- •Методические указания
- •«Основы электроэнергетики и электроснабжения»
- •Часть 2, раэдел 1
- •Составитель: в.Г.Стройников, ст.Преп.
- •Лабораторная работа №1 исследование электрической прочности воздушных промежутков на постоянном напряжении
- •1 Цель работы
- •2 Пояснения и указания к работе. Мероприятия по технике безопасности
- •3 Содержание отчета
- •4 Контрольные вопросы
- •5 Рекомендуемая литература
- •Лабораторная работа № 2 исследование электрической прочности воздушных промежутков на переменном напряжении
- •1 Цель работы
- •1.2 В результате проделанной работы студент должен:
- •2 Пояснения и указания к работе. Мероприятия по технике безопасности
- •3 Содержание отчета
- •4 Контрольные вопросы
- •5 Рекомендуемая литература
- •Лабораторная работа № 3 исследование распределения напряжения по гирлянде из подвесных изоляторов
- •1 Цель работы
- •1.3 В результате проделанной работы студент должен:
- •2 Пояснения и указания к работе. Мероприятия по технике безопасности
- •3 Содержание отчета
- •4 Контрольные вопросы
- •5 Рекомендуемая литература
- •Лабораторная работа № 4 испытание витковой изоляции электрических машин
- •1 Цель работы
- •1.3 В результате проделанной работы студент должен:
- •2 Пояснения и указания к работе. Мероприятия по технике безопасности
- •3 Содержание отчета
- •4 Контрольные вопросы
- •5 Рекомендуемая литература
- •Лабораторная работа № 5 исследование работы электрических сетей при различных способах заземления нейтрали
- •1 Цель работы
- •1.3 В результате проделанной работы студент должен:
- •2 Пояснения и указания к работе. Мероприятия по технике безопасности
- •3 Содержание отчета
- •4 Контрольные вопросы
- •5 Рекомендуемая литература
- •Лабораторная работа № 6 исследование работы нерезонирующего трансформатора
- •1 Цель работы
- •1.3 В результате проделанной работы студент должен:
- •2 Пояснения и указания к работе. Мероприятия по технике безопасности
- •3 Содержание отчета
- •4 Контрольные вопросы
- •1 Цель работы
- •1.2 В результате проделанной работы студент должен:
- •3 Содержание отчета
- •4 Контрольные вопросы
- •Рекомендуемая литература для самостоятельной работы студентов
КАФЕДРА
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН И АППАРАТОВ
Методические указания
к выполнению лабораторных работ
по дисциплине
«Основы электроэнергетики и электроснабжения»
Часть 2, раэдел 1
(для студентов специальности 6.050702
«Электромеханика»)
Рекомендовано
на заседании кафедры
«Электрические машины и
аппараты»
Протокол №4 от 14.04.2009
УТВЕРЖДЕНО
для печати на заседании
методического совета Дон ГТУ
Протокол №3 от 17.04.2009
Алчевск
Дон ГТУ
2009
УДК 658.26:621.315
Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Основы электроэнергетики и электроснабжения», часть 2, раздел 1 (для студентов специальности 6.050702 «Электромеханика») / Сост. В.Г. Стройников. – Алчевск, ДонГТУ, 2009. – 89 с.
В лабораторных работах отражены: стандартные методы испытаний изоляционных свойств воздушных промежутков на постоянном и переменном напряжениях, гирлянды из подвесных изоляторов, витковой изоляции электрических машин; исследование модели электрической сети с различными способами заземления нейтрали, исследование модели нерезонирующего трансформатора; конструкция и управление работой генератора импульсных напряжений (ГИН).
Приведены принципиальные электрические схемы и описание высоковольтных стендов, а также мероприятия по безопасному их обслуживанию.
Составитель: в.Г.Стройников, ст.Преп.
Рецензент Н.Н.Заблодский, проф.
Ответственный редактор Н.Н.Заблодский, проф
Ответственный за выпуск В.И.Пятенко, инж.
Лабораторная работа №1 исследование электрической прочности воздушных промежутков на постоянном напряжении
1 Цель работы
1.1 Исследовать зависимость разрядных напряжений воздушных промежутков от формы электродов и расстояний между ними при постоянном напряжении.
1.2 В результате проделанной работы студент должен:
знать особенности развития пробоя воздушного промежутка на постоянном напряжении при различных формах электродов и различной полярности электродов (в случае формы электродов « игла-плоскость»);
уметь произвести испытания воздушного промежутка при форме электродов «шар-шар» и «игла-плоскость» при положительной и отрицательной полярности напряжения на «игле».
2 Пояснения и указания к работе. Мероприятия по технике безопасности
2.1 Экспериментальные исследования
2.1.1 Общие указания
Выполнение лабораторной работы произвести на высоковольтной установке, состоящей из высоковольтного испытательного трансформатора Т1 (с номинальным вторичным напряжением U2н = 140 кВ макс. и мощностью S = 5 кВ·А) со встроенным изолирующим трансформатором (не показан) для накала катода кенотрона К, высоковольтного конденсатора С ( с электрической емкостью 2 мкФ и Uн = 100 кВ), автотрансформатора ТV, вольтметра PV, амперметра PA, ограничивающих резисторов R1 и R2, исследуемого воздушного промежутка, в котором размещаются электроды типа «шар-шар» или «игла-плоскость». Резисторы R1 и R2 изготовлены из шланг, заполненных дистиллированной водой. Изменение расстояния между электродами производится дистанционно с помощью электропривода. Общее питание на высоковольтную установку подается от имеющегося в лаборатории распредустройства путем включения автоматического выключателя QFЛБ1 (не показан). Испытание провести для промежутков между электродами: Ѕ1 = 0,5см; Ѕ2 = 1см; Ѕ3 = 1,5 см; Ѕ4 = 2 см. Для каждого воздушного промежутка опыты повторять 3 раза.
Принципиальная упрощенная схема высоковольтной установки для определения электрической прочности воздушных промежутков на постоянном напряжении приведена на рис. 1. Органы управления высоковольтной установкой, сигнализации, контроля напряжения и тока приведены на рис 2.
2.1.2 Перед началом работы проверить отключенное положение установки, наличие и исправность заземляющих устройств, наличие временного защитного заземления на положительном выводе конденсатора С, наличие и пригодность индивидуальных средств защиты, разрядной штанги. Автоматический выключатель QFЛБ1 лабораторного распредустройства, автоматический выключатель QF на стеде (не показаны) высоковольтной установки, тумблеры SA, SА1, SA2, SA3 ( см.рис 2) должны быть отключены (нижнее положение).
Рисунок 1 – Принципиальная упрощенная схема высоковольтного стенда для определения электрической прочности воздушных промежутков на постоянном напряжении
2.1.3 Открыть дверь ограждения высоковольтной установки. В диэлектрических перчатках и диэлектрических ботах войти за ограждение с разрядной штангой и наложить ее на положительный вывод конденсатора С. Установить электроды типа «шар-шар». Снять разрядную штангу (при необходимости и защитное заземление) с положительного вывода конденсатора С.
2.1.4 Закрыть дверь ограждения высоковольтной установки на ключ. Дверь снабжена электрической блокировкой. В случае неплотного закрытия двери напряжение не будет подано на высоковольтную установку.
2.1.5 Включить автоматический выключатель QFЛБ1 лабораторного распредустройства и перейти к работе на стенде управления высоковольтной установкой.
Рисунок 2 – Органы управления высоковольтной установкой, сигнализации, контроля напряжения и тока
2.1.6 Тумблер SА1 поставить в положение "Вкл.", при этом загорается красная сигнальная лампа HL. С этого момента подается напряжение для питания электропривода дистанционного управления расстоянием между электродами. Если электроды до начала эксперимента оказались не сведенными, то тумблеры SA2 и SA3 поставить в положение "Вкл.", нажать кнопку SB5 «Реверс» и держать ее во включенном состоянии пока электроды не соприкоснутся. Если электродвигатель электропривода отключился, а электроды не соприкоснулись, то сведение электродов необходимо выполнить вручную, предварительно выполнив требования п.2.1.2 (в части заземления положительного вывода конденсатора). Если электроды до начала эксперимента уже оказались сведенными, то тумблеры SA2 и SA3 оставить в нижнем (отключенном) положении и продолжить работу. Внешний вид испытательной установки представлен на рис. 3.
2.1.7 Нажать кнопку SB1. После остановки электродвигателя электропривода между электродами устанавливается промежуток Ѕ1 = 0,5 см и загорается сигнальная лампа HL1. Высоковольтная установка готова к эксперименту.
2.1.8 Включить автоматический выключатель QF на стенде.
2.1.9 Включить тумблер SA.
2.1.10 Нажатием кнопки SB6 "Пуск" включить магнитный пускатель, встроенный в стенд, и подать напряжение на автотрансформатор TV. Рукоятка автотрансформатора ТV должна быть выведена в крайнее левое положение, которое имеет электрическую блокировку. Если это условие не выполнено, то напряжение на высоковольтный трансформатор Т1 подаваться не будет и дальнейшая работа будет невозможна.
Рисунок 3 – Внешний вид испытательной установки
2.1.11 Вращая рукоятку автотрансформатора TV, плавно увеличивать напряжение на выходе трансформатора Т1 до полного пробоя промежутка между электродами. При этом средний зарядный ток конденсатора С поддерживать на уровне не более 2 2,5 А, ориентируясь по показаниям амперметра РА. При пробое промежутка установка отключается автоматически за счет срабатывания максимально-токовой защиты. Первичное напряжение U1 в момент пробоя определить по вольтметру PV и записать в протокол испытаний (см. табл.1). Рукоятку автотрансформатора TV вывести в крайнее левое положение.
2.1.12 Нажатием кнопок SB2, SB3, SB4 установить поочередно промежутки Ѕ2 = 1,0 см; Ѕ3 = 1,5 см; Ѕ4 = 2,0 см , следуя указанным выше рекомендациям. На каждом зазоре определять первичные напряжения в момент пробоя и записывать показания в протокол испытаний. Опыты на каждом промежутке повторять 3 раза.
2.1.13 Отключить автоматический выключатель QF на стенде управления высоковольтной установкой.
2.1.14 Поставить тумблеры SA2 и SA3 в положение «Вкл.».
2.1.15 Нажатием кнопки SB5 "Реверс" свести электроды в соприкосновение.
2.1.16 Отключить автоматический выключатель QFЛБ1 лабораторного распредустройства. Открыть дверь ограждения высоковольтной установки. В диэлектрических ботах и диэлектрических перчатках войти за ограждение и при помощи разрядной штанги снять остаточный заряд, подсоединив ее к положительному выводу конденсатора С, затем наложить временное защитное заземление на положительный вывод конденсатора С.
2.1.17 Включить автоматический выключатель QFЛБ1. Поставить тумблеры SA2 и SA3 в нижнее положение и нажать кнопку SB4, чтобы максимально развести электроды между собой с целью удобства их замены.
2.1.18 Заменить электроды типа «шар – шар» на электроды типа «игла-плоскость». Опыты произвести при положительной и отрицательной полярности напряжения на «игле». Первую серию опытов произвести при положительной полярности напряжения на «игле» ( (+) «игла», плоскость ( - ) ), поэтому к «игле» подсоединить положительный вывод конденсатора С. Первичное напряжение U1 в момент пробоя определить по вольтметру PV и записать в протокол испытаний (см. табл.2).
2.1.19 Поставить тумблеры SA2 и SA3 в верхнее положение, нажать кнопку SB5 "Реверс" и держать её во включенном состоянии пока электроды не соприкоснутся.
2.1.20 Если электродвигатель электропривода отключился, а электроды не соприкоснулись, то сведение электродов необходимо выполнить вручную, предварительно выполнив требования п.2.1.2 и п.2.1.16.
2.1.21 В диэлектрических ботах и диэлектрических перчатках снять временное защитное заземление с положительного вывода конденсатора С и закрыть дверь ограждения высоковольтной установки на ключ.
2.1.22 Тумблеры SA2 и SA3 поставить в нижнее положение и произвести испытания в изложенном выше порядке в п. 2.1.7 – 2.1.16.
2.1.23 После окончания лабораторной работы электроды свести в соприкосновение, снять остаточный заряд на конденсаторе С разрядной штангой, на положительный вывод конденсатора С наложить временное защитное заземление.
2.1.24 Расчетные данные по проведенным экспериментальным исследованиям занести в табл. 1 и табл.2.
Таблица 1 – Измеренные и вычисленные величины для слабонеоднородных полей
Давление, P, мм. рт. ст. |
Форма электродов |
Расстояние между электродами, Ѕ , см |
Первичное напряжение, U1, B |
Вторичное напряжение, кВ |
Средняя разрядная напряженность, E0ср, кВ/см |
|
f |
Макс. разрядная напряженность, кВ/см Е0max |
||||
U1.1 |
U1.2 |
U1.3 |
Uср |
U2
|
U0 |
|||||||
|
шар-шар 6,25см |
0,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
1,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
2,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 2 – Измеренные и вычисленные величины для резконеоднородных полей
tсух |
tвлаж |
K |
|
Тип электродов
|
Расстояние между электродами, Ѕ , см |
Первичное напряжение U1, B |
Вторичное напряжение, кВ |
Средняя разрядная напряженность Е*0ср, кВ/см |
||||
U1.1 |
U1.2 |
U1.3 |
Uср |
U*2
|
U*0 |
|||||||
|
|
|
|
(+)игла- плоскость (-) |
0,5 |
|
|
|
|
|
|
|
1,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
1,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
2,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
(-)игла- плоскость (+) |
0,5 |
|
|
|
|
|
|
|
1,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
1,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
2,0 |
|
|
|
|
|
|
|
2.2 Расчеты и построения
Учитывая то, что условия проведения экспериментальных исследований могут существенно отличаться от нормальных (Р0=760 мм. рт.ст. или Р0=101,325кПа; Т0 = 273 + 20 0С; абсолютная влажность воздуха 11 г/м3), все расчетные параметры должны быть приведены к нормальным условиям. Для этого в процессе проведения экспериментов осуществляется контроль давления окружающего воздуха с помощью барометра, температуры окружающего воздуха с помощью психрометра, содержащего «сухой» и «мокрый» термометры. Показания «сухого» термометра соответствуют температуре окружающего воздуха (tсух = t)
2.2.1 Слабонеоднородные поля
Для расчета использовать формулы:
; ;
;
,
где U0 – напряжение пробоя воздушного промежутка, приведенное к нормальным условиям, кВ;
U2 – напряжение на вторичной обмотке высоковольтного трансформатора Т1 (определяется по градуировочной кривой , приведенной на рабочем месте, или по коэффициенту трансформации, см. на испытательном стенде), кВ;
δ – относительная плотность окружающего воздуха;
P – давление окружающего воздуха, мм.рт.ст; *);
t – температура окружающего воздуха, оС;
Е0 ср – средняя разрядная напряженность, кВ/см;
Е0 mах – максимальная напряженность, кВ/см.
ƒ – поправочный коэффициент, учитывающий неоднородность электрического поля.
Примечание. Если давление окружающего воздуха измеряется в Паскалях, то для перерасчета давления в мм.рт.ст. использовать следующее соотношение – 1мм.рт.ст. =133,322 Па.
Коэффициент f определить по табл. 3 в зависимости от отношения расстояния между шарами к радиусу шаров , где r = 3,125 см (диаметр шаров 6,25см).
Таблица 3 – Значения поправочного коэффициента f
|
f (шары изолированы ) |
f (один шар заземлен) |
Примечание |
0,1 |
1,03 |
1,03 |
Значение коэффициента f зависит от степени неоднородности электрического поля |
0,2 |
1,068 |
1,07 |
|
0,4 |
1,137 |
1,14 |
|
0,6 |
1,208 |
1,23 |
|
0,8 |
1,283 |
1,32 |
|
1,0 |
1,359 |
1,41 |
2.2.2 Резконеоднородные поля
Для расчета использовать формулы:
; ; ,
где K – поправочный коэффициент, учитывающий абсолютную влажность воздуха.
Поправочный коэффициент К определить по номограмме (см. рис. 4) в зависимости от абсолютной влажности воздуха в лабораторных условиях. Абсолютная влажность воздуха определяется по показаниям «сухого» tсух и «влажного» tвлаж термометров психрометра, размещенного в лаборатории.
2.2.3 По расчетным данным (см.табл.1; табл.2) построить графики зависимостей:
, ; = f (S) , = f (S)