1 лаба

Цель работы: Изучение метода измерения напряжения пробоя с помощью шаровых разрядников, определение коэффициента пробоя с помощью шаровых разрядников, определение коэффициента трансформации высоковольтного трансформатора.

Краткие теоретические сведения

Метод измерения высокого напряжения с использованием искрового промежутка широко применяется в лабораторной практике. Этот метод основан на том, что искровой разряд между электродами происходит при определённом напряжении, приложенном к ним.

Наиболее распространёнными и дающими наибольшую точность для измерения напряжения искрового разряда являются шаровые разрядники. Экспериментальным путём для различных повышающих трансформаторов определены градуировочные кривые, т.е. в зависимости напряжения на выходе повышающего трансформатора (искровой разряд между шарами) от радиуса шаров, расстояния между ними и атмосферных условий, это позволяет определить пробивной градиент воздуха для конкретных условий опыта по формуле:

где – относительная плотность воздуха,

R – радиус шаров, R = 6,25 см;

P – барометрическое давление, мм рт. ст.;

t – температура окружающей среды, ^оС

Формула (1) справедлива при выполнении условия:

где Х – расстояние между шарами, см.

При нормальных атмосферных условиях (Р = 760 мм рт. ст.; t = 20^оС) относительная плотность воздуха  равна единице.

Пробой между шарами происходит тогда, когда максимальный градиент у поверхности шаров становится равным пробивному градиенту воздуха.

Амплитудное напряжение разрядника в момент разряда рассчитываем по уравнению:

где f – коэффициент неравномерности электрического поля, для схемы, применяемой в данной работе,

Эффективное значение напряжения

Коэффициент трансформации повышающего высоковольтного трансформатора вычисляется по формуле:

где U₁ – действующее значение напряжения на первичной обмотке трансформатора, В.

Схема лабораторной установки для определения коэффициента транс-формации по методу двух вольтметров приведена на рис. 1, где Т1 – автотрансформатор, позволяющий плавно изменять напряжение первичной обмотки высоковольтного трансформатора; PV – вольтметр в первичной цепи повышающего трансформатора; Т2 – высоковольтный повышающий трансформатор; R1, R2 – токоограничивающие сопротивления; ШР – шаровой разрядник.

Рис. 1. Схема лабораторной установки для определения коэффициента трансформации

Таблица 1

Зависимость значений расстояния между шарами разрядника от напряжения пробоя

Расстояние между шарами, см				Напряжение на обмотке автотрансформатора U2, В		Коэффициент неравномерности электрического поля f			Пробивной градиент воздуха gпр, кВ/см		Максимальное пробивное напряжение Uпр max, кВ	Эффективное напряжение пробоя Uэф.пр, кВ		Коэффициент трансформации k
X1	X2	X3	Xср
0.6	0.6	0.5	0.6		50			1.02		32.9	19.3		13.6		61.8
0.9	1	1	0.9		70			1.03		32.9	28.6		20.2		91,8
1.4	1.2	1.4	1.3		90			1.06		32.9	40.07		28.3		128.63
1.7	1.7	1.7	1.7		110			1.08		32.9	51.43		36.36		165.27
2	2.2	2	2		130			1.1		32.9	59.81		42.3		192.27
2.4	2.5	2.5	2.47		150			1.13		32.9	71.91		50.84		231

Для шестой строки:

Х_ср = = 2.47 см

f = 0.25( + 1 + ) = 0.25 (0.38 + 1 + 3.14) = 1.13

U_{пр max} = = 71.91 кВ

U_эф.пр = = 50.84 кВ

k = = 231

Таблица 2

Зависимость значений напряжения пробоя от расстояния между шарами

Расстояние между шарами, см	Напряжение на обмотке автотрансформатора U2, В				Коэффициент неравномерности электрического поля f		Пробивной градиент воздуха gпр, кВ/см		Максимальное пробивное напряжение пробоя Uпр. max, кВ		Эффективное напряжение пробоя Uэф.пр, кВ		Коэффициент трансформации k
	измерение
	1-е	2-е	3-е	ср.
4	226	228	228	227		1.21		32.9		108.76		76.9		349.5

U_{2 ср} = = 227 В

=1.21

U_пр.max кВ

U_эф.пр

Контрольные вопросы.

1. Чем испытательный трансформатор отличается от силового?

Силовой трансформатор предназначен для передачи и распределения электроэнергии, а так же в различных электроустройствах для получения требуемого напряжения, а испытательный для проведения испытаний под высоким напряжением.

2. Какие требования необходимо соблюдать при регулировке напряжения автотрансформатором?

Регулятор напряжения – устройство для регулирования напряжения, подводимого к первичной обмотке испытательного трансформатора, должен удовлетворять следующим требованиям:

- обладать достаточной мощностью;

- при всех режимах работы испытательного трансформатора давать неискаженную форму кривой напряжения;

- плавно измерять напряжение так, как резкие скачки напряжения сопровождаются неустановившимися режимами, приводящими к снижению точности измерений;

- иметь малую реактивность.

Регулятор напряжения должен быть снабжен устройством, допускающим включать толчком напряжение, равное примерно 30-50% от испытательного напряжения, и затем плавно повышать его со скоростью 2-3% в секунду от испытательного напряжения.

3. Для чего предназначено основное оборудование испытательной установки?

T₁ – автотрансформатор, позволяющий плавно изменять напряжение первичной обмотки высоковольтного трансформатора;

PV – вольтметр в первичной цепи повышающего трансформатора, позволяет узнать напряжение на выводах обмотки высокого напряжения испытательного трансформатора (при известном коэффициенте трансформации последнего);

T₂ – высоковольтный повышающий трансформатор, позволяет получать необходимое для проведения опыта напряжение на лабораторном стенде (несколько десятков киловольт);

РЩ1 - комплектное устройство, предназначенное для приема и распределения электрической энергии при напряжении менее 1000 В одно- и трехфазного переменного тока частотой 50—60 Гц, нечастого включения и отключения линий групповых цепей, а также для их защиты при перегрузках и коротких замыканиях

Штанга заземления - предназначаются для защиты людей, работающих на отключенных токоведущих частях оборудования или электроустановки, от поражения электрическим током в случае ошибочной подачи напряжения на отключенный участок или при появлении на нем наведенного напряжения.

R₁, R₂ – токоограничивающие сопротивления, ограничивают в момент разряда мощность, передаваемую испытательным трансформатором на лабораторный стенд;

ШР – шаровой разрядник, в данном опыте позволяет определить напряжение пробоя воздушного промежутка.

Вывод

В ходе работы мы ознакомились с методом измерения высокого напряжения с помощью шаровых разрядников и приобрели навыки практического определения коэффициента трансформации высоковольтного трансформатора. В данной работе был определен коэффициент трансформации высоковольтного трансформатора k_ср=145

8