęcherzyk staje się miejscem zapoczątkowania jonizacji pod wpływem lokalnego natężenia pola. Pod wpływem pola pęcherzyk wydłuża się, rozwój jonizacji powoduje zwarcie pęcherzyka, co decyduje o przebiciu dielektryka ciekłego. - mechanizm mostkowy – wiąże się z obecnością w cieczy zanieczyszczeń takich jak włókna i cząstki materiałów stałych, które w polu elektrycznym polaryzują się.

• Czynniki wpływające na wytrzymałość dielektryków ciekłych, Same zanieczyszczenia lub sama wilgoć tylko umiarkowanie obniżają wytrzymałość oleju. Silne obniżenie wytrzymałości daje ich kombinacja. Przy wzroście zawilgocenia wytrzymałość na przebicie maleje najpierw szybko później wolniej. Bez zanieczyszczeń wpływ wilgoci jest mniej szkodliwy. Woda rozpuszcza się w oleju mineralnym. Rozpuszczalność rośnie wraz ze wzrostem temp. Po ochłodzeniu woda wydziela się w postaci kropelek na dnie zbiornika. Na wytrzymałość oleju wpływają także: - czas oddziaływania pola(wytrzym maleje wraz z upływem czasu oddziaływania) - biegunowość napięcia

- współczynnik niejednorodności pola (przy napięciu stałym i przemiennym długotrwałym układ o polu niejednorodnym jest bardziej wytrzymały) – odstęp międzyelektrodowy (zwiększenie odstępu przy polu prawie jednorodnym powoduje zmniejszenie wytrzymałości układu) - powierzchnia i kształt elektrod (zwiększenie krzywizny powoduje wzrost napięcia przebicia) - temperatura, ciśnienie

• Kontrola wytrzymałości dielektryków ciekłych. Wykonuje się pomiary wytrzymałości elektrycznej metodą standardową. Warunki pomiaru zostały ściśle określone w normie PN-77/E-04408. Stosuje się iskiernik kulowy lub w specjalnym wykonaniu. Badana ciecz jest poddawana naprężeniom przy napięciu zwiększanym z prędkością 2kV/s aż do przebicia.

Linie długie: • Interpretacja równania linii długiej,

• Wartości liczbowe parametrów liniowych, Dla linii napowietrznych wzory na L i C są tego rodzaju, że iloczyn LC jest stały. Zatem dla wszystkich linii napowietrznych: prędkość fal jest jednakowa i wynosi: v = 300 m/μs Dla układu przewód – ziemia L ≈ 1,7 μH/m; A impedancja falowa Z ≈ 500 Ω

C ≈ 7 ∙ 10-6 μF/m

Dla układu przewód – przewód Z ≈ 750 Ω Dla układu trzy przewody zwarte – ziemia Z ≈ 200…250 Ω

W liniach kablowych prędkość fal jest mniejsza niż w liniach napowietrznych i wynosi: v = 150 m/μs •

Wynika to z przenikalności elektrycznej względnej dla izolacji papierowo-olejowej równej 4. Mianowicie v wypada √4 = 2 razy mniejsze niż dla linii napowietrznych. Impedancja falowa linii kablowych wynosi często kilkadziesiąt omów np. 50

• Węzły linii, Węzły linii to punkty szczególne, czyli punkty nieciągłości. To miejsca takie jak: otwarty/zwarty koniec linii, rozgałęzienie linii, przyłączony kondensator, uzwojenie transformatora itp. W punktach tych występuje nagła zmiana impedancji.

• Współczynnik przejścia α i współczynnik odbicia β,

• Odbicie fali na otwartym końcu linii,

• Odbicie fali na zwartym końcu linii,

Na zwartym końcu linii napięcia fal znoszą się przy jednoczesnym podwojeniu prądu. Przed węzłem W, podobnie jak w przypadku otwartego końca linii, istnieje wypadkowe napięcie na ogół różne od zera, prąd wypadkowy osiąga wartość mniejszą niż w węźle w wyniku przesunięcia fali pierwotnej i odbitej. W węźle W prąd wypadkowy ulega podwojeniu

• Przejście fali na inną impedancję falową,

• Odbicie fali na kondensatorze,

• Odbicie fali na dławiku szeregowym.

Izolatory długopniowe WN: • Metody pomiaru rozkładu napięcia na izolatorach długopniowych, • Przyrządy służące do pomiaru napięcia na izolatorach długopniowych, • Modelowanie rozkładu napięcia na izolatorze przy pomocy pierścienia sterującego,

Wyładowania ślizgowe: • ustalenie zależności między napięciem początkowym poszczególnych faz wyładowania, a odległością elektrod przy zachowaniu stałej grubości warstwy dielektryka płaskiego,

• ustalenie wpływu grubości warstwy dielektryka płaskiego, przy stałej odległości elektrod na wartość napięć początkowych poszczególnych faz wyładowania ślizgowego,

• ustalenie zależności między napięciem początkowym poszczególnych faz wyładowania w zależności od rodzaju materiału izolatora płaskiego.

Charakterystyki udarowe: • Rozkład pola elektrycznego w układzie ostrze – płyta,

• Symetria i niesymetria geometryczna iskierników,

• Wytrzymałość statyczna i udarowa powietrza, Wytrzymałość statyczna powietrza to pojęcie, które występuje przy napięciu stałym lub przemiennym o małej częstotliwości (np. technicznej). Zmiany tego napięcia są bardzo powolne w stosunku do prędkości występowania zjawisk w wyładowaniach. Wytrzymałość statyczna zależy od drogi przeskoku i od rozkładu pola elektrycznego. Przy powiększaniu drogi przeskoku napięcie przeskoku rośnie, lecz słabiej niż proporcjonalnie; średnie naprężenie przeskoku maleje.

Wytrzymałość udarowa powietrza – często większa od wytrzymałości statycznej wskutek opóźnienia przeskoku (przypadkowe, czas rozwoju wyładowania). Często wyprowadza się współczynnik udarowy jako stosunek udarowego napięcia przeskoku do napięcia statycznego (wartości maksymalnej).

• Charakterystyka udarowa.

T1 – czas trwania czoła udaru; T2 – czas do półszczytu na grzbiecie, Td – czas trwania wartości U>=0,9Um...