Е. А. КРОТЕНКО

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ И ИСПЫТАНИЯ

ВЫСОКОВОЛЬТНОЙ ИЗОЛЯЦИИ.

ХАРАКТЕРИСТИКИ ЗАЩИТНЫХ АППАРАТОВ

ОМСК 2008

Министерство транспорта Российской Федерации Федеральное агентство железнодорожного транспорта Омский государственный университет путей сообщения

____________________________

Е. А. Кротенко

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ И ИСПЫТАНИЯ

ВЫСОКОВОЛЬТНОЙ ИЗОЛЯЦИИ.

ХАРАКТЕРИСТИКИ ЗАЩИТНЫХ АППАРАТОВ

Утверждено редакционно-издательским советом университета в качестве методических указаний к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Техника высоких напряжений и электротехнические материалы»

Омск 2008

УДК 621.3.048.81(075.8)

ББК 31.23я73

К83

Электрическая прочность и испытания высоковольтной изоляции. Характеристики защитных аппаратов: Методические указания к выполне-нию лабораторных работ / Е. А. Кротенко; Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2008. 39 с.

Изложены краткие теоретические сведения о способах измерения высоко-го напряжения в электроустановках, о влиянии перенапряжения на изоляцию, о способах защиты гирлянды изоляторов, расчета электрической прочности воз-душного промежутка в зависимости от расстояния и приложенного напряже-ния, методика испытания защитных средств от перенапряжения. Приведены схемы лабораторных стендов, описание измерительных и регистрирующих приборов.

Методические указания предназначены для студентов третьего курса спе-циальностей 190401 (101800) – « Электроснабжение железных дорог», 190403 (101400) – « Подвижной состав электрических железных дорог» – очной и заоч-ной форм обучения, могут быть полезны слушателям Института повышения квалификации и переподготовки.

Библиогр.: 10 назв. Табл. 13. Рис. 11.

Рецензенты: доктор техн. наук, профессор В. В. Харламов; канд. техн. наук, доцент П. В. Беляев.

_______________________

© Омский гос. университет

путей сообщения, 2008

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение……………………………………………………………………………. 5

Лабораторная работа 1. Напряжение пробоя. Коэффициент трансформации высоковольтного трансформатора……………………………………………..7

Лабораторная работа 2. Изоляция при импульсном и переменном напряже-нии. Электрические характеристики изоляторов…………………………….. 11

Лабораторная работа 3. Распределение напряжения вдоль элементов гир-лянды подвесных изоляторов………………………………………………….. 17

Лабораторная работа 4. Зависимость электрической прочности воздушно-го промежутка от формы электродов разрядника……………………………. 21

Лабораторная работа 5. Изолирующие защитные средства……………………. 25

Лабораторная работа 6. Основные характеристики вентильных разрядни-ков и нелинейных ограничителей перенапряжения………………………….. 31

Библиографический список……………………………………………………….. 37

3

ВВЕДЕНИЕ

Основная задача при конструировании техники высоких напряжений – создание надежной и долговечной высоковольтной изоляции. Дисциплина «Техника высоких напряжений и электротехнические материалы» изучает про-цессы, происходящие в изоляции при воздействии высокого напряжения; прин-ципы проектирования изоляции, порядок ее испытания и правила эксплуата-ции; причины возникновения перенапряжения, способы его ограничения и за-щиты изоляции; условия эксплуатации высоковольтных установок.

Цель лабораторных работ – дополнение, углубление и закрепление лек-ционного материала, приобретение практических навыков проведения исследо-ваний при воздействии высокого напряжения на изоляцию и работы с высоко-вольтными установками.

Лабораторные работы выполняются на установках высокого напряжения, поэтому в высоковольтной лаборатории приняты меры и выполнены техни-ческие мероприятия, обеспечивающие безопасность работы студентов: имеют-ся защитные ограждения и заземление установок, блокировки и т. д.

Студенты заходят в лабораторию после разрешения преподавателя. Выполнение лабораторных работ связано с использованием напряжения,

опасного для жизни человека, поэтому студенты допускаются к работам с по-дачей напряжения выше 1000 В только после проведения инструктажа, личной росписи в журнале инструктажа по технике безопасности и проверки усвоения инструктажа.

Работа на электроустановках напряжением свыше 1000 В должна произ-водиться не менее чем двумя лицами под руководством и с непосредственным участием преподавателя. В обязанности преподавателя входит не только разъ-яснение сути эксперимента, но и обучение студентов правилам безопасной ра-боты на установках, работающих под высоким напряжением.

Перед подачей напряжения на испытательное поле преподаватель обязан убедиться в том, что заземляющая штанга с высоковольтного вывода транс-форматора снята, и сказать «Подаю напряжение».

5

После подачи напряжения на установку запрещается перемещаться по ла-боратории, касаться руками и посторонними предметами защитного огражде-ния.

• случае неисправности оборудования в момент проведения эксперимента преподаватель обязан немедленно снять напряжение, отключив ввод на рас-пределительном щите.

Запрещается приносить в лабораторию вещи и предметы, загроможда-ющие рабочие места и способствующие созданию условий, которые могут при-вести к нарушению правил техники безопасности.

Отчет по результатам лабораторной работы оформляется на листах бумаги формата А4 или в специальной тетради и должен содержать цель работы; ос-новные теоретические сведения по изучаемому вопросу; назначение, характе-ристику и паспортные данные исследуемого объекта; краткую характеристику применяемого метода исследования; порядок выполнения работы; схему изме-рения (установки); результаты эксперимента в виде таблиц и графиков; выводы по результатам выполненной работы; ответы на контрольные вопросы.

При написании отчетов по лабораторным работам следует соблюдать требования стандартов по правилам оформления титульного листа, текстовой части, электрических схем, формул и таблиц.

6

Лабораторная работа 1

НАПРЯЖЕНИЕ ПРОБОЯ. КОЭФФИЦИЕНТ

ТРАНСФОРМАЦИИ ВЫСОКОВОЛЬТНОГО ТРАНСФОРМАТОРА

• е л ь р а б о т ы: изучение метода измерения напряжения пробоя с по-мощью шаровых разрядников, определение коэффициента трансформации вы-соковольтного трансформатора.

1.1 . 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 определенном напряжении, приложенном к ним.

Наиболее распространенными и дающими наибольшую точность для из-мерения напряжения искрового разряда являются шаровые разрядники. Экспе-риментальным путем для различных повышающих трансформаторов определе-ны градуировочные кривые, т. е. зависимости напряжения на выходе повыша-ющего 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:

		0, 54
g пр  27, 2δ 1					,
			Rδ

где  –	относительная плотность воздуха,
	δ  0,386	P	,
		273  t
R –	радиус шаров, R = 6,25 см;
P –	барометрическое давление, мм рт. ст.;
t –	температура окружающей среды, оС.

(1)

(2)

7

Формула (1) справедлива при выполнении условия:

0,5 R < X < 2R , (3)

где Х – расстояние между шарами, см.

При нормальных атмосферных условиях (Р = 760 мм рт. ст.; t = 20^оС) от-

носительная плотность воздуха  равна единице.

Пробой между шарами происходит тогда, когда максимальный градиент

• поверхности шаров становится равным пробивному градиенту воздуха. Амплитудное напряжение разрядника в момент разряда рассчитываем по

уравнению:

U пр. max	=	gпрХ	(4)
		f

где f – коэффициент неравномерности электрического поля, для схемы, приме-няемой в данной работе,

		X		X		2
f = 0,25			+ 1 +			+ 1	+ 8	.	(5)
		R		R

Эффективное значение напряжения

U эф.пр	=	Uпр	. max		.	(6)
	2

Коэффициент трансформации повышающего высоковольтного трансфор-матора вычисляется по формуле:

k 	Uэф.пр	,	(7)
	U1

где U₁ – действующее значение напряжения на первичной обмотке трансфор-матора, В.

8

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

Рис. 1. Схема лабораторной установки для определения коэффициента трансформации

Для самостоятельной теоретической подготовки рекомендуется использо-вать литературные источники [1, 4, 5].