Распределение напряжения по обмотке

Режим нейтрали		Номер вывода обмотки
		1	2	3	4	…	…	n – 1	n
		Величина импульса напряжения, В
Нейтраль заземлена	Опыт
	Расчет
Нейтраль разомкнута	Опыт
	Расчет

Рис. 5. Схема для исследования распределения потенциалов вдоль обмотки трансформатора	Рис. 6. Принципиальная схема эксперимента для исследования распределения потенциалов вдоль обмотки тягового двигателя

По п. 3 и 4 собрать схему (рис. 6). Для определения периода собственных колебаний подключить делитель напряжения к концу обмотки при Z_ок =  и по осциллографу найти значение Т. Технические данные исследуемой обмотки: число витков, его размеры, число параллельных ветвей – приведены на рабочем месте.

В случае, когда величина времени пробега волной одного витка весьма мала, максимальное напряжение, действующее на витковую изоляцию, приближенно можно найти по формуле

U_{b max} = _u · t_{см. вит},

где α_и – крутизна фронта падающей волны;

.

Содержание отчета

1. Программа работы;

2. Принципиальные схемы испытаний;

3. Опытные и расчетные кривые распределения потенциалов по высоковольтной обмотке в различных режимах нейтрали;

4. Кривая зависимости передающегося напряжения во вторичную обмотку трансформатора в функции емкости дополнительного конденсатора;

5. Результаты определения и расчета обобщенных параметров обмотки электрической машины;

6. Опытные кривые U_max = f(x) для режимов Z_ок = , Z_ок = 0, Z_ок = Z_n и расчетная кривая для режима Z_ок = Z_в (все кривые в одной системе координат);

7. Выводы по работе.

Лабораторная работа 11 исследование зоны защиты молниеотводов

Цель работы – экспериментальное и теоретическое определение зон защиты молниеотводов; расчет, настройка и ознакомление с монтажной схемой ГИНа.

Общие сведения. Защитное действие молниеотводов проявляется в лидерной стадии молнии. На некоторой высоте h, называемой высотой ориентировки молнии, начинает сказываться искажение поля под воздействием земных сооружений. По мере приближения канала лидера к поверхности земли происходит смещение зарядов под лидерным каналом, в результате чего напряженность электрического поля между головкой лидера и местом наибольшей концентрации зарядов на поверхности земли возрастает. Если силовая линия заканчивается на молниеотводе, то вероятность разряда в со­оружение вблизи молниеотвода резко снижается.

Пространство, защищенное от прямых ударов молнии, называется зоной защиты молниеотвода (рис. 1). Границей зоны защиты одиночного молниеотвода является поверхность вращения с радиусом rх на уровне hх, которая вычисляется по формуле

.

Рис. 1. Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода:

h – высота молниеотвода; h_х – высота защищаемого объекта;

h_a = h – h_x – высота превышения молниеотвода над защищаемым объектом

(активная высота молниеотвода)

Построение зон защиты двух молниеотводов показано на рис. 2. Сечение зоны защиты в перпендикулярной плоскости и внешняя часть зоны защиты строятся аналогично сечению зоны защиты одиночного стержневого молниеотвода.

Внутренняя часть ограничивается дугой окружности, кото­рую строят по трем точкам: первая расположена между мол­ниеотводами на высоте h_a:

,

где а – расстояние между молниеотводами, две другие – вершины молниеотводов.

Рис. 2. Зона защиты двух молниеотводов

На линиях электропередачи применяют тросовые молниеотводы. Зона защиты одиночного тросового молниеотвода имеет форму конусообразного коридора (рис. 3). Расстояние r_х определяется по формуле

,

где k – коэффициент, принимаемый для ЛЭП равным 0,8; для сооружений на подстанции – равным 1,2.

Зона защиты для двухтросовых молниеотводов показана на рис. 4. Внутренняя часть зоны защиты двухтросового молниеотвода определяется дугой окружности, проходящей через тросовые молниеотводы и точку, расположенную на высоте h₀:

.

Зоны защиты молниеотводов экспериментально исследуются на моделях. В качестве модели молнии используется импульсный разряд в искровой стадии, имеющий качественное сходство с разрядом молнии. Импульсные разряды получают с помощью ГИНа. ГИН настраивают на выходную волну, воспроизводящую по форме единичный разряд молнии.

Рис. 3. Зона защиты одиночного тросового молниеотвода	Рис. 4. Зона защиты двух тросовых молниеотводов

Стилизованная форма импульсной волны показана на рис. 5, схема ГИНа – на рис. 6. В схеме многоступенчатого генератора конденсаторы С заряжаются через резисторы большого сопротивления R практически одновременно. При этом потенциалы точек 2, 4, 6 и т. д. равны зарядному напряжению U₀. В начале пробивается воздушный промежуток разрядника P₁ и точка 3 приобретает потенциал U₀, следовательно, точка 4 мгновенно приобретает потенциал 2U₀, так как напряжение на конденсаторе С не может измениться скачком. На Р₂ действует разность потенциалов 2U₀. Таким образом, последовательно пробиваются все разрядники в схеме ГИНа, а конденсаторы оказываются соединенными последовательно.

Рис. 5. Стилизованная форма импульсной волны

Их напряжения складываются, отсекающий разрядник P₀ пробивается, и на выходе генератора формируется импульс напряжения апериодической формы.

Для устранения колебаний высоких частот в цепи разряда устанавливают демпфирующие сопротивления r_д.

Рис. 6. Принципиальная схема многоступенчатого ГИНа

Длительность фронта τ_ф и волны τ_в определяют по формулам

_ф = (С_ф + С_об) (R_ф + R_д); _в = ,

где С_ф – фронтовая емкость;

С_об – емкость объекта;

R_ф – фронтовое сопротивление;

R_д = r_л(п – 1) – суммарное сопротивление демпфирующих сопротивлений;

С – емкость одного конденсатора;

п – число ступеней ГИНа;

R_p – разрядное сопротивление.

Напряжение на выходе ГИНа

U_вых = U₀nK_исп,

где К_исп = 0,9К₁× К₂ – коэффициент использования ГИНа;

К₁ – коэффициент использования схемы;

К₂ – коэффициент использования волны;

.

Программа работы

1. Ознакомиться с монтажной схемой ГИНа, изучить все составляющие ее элементы, усвоить принцип работы многоступенчатого ГИНа;

2. При заданных параметрах ГИНа рассчитать и построить форму выходного импульса напряжения;

3. Снять осциллограмму выходного импульса напряжения;

4. Исследовать зоны защиты одно- и двухстержневых молниеотводов и тросового молниеотвода.

Порядок выполнения работы

По п. 1. После ознакомления с монтажной схемой ГИНа необходимо научиться регулировать величину напряжения генератора. Для этого нужно, установив небольшое расстояние между запальными шарами Р3, включить питание. Для повышения выходного напряжения следует увеличить расстояние между шарами и плавно, с помощью автотрансформатора, повысить питающее напряжение.

Регулировка напряжения ГИНа осуществляется только путем изменения расстояния между запальными шарами, но не изменением питающего напряжения. ВНИМАНИЕ! Прикосновение к любому элементу ГИНа допускается только после полного отключения установки и разряда всех конденсаторов штангой.

Параметры ГИНа записать в табл. 1.

Таблица 1