INSTALAŢIE DE ÎNCERCARE CU TENSIUNE ÎNALTĂ 250 kv, 50 Hz

Transcript

1 INSTALAŢIE DE ÎNCERCARE CU TENSIUNE ÎNALTĂ 250 kv, 50 Hz Instalaţia, de fabricaţie roânească (URTAE Roan, 1978) se copune din două transforatoare onofazate, ontate în cascadă. Principalii paraetri tehnici ai transforatoarelor sunt : tipul transforatorului onofazat, în carcasă etalică, cu izolaţie de ulei; puterea noinală 125 kva; raportul de transforare 0,2/125 kv; curentul noinal al înfăşurării de înaltă tensiune 1A; tensiunea de scurtcircuit 10,25 %. Schea electrică de principiu a cascadei este dată în fig.1. Fiecare transforator are o înfăşurare priară P, una secundară S, iar priul transforator are şi o înfăşurare de transfer T, necesară pentru alientarea înfăşurării priare a treptei urătoare a cascadei. Înfăşurările priare şi de transfer, pe de o parte şi cele secundare pe de altă parte, sunt constructiv identice pentru cele două transforatoare. Cuvele transforatoarelor sunt etalice şi, deoarece sfârşitul înfăşurării secundare a priei trepte este legat la cuva transforatorului celei de-a doua trepte, aceasta se află la un potenţial ridicat faţă de păânt, otiv pentru care este aşezată pe suporţi izolanţi. Înfăşurările secundare ale celor două transforatoare fiind înseriate, tensiunea între borna de înaltă tensiune a treptei superioare şi păânt este dublă în raport cu tensiunea la bornele înfăşurărilor secundare ale fiecărei trepte. Înfăşurarea priară a priei trepte este alientată cu tensiune reglabilă între 0 şi 200 V de la un autotransforator reglabil, ATR. P S S 1 C 1 C U 1 2 S 2 2U 2 T U 2 U 1 ATR U1 V P TC-1 TC-2 S U2 U 2 I > I > A Fig.1. - Schea electrică a cascadei de transforatoare de încercare de 250 kv ATR-autotransforator reglabil; P-înfăşurare priară; S-înfăşurare secundară; T-înfăşurare de transfer; C 1, C 2 -contactoare; S 1, S 2 -separatoare; TC-transforator de curent; I >- releu axial de curent; A-aperetru; V-voltetru. Părţile coponente ale instalaţiei sunt aplasate astfel: cascada de transforatoare şi pupitrul de coandă, în sala de înaltă tensiune; dulapul de coutaţie, în sala surselor de alientare; autotransforatorul, în parcul de autotransforatoare din exteriorul clădirii. Protecţia transforatoarelor îpotriva defectelor interne ce generează gaze se realizează cu relee Bucholtz. Protecţia la suprasarcini de durată este asigurată de relee terice ataşate Tehnica tensiunilor înalte Lucrări de laborator 2005

2 INSTALAŢIE DE ÎNCERCARE 250 KV, 50 HZ contactoarelor C 1 şi C 2, iar protecţia la suprasarcini de scurtă durată se realizează cu ajutorul a două relee axiale de curent, precu şi cu siguranţe fuzibile rapide. Pupitrul de coandă este prezentat scheatic în fig.2. În afară de eleentele de coandă, ăsură şi senalizare ale instalaţiei de încercare, pupitrul ai cuprinde coanda acţionării eclatorului cu sfere Φ50 c, afişarea distanţei între sfere, precu şi senalizarea succesiunii fazelor reţelei de alientare, necesară datorită folosirii unui otor asincron trifazat pentru antrenarea echipajului obil al autotransforatorului. Dacă succesiunea fazelor este incorectă, cursorul ATR ar fi acţionat în sens invers celui cerut prin acţionarea butonului de coandă, iar liitatoarele de cursă nu şi-ar ai îndeplini funcţia, apărând pericol de avarie ecanică. L 1 L 6 L 2 A V L 7 L 3 L 4 N 13 L 9 12 L 5 14 L 8 S 3 L 10 S 4 C 1 3 L 11 L 12 L L L 15 7 L Fig.2. Pupitrul de coandă al instalaţiei 250 kv, 50 Hz C-întrerupător cu cheie pentru alientarea circuitelor de coandă şi senalizare; A-ăsura curentului absorbit de cascadă; V-ăsura tensiunii înalte; N-indicator al distanţei dintre sferele eclatorului 50 c; S 3 -separator în circuitul de coandă al contactorului C 1 ; S 4 -separator în circuitul de coandă al contactorului C 2 ; Coenzi: 1-conectare contactor C 1 ; 2-deconectare contactor C 1 ; 3-conectare contactor C 2 ; 4-deconectare contactor C 2 ; 5-claviatură pentru alegerea treptei de reglaj fin a tensiunii; 6-creştere tensiune (fin); 7-creştere tensiune (brut); 8-descreştere tensiune (fin); 9-descreştere tensiune (brut); 10-releu tip; 11-avertizor sonor; 12-coanda reglării distanţei la eclatorul cu sfere 50 c; 13-conectarea controlului succesiunii fazelor; 14-anularea senalizărilor; Senalizări: L 1 -alientare generală a instalaţiei; L 2 -bariera de acces ridicată; L 3 -contact de podea deschis,l 4 -cursorul autotransforatorului nu se află la zero; L 5 -avertizare releu gaze; L 6 -avertizare pentru verificarea anuală a prezenţei tensiunii; L 7 -avertizare pentru separarea vizibilă a circuitului de alientare; L 8 -funcţionarea protecţiei axiale 1;,L 9 - funcţionarea protecţiei axiale 2; L 10 - prezenţa tensiunii în circuitele de coandă; L 11 -contactorul C 1 închis; L 12 -contactorul C 2 închis; L 13 - sisteul trifazat de tensiuni cu succesiune directă; L 14 -sisteul trifazat de tensiuni cu succesiune inversă; L 15 -tensiunea creşte; L 16 -tensiunea scade Ordinea operaţiilor de punere şi de scoatere din funcţiune a cascadei este: se pregăteşte zona de lucru pentru încercare, după care aceasta va fi evacuată de întregul personal; se închide uşa (bariera) de acces în zona de înaltă tensiune; se alientează circuitele din pupitrul de coandă prin cheia C; Tehnica tensiunilor înalte Lucrări de laborator

3 INSTALAŢIE DE ÎNCERCARE 250 KV, 50 HZ se verifică succesiunea corectă a fazelor reţelei de alientare (arde lapa L 13, după acţionarea coutatorului 13 (acelaşi coutator alientează şi circuitele de acţionare a deplasării sferei inferioare a eclatorului); se acţionează succesiv butoanele 1 şi 3 pentru închiderea contactoarelor C 1 şi C 2 ; pentru reuşita conectării contactorului C 1 trebuie ca bariera de acces în zona de lucru să fie închisă, operatorul să se afle la pupitru (contactul de podea al pupitrului de coandă să fie închis), iar contactorul C 2 se poate închide nuai dacă cursorul ATR se află pe poziţia de tensiune nulă; pentru creşterea tensiunii se apasă continuu pe butonul 7; pentru descreşterea tensiunii se apasă pe butonul 9; pentru reglajul fin al tensiunii se alege, din claviatura 5, treapta de reglare dorită (durata ipulsului de reglare descreşte de la stânga la dreapta), apoi se apasă pe butoanele 6 sau 8, de câte ori este nevoie până se obţine tensiunea dorită; dacă are loc o descărcare electrică în ontajul de înaltă tensiune, protecţia de supracurent coandă deschiderea contactorului C 2 şi apare senalizarea izolaţie străpunsă (L 9 ). Dacă tensiunea aplicată este suficient de ridicată, pot funcţiona abele protecţii axiale de curent şi se coandă deschiderea abelor contactoare. Va apare şi senalizarea protecţie axială 1 (L 8 ); după deschiderea contactorului C 2 prin protecţia de supracurent, prin protecţia de gaze sau prin acţionarea butonului 4, cursorul ATR revine autoat către poziţia de tensiune nulă (se aprinde senalizarea poziţie incorectă autotransforator, lăpile L 4 şi L 16 ); pentru repetarea încercării, se aşteaptă revenirea autotransforatorului la poziţia de tensiune iniă (se sting lăpile L 4 şi L 16 ), se anulează senalizările funcţionării protecţiilor de curent din butonul 14, după care se reiau operaţiile de conectare şi reglare a tensiunii; pentru deconectarea instalaţiei se acţionează succesiv butoanele 4 şi 2 şi cheia de contact; iar în caz de urgenţă sau de defectare a butoanelor de deconectare se procedează la deschiderea separatoarelor S 3 şi S 4 înseriate în circuitele de coandă ale contactoarelor. Pentru folosirea eclatorului cu sfere se acţionează coutatorul 13, apoi, cu ajutorul cheii cu revenire 12, se coandă otorul de acţionare a sferei inferioare. Se aduce distanţa între sfere la zero, se citeşte indicaţia nuărătorului N (ca zero fals) după care sferele se îndepărtează la distanţa dorită. Atenţie: Deoarece otorul de acţionare a sferei inferioare a eclatorului are putere ică, este obligatoriu să se aştepte oprirea acestuia înainte de a se da o coandă de inversare a sensului de rotaţie. Nerespectarea acestei indicaţii poate conduce la defectarea otorului prin supraîncălzirea (arderea) înfăşurării statorice. Tehnica tensiunilor înalte Lucrări de laborator

4 MĂSURAREA TENSIUNILOR ÎNALTE CU ECLATORUL CU SFERE MĂSURAREA TENSIUNILOR ÎNALTE CU ECLATORUL CU SFERE. Principiul de ăsurare al tensiunilor înalte cu ajutorul eclatorului cu sfere se bazează pe legea siilitudinii descărcărilor confor căreia tensiunea disruptivă în câp electric slab neunifor este funcţie de produsul δs dintre densitatea relativă a gazului şi distanţa dintre electrozi ca şi de raportul s/d între distanţa între sfere şi diaetrul lor. Având o caracteristicã tensiune tip aproape orizontală, indiferent de durata descărcării, tensiunea disruptivă a intervalului nu depinde de durata aplicării tensiunii şi de legea de variaţie a acesteia în tip astfel că eclatorul cu sfere poate fi utilizat ca dispozitiv de ăsură a valorilor de vârf a tensiunilor alternative, continue şi de ipuls. Măsurarea tensiunii cu eclatorul cu sfere se poate face fie aplicând sferelor, iniţial suficient de depărtate, tensiunea de ăsurat şi apropiindu-le lent până la producerea descărcării, fie fixând ai întâi distanţa dintre sfere şi crescând tensiunea aplicată până la producerea descărcării. Tensiunea disruptivă depinde de diaetrul sferelor şi de distanţa dintre acestea, fiind indicată, pentru condiţii atosferice norale, în tabelele 1 şi 2. Constructiv, un eclator este forat din două sfere cu acelaşi diaetru, din cupru, ontate pe doi suporţi dintre care cel puţin unul este izolant. Axul coun al sferelor poate fi orizontal (pentru diaetre pânã la c) sau vertical (pentru diaetre ai ari). În cea ai are parte a cazurilor, eclatorul se foloseşte cu una dintre sfere legată la păânt. Această sferă este, de obicei obilă, anual sau acţionată cu un otor, periţând reglarea distanţei şi, respectiv, a tensiunii de aorsare. Eclatorul cu sfere se conectează la circuitul de înaltă tensiune prin interediul unei rezistenţe, care are un dublu rol: liitează curentul prin arcul electric între sfere în scopul prevenirii deteriorării suprafeţelor acestora şi aortizează oscilaţiile de înaltă frecvenţă datorate tăierii bruşte a tensiunii de către eclator. Rezistenţa se diensionează la 0,5-1 Ω /V pentru tensiuni de durată şi la valori ai reduse în cazul tensiunii de ipuls. Asigurarea preciziei ăsurării cu eclatorul cu sfere (eroare de axiu ±3 %) se obţine atât prin odul de construcţie şi instalare, cât şi prin odul de folosire al acestuia. În privinţa construcţiei şi instalării, este esenţial să se asigure enţinerea caracterului slab neunifor al câpului electric dintre sfere. Pentru aceasta este necesar ca obiectele etalice, aflate sub tensiune sau legate la păânt, să nu se afle prea aproape de axul sisteului de electrozi (ini 9D pentru D = 2 c, respectiv ini 3D în cazul D = 1). De aseenea, distanţa dintre sfere nu trebuie să depăşească ăriea razei acestora. Pe suprafaţa sferelor nu trebuie să se afle praf sau alte depuneri, care pot crea intensificare locală a câpului electric, deterinând aorsarea preatură a descărcării. În privinţa odului de utilizare, principala influenţă are luarea în considerare a dispersiei statistice a rezultatelor datorită ultitudinii de factori aleatori de care depinde forarea descărcării. Obţinerea preciziei axie necesită efectuarea unui nuăr foarte de are de încercări în condiţii identice, ceea ce cere ult tip. Este iportantă asigurarea aceloraşi condiţii iniţiale la repetarea încercării, prin păstrarea unui interval de iniu 1 inut între două încercări astfel ca să se poată produce deionizarea copletă a traseului descărcării precedente. Practic se vor executa serii de 3 5 încercări, eliinând dintre rezultatele obţinute pe acelea care se abat cel ai ult de celelalte. Precizia ăsurării se poate ări la eclatoarele având D < 12,5 c, pe calea iradierii punctului de scânteiere cu radiaţii ultraviolete sau radioactive.prin acest procedeu starea iniţială de ionizare a aerului va fi aceiaşi la toate încercările, iar dispersia valorilor tensiunilor disruptive se reduce. Densitatea gazului (aerului) influenţează direct ăriea tensiunii disruptive. Dacă ăsurarea se face în condiţii diferite de cele norale (t = 20 0 C, p = 1013 bar =760 Hg), Tehnica tensiunilor înalte Lucrări de laborator

5 MĂSURAREA TENSIUNILOR ÎNALTE CU ECLATORUL CU SFERE tensiunea disruptivă reală, U d, real, se obţine cu relaţia: U d,real = kud,nor (1) în care U d,nor este valoarea pentru condiţii atosferiuce norale. Pentru variaţii reduse ale densităţii relative a aerului, 0,95 < δ <1,05, coeficientul de corecţie k = δ, densitatea relativă a aerului, care se poate calcula cu una dintre relaţiile: p δ = 0,289, dacă p se ăsoară în bar, respectiv t p δ = 0,386, dacă p se ăsoară în Hg (torr) t Influenţa uidităţii atosferice poate fi neglijată în cazul distanţelor ici între electrozi (sub 1) aşa cu este cazul la încercările efectuate în laborator (nu există surse de tensiune atât de are). Pentru ăsurarea tensiunilor continue sau alternative chiar de frecvenţă are, eclatorul poate fi folosit fie enţinând constantă distanţa între sfere şi crescând tensiunea aplicatã fie enţinând tensiunea constantă şi reducând distanţa între sfere până la aorsarea descărcării. Tensiunile de ipuls nu se pot ăsura prin aceleaşi etode deoarece ipulsurile au durate prea reduse pentru a putea regla distanţa între sfere pe durata aplicării acestora, iar pe de altă parte aplitudinea lor nu poate fi odificată decât de la un ipuls la altul. Ca urare, este necesară o etodă statistică de ăsură, cel ai frecvent utilizată fiind etoda celor 50 % aorsări. Aceasta înseană obţinerea unei distanţe între sfere pentru care, nuai 50% dintre ipulsurile identice aplicate provoacă aorsarea descărcării. Obţinerea acestei distanţe între sferele eclatorului se poate face prin procedee practice care necesită un nuăr ai redus de încercări decât ar necesita etoda statistică copletă. Una dintre aceste etode, a treptelor ultiple, presupune reglarea distanţei dintre sfere în trepte de cel ult 2% din distanţa disruptivă prezuată. Pentru fiecare treaptă se vor aplica serii de 6 ipulsuri, intervalul de tip între douã ipulsuri succesive nefiind ai ic de 5 secunde. Distanţa care corespunde tensiunii de 50% aorsări disruptive se obţine prin interpolare liniară între două trepte consecutive ale distanţei, pentru pria aorsările eclatorului fiind ajoritare, iar pentru cealaltă aorsările fiind inoritare. Distanţa iniţială, prezuată, se poate stabili în funcţie diaetrul sferelor eclatorului folosit şi de aplitudinea estiată a ipulsului aplicat cunoscând tensiunea de încărcare a generatorului de ipuls şi ăriea coeficientului de utilizare al acestuia O tehnică siilară se poate folosi odificând aplitudinea ipulsurilor şi păstrând distanţa între sfere constantă. Altă etodă este cunoscută sub denuirea sus-jos şi se aplică astfel: se pleacă de la estiarea tensiunii de 50% aorsări, U 50 şi se alege o treaptă de variaţie a acesteia, ΔU de cca. 3% din U 50. Se aplică eclatorului ipulsul cu aplitudinea U 50. Dacă se produce aorsarea, urătorul ipuls aplicat va avea aplitudinea U 50 ΔU. Dacă are loc o nouă aorsare, urătorul ipuls va avea aplitudinea U 50 2ΔU. Se continuă astfel cu reducerea tensiunii în trepte ΔU până când eclatorul nu ai aorsează. Mai departe, tensiunea se va ări cu ΔU, iar în continuare creşterea sau reducerea tensiunii vor fi ipuse de răspunsul eclatorului (neaorsare, respectiv aorsare). Se continuă astfel până la un nuăr de cca. 20 încercări. Tensiunea de 50% aorsări se calculează cu relaţia nxu x U50 =, (2) n în care n x reprezintă nuărul de aplicări ale ipulsului cu aplitudinea U x. Se vor lua în considerare nuai treptele U x care s-au aplicat de cel puţin două ori în seria de încercări. Această condiţie eliină erorile datorate alegerii prea ari sau prea ici a tensiunii disruptive prezuate. Şi această etodă poate fi transpusă în trepte de distanţă, păstrând aplitudinea x Tehnica tensiunilor înalte Lucrări de laborator

6 MĂSURAREA TENSIUNILOR ÎNALTE CU ECLATORUL CU SFERE ipulsului neschibată. Tabelul 1 - Valorile de vârf ale tensiunilor disruptive ale eclatorului cu sfere,cu o sferã legatã la păânt în kv (valori disruptive de 50% aorsări în cazul tensiunilor de ipuls). Valabile pentru: -tensiuni alternative, -tensiuni de ipuls negative pline, standardizate sau cu o duratã de seiaplitudine ai are, -tensiuni continue de abele polarităţi. 0 Condiţii atosferice de referinţă: 20 C şi 1013 ilibari (760 Hg). Distanţa Diaetrul sferelor (c) între sfere (c) 0,05 2,8 0,1 4,7 0,15 6,4 0,2 8,0 8 0,25 9,6 9,6 0,3 11,2 11,2 0,4 14,4 14,3 0,5 17,4 17,4 16,8 16,8 0,6 20,4 20,4 19,9 19,9 0,7 23,2 23, ,8 25,8 26, ,9 28,3 29,2 28,9 28,9 1 30, ,7 31, ,2 (35,1) 37,6 37,4 37, ,4 (38,5) 42,9 42,9 42, ,5 (40) 45,5 45,5 45,5 45,5 1,6 48,1 48,1 48,1 48,1 1, ,5 53,5 53,5 2 57, ,20 61,5 64, ,5 64,5 64,5 2,40 65,5 69, ,60 (69) 74,5 75,5 75,5 75,5 75,5 2,80 (72,5 79,5 80, ,0 (75, , ,50 (82, ,0 (88,5) , , ,50 (131) ,0 (138) ,50 (144) ,0 (150) ,50 (155) ,0 (185) ,0 (198) ,0 (209) ,0 (219) ,0 (229) ,0 (289) ,0 (302) Tehnica tensiunilor înalte Lucrări de laborator

7 MĂSURAREA TENSIUNILOR ÎNALTE CU ECLATORUL CU SFERE 15,0 (314) ,0 (326) ,0 (337) ,0 (347) ,0 (357) ,0 (366) , , ,0 (540) ,0 (565) ,0 (585) ,0 (605) ,0 (625) ,0 (640) ,0 (655) (775) ,0 (670) (800) ,0 (850) ,0 (895) 1010 Tabelul 2 - Valorile de vârf ale tensiunilor disruptive ale eclatorului cu sfere,cu o sferã legatã la păânt în kv (valori disruptive de 50% aorsări în cazul tensiunilor de ipuls). Valabile pentru: -tensiuni de ipuls pozitive pline, standardizate sau cu o duratã de seiaplitudine ai are, -tensiuni continue de abele polarităţi. Condiţii atosferice de referinţă: 20 0 C şi 1013 ilibari (760 Hg). Distanţa Diaetrul sferelor (c) între sfere (c) 0,3 11,2 11,2 0,4 14,4 14,3 0,5 17,4 17,4 16,8 16,8 0,6 20,4 20,4 19,9 19,9 0,7 23,2 23, ,8 25,8 26, ,9 28,3 29,2 28,9 28,9 1 30, ,7 31, ,2 (35,1) 37,8 37,4 37, ,4 (38,5) 43,3 42,9 42, ,5 (40) 46,2 45,5 45,5 45,5 1, ,1 48,1 48,1 1,8 54,5 53,5 53,5 53,5 2 59, , , ,5 64,5 64,5 2, ,60 (73) 75,5 75,5 75,5 75,5 75,5 2,80 (77) 80,5 80, ,0 (81) 85,5 85, ,50 (90) 97,5 98, ,0 (97,5) , , ,50 (139) Tehnica tensiunilor înalte Lucrări de laborator

8 MĂSURAREA TENSIUNILOR ÎNALTE CU ECLATORUL CU SFERE 6,0 (148) ,50 (156) ,0 (163) ,50 (170) ,0 (196) ,0 (212) ,0 (226) ,0 (238) ,0 (249) ,0 (308) ,0 (323) ,0 (337) ,0 (350) ,0 (362) ,0 (374) ,0 (385) ,0 (395) , , , ,0 (595) ,0 (620) ,0 (640) ,0 (660) ,0 (680) ,0 (700) (810) ,0 (715) (835) ,0 (890) ,0 (940) 1040 Tehnica tensiunilor înalte Lucrări de laborator

9 Producerea şi ăsurarea tensiunilor înalte alternative PRODUCEREA ŞI MĂSURAREA TENSIUNILOR ÎNALTE ALTERNATIVE 1. Baze teoretice Producerea tensiunilor înalte alternative de frecvenţă industrială În laboratoarele de încercări, tensiunile înalte alternative de frecvenţă industrială se obţin, folosind transforatoare ridicătoare onofazate (transforatoare de încercare). Proiectarea şi construcţia lor sunt siilare cu ale transforatoarelor de putere. Utilizarea lor la încercarea izolaţiei echipaentului electric de înaltă tensiune ipune însă unele caracteristici deosebite faţă de transforatoarele de putere, printre care enţionă: - curentul de scurtcircuit pe partea de înaltă tensiune trebuie să fie suficient de are (1 A pentru încercarea izolaţiei uscate, 3 A pentru încercarea izolaţiei poluate sau sub ploaie) pentru a produce un defect vizibil în cazul în care izolaţia încercată nu rezistă solicitării ca şi pentru a evita apariţia unor supratensiuni iportante în cazul arderii interitente a arcului electric de străpungere sau conturnare a izolaţiei încercate; - tensiunea de scurtcircuit trebuie sa aibă o valoare cît ai ică pentru a se asigura valoarea cerută pentru intensitatea curentului de scurtcircuit şi pentru reducerea căderilor de tensiune interne, respectiv reducerea tensiunii disponibile pe obiectul de încercat; - tensiunea furnizată să fie practic sinusoidală, conţinutul de aronici adis fiind de axiu 2-5%. Pentru tensiuni de până la câteva sute de kv se folosesc transforatoare de încercare într-o singură unitate dar, deoarece o dată cu creşterea tensiunii noinale creşte şi gabaritul transforatorului, la tensiuni ai înalte este ai avantajos a se folosi transforatoare de încercare în cascadă. Principala dificultate în calea construirii unor transforatoare pentru tensiuni foarte înalte o constituie realizarea izolaţiei atât interne cât şi externe (izolatorul de trecere). O soluţie frecvent folosită pentru reducerea diensiunilor izolaţiei este conectarea bornei ediane a înfăşurării de înaltă tensiune la iezul agnetic şi la carcasa etalică (fig.1, b). Este necesară aşezarea carcasei pe izolatoare suport, dar atât acestea cât şi izolatoarele de trecere se diensionează la ½ U n. O altă soluţie folosită este construirea carcasei din aterial izolant (carton presat şi ipregnat) astfel că preia şi funcţia de izolator de trecere (fig.1, c). Tehnica tensiunilor înalte Lucrări de laborator

10 Producerea şi ăsurarea tensiunilor înalte alternative Această soluţie este adisibilă nuai pentru transforatoarele instalate în spaţii protejate faţă de inteperii. a) b) c) Fig.1- Transforatoare de încercare a) în carcasă etalică, cu izolaţie plină; b) în carcasă etalică, cu izolaţie internă şi externă 50%; c) în carcasă din aterial izolant Construirea transforatoarelor de încercare în cascadă este un procedeu care perite obţinerea tensiunilor de încercare de până la 2MV şi chiar ai ari. Principiul de funcţionare a acestor schee constă în conectarea în serie a înfăşurărilor de înaltă tensiune a 2-3 transforatoare, astfel încât tensiunea furnizată de cascadă este sua tensiunilor secundare a transforatoarelor cascadei. După odul de alientare a înfăşurărilor priare se deosebesc două tipuri de schee, confor fig.2, a) şi fig.2, b). S U2 T U 1 P S U 2 2U 2 P U 1 P S U2 U 2 S P U 1 P U2 a) b) Fig.2 Instalaţii în cascadă cu 2 trepte pentru producerea tensiunilor înalte alternative a) cu alientarea treptelor în serie; b) cu alientarea treptelor în paralel U 1 În schea din fig.2, a), transforatorul de pe pria treaptă a cascadei conţine, pe lângă înfăşurările priară P şi secundară S, o înfăşurare de transfer T necesară pentru alientarea înfăşurării priare a treptei a doua. Înfăşurarea de transfer are acelaşi nuăr de spire ca şi Tehnica tensiunilor înalte Lucrări de laborator

11 Producerea şi ăsurarea tensiunilor înalte alternative înfăşurarea priară, dar este aşezată peste înfăşurarea secundară, cu care este conectată în serie. Datorită legăturii electrice dintre borna de înaltă tensiune a treptei I şi carcasa transforatorului din treapta a II-a, este necesară ontarea acestui transforator pe suporturi izolante. Puterea tranzitată prin transforatorul priei trepte include şi puterea necesară treptei a doua. Schea din Fig.2,b) este ai puţin folosită deoarece, pentru a produce aceeaşi tensiune înaltă are nevoie de trei transforatoare. Puterile celor trei transforatoare sunt egale. Transforatorul prin care se alientează treapta a II-a are raportul de transforare 1, servind nuai pentru izolarea înfăşurării priare a acesteia faţă de reţeaua de alientare de joasă tensiune. Ca urare, izolaţia înfăşurării sale secundare trebuie să suporte tensiunea secundară U Măsurarea tensiunilor înalte de frecvenţă industrială Pentru ăsurarea tensiunilor înalte alternative se pot folosi ai ulte etode: directe şi indirecte. În cazul etodelor directe, dispozitivul de ăsurare, diensionat corespunzător, se conectează direct la înaltă tensiune. Aparatele de ăsură cel ai des folosite, din această categorie, sunt eclatorul cu sfere şi kilovoltetrul electrostatic. Eclatorul cu sfere este forat din două sfere identice între care se aplică tensiunea de ăsurat. Măsurarea se efectuează prin găsirea distanţe axie între sfere la care se produce descărcarea electrică datorată tensiunii aplicate. Eclatorul cu sfere se poate utiliza pentru orice foră a tensiunii aplicate, descărcarea producându-se la valoarea axiă a tensiunii aplicate. Între distanţa dintre sfere, diaetrul sferelor şi tensiunea disruptivă există o corelaţie dată de legea siilitudinii descărcărilor. Valorile tensiunilor disruptive în condiţii atosferice norale sunt noralizate. Kilovoltetrul electrostatic funcţionează pe baza forţei care se exercită între doi electrozi între care există o diferenţă de potenţial. Într-unul dintre electrozi este practicat un orificiu în care se aşează o foiţă etalică suspendată pe un fir etalic. În funcţie de ăriea tensiunii aplicate, foiţa se va roti cu un anuit unghi. Prin devierea unei raze de luină de către o oglindă solidară cu firul etalic, se obţine indicaţia tensiunii pe o scală gradată. Întrucât forţa electrostatică este proporţională cu U 2, un astfel de aparat ăsoară valoarea efectivă a tensiunii aplicate. Metodele indirecte folosesc dispozitive interediare, aplasate între borna de înaltă tensiune şi aparatul de ăsură de joasă tensiune, cu ajutorul cărora se obţine reducerea valorii Tehnica tensiunilor înalte Lucrări de laborator

12 Producerea şi ăsurarea tensiunilor înalte alternative tensiunii înalte până la valori care pot fi ăsurate cu instruente de joasă tensiune. Printre aceste etode entionă urătoarele: a) Măsurarea valorii efective a tensiunii alternative folosind raportul de transforare al transforatorului. Dacă raportul de transforare este definit ca raportul tensiunilor secundară şi priară la funcţionarea la gol, k = U 20 /U 10, atunci cunoscându-se acest raport şi ăsurându-se tensiunea de alientare, se poate calcula tensiunea înaltă din înfăşurarea secundară. Metoda poate fi utilizată, cu erori adisibile nuai în cazul funcţionării transforatorului la gol şi eventual cu sarcină redusă. Acesta este, de fapt, regiul de funcţionare al transforatoarelor de încercare deoarece, până la producerea unei descărcări, sarcina este reprezentată de ipedanţa izolaţiei obiectului încercat, în general foarte are. Face excepţie încercarea unor obiecte cu capacitate are, când trebuie luată în considerare influenţa reactanţei capacitive a obiectului, care provoacă o creştere a tensiunii secundare peste ăriea calculată cu raportul de transforare. X T U 1 U 2 Ob. ku Z I 2 1 O U 2 Fig.3 Utilizarea raportului de transforare Confor scheei echivalente din fig.3, se pot scrie relaţiile: U 2 = ku U 2 I 2 = Z O 1 jx T I 2 U 2 ku 1 = jx 1 + Z Dacă Z O =jx O (sarcină inductivă) atunci U 2 <ku 1, iar dacă Z O = -jx O (sarcină capacitivă) atunci U 2 > ku 1. T O. b) Măsurarea tensiunilor alternative înalte cu ajutorul divizoarelor de tensiune şi voltetrelor de joasă tensiune. Divizorul de tensiune este un dispozitiv pasiv care reduce valoarea tensiunii înalte, fără a-i afecta fora, până la o ărie posibil de ăsurat cu un instruent de joasă tensiune. În principiu, divizorul de tensiune se poate prezenta ca fiind forat din două ipedanţe înseriate Z 1 şi Z 2 (fig.4, a). Ipedanţa Z 1 reprezintă braţul de înaltă tensiune, iar Z 2 braţul de joasă tensiune. Pentru ca Z 1 să preia cea ai are parte a tensiunii de ăsurat, este necesar ca Tehnica tensiunilor înalte Lucrări de laborator

13 Producerea şi ăsurarea tensiunilor înalte alternative Z 1 >>Z 2. Ipedanţa de intrare a instruentului de ăsură trebuie să fie suficient de are pentru a nu odifica raportul de divizare care se defineşte : U k = U 1 2 Z 1 + Z = Z 2e 2e Z Z 1 2e,Z 2e Z = Z În funcţie de eleentele de circuit folosite la realizarea constructivă a divizoarelor se deosebesc urătoarele tipuri: rezistiv (fig.4,b), capacitiv (fig.4,c), ixt paralel (fig.4,d) şi ixt serie (fig.4,e). 2 2 Z + Z. Divizorul rezistiv, realizat în od obişnuit prin bobinarea antiinductivă, pe un suport electroizolant cilindric, a unui conductor cu rezistivitate are, nu este indicat a fi folosit la ăsurarea tensiunilor alternative din cauza erorilor, atât în aplitudine, cât şi în fază, datorate prezenţei capacităţilor parazite între coponentele divizorului şi păânt, respectiv electrodul de înaltă tensiune. Z 1 R 1 C 1 K 1 R 1 R 1 U1 K 1 Z 2 Z U2 R 2 C 2 a) b) c) d) e) Fig.4 Divizoare de tensiune a) schea de principiu ; b) divizor rezistiv ; c) divizor capacitiv ; d) divizor ixt-paralel ; e) divizor ixt-serie Divizorul capacitiv dă cele ai bune rezultate la ăsurarea tensiunilor alternative. Constructiv, acesta este cel ai siplu de realizat. Erorile în aplitudine (nu şi în fază) datorate prezenţei capacităţilor parazite faţă de păânt sunt ai ici şi pot fi icşorate şi ai ult dacă ăriea capacităţii proprii depăşeşte substanţial ăriea capacităţilor parazite sau dacă se folosesc electrozi pentru uniforizarea repartiţiei tensiunii de-a lungul divizorului. Eliinarea aproape copletă a influenţei capacităţilor parazite se obţine folosind în braţul de înaltă tensiune un singur condensator cilindric coaxial cu izolaţie de gaz sub presiune. Divizorul ixt paralel este de aseenea potrivit pentru ăsurarea tensiunilor alternative de orice frecvenţă. La frecvenţe joase ( ω 0) el se coportă ca un divizor rezistiv, raportul de divizare fiind k = (R 1 +R 2 )/R 2, iar la frecvenţe înalte ca un divizor capacitiv, având raportul de divizare k = (K 1 +K 2 )/K 2. Dacă eleentele R şi K se aleg astfel încât R 1 K 1 = R 2 K 2, adică K 2 R 2 R 2 K 2 Tehnica tensiunilor înalte Lucrări de laborator

14 Producerea şi ăsurarea tensiunilor înalte alternative constantele de tip ale celor două braţe ale divizorului să fie egale, se obţine un divizor copensat, cu perforanţe foarte bune la ăsurarea fenoenelor rapid variabile. Divizorul ixt paralel este ai puţin utilizat din cauza dificultăţilor de realizare constructivă a braţului de înaltă tensiune. Divizorul ixt serie, denuit şi capacitiv aortizat, este recoandat pentru ăsurarea tensiunilor foarte înalte, în care caz înălţiea constructivă a divizorului creşte şi, din cauza lungiii ai ari a conductoarelor de legătură, intervine influenţa inductivităţii acestora, în prezenţa căreia pot apare fenoene oscilatorii. Pentru aortizarea lor se folosesc rezistoare înseriate cu condensatoarele. Răspunsul divizorului este opti, de aseenea când el este copensat, adică se realizează condiţia R 1 K 1 = R 2 K 2. Ca instruent de ăsură în braţul de joasă tensiune, se poare folosi orice aparat cu ipedanţă de intrare suficient de are, capabil a ăsura valoarea efectivă sau de vârf a tensiunii sau un osciloscop catodic. K 1 K 2 R C R V d Fig.5 Schea de principiu a ăsurării valorii de vârf a tensiunii alternative Pentru ăsurarea valorilor de vârf a tensiunilor alternative se folosesc voltetre electronice, care cuprind în blocul de intrare un condensator C, care se încarcă la valoarea de vârf a tensiunii de ăsurat, în prealabil redresată. În paralel cu acest condensator se află o rezistenţă de descărcare, R, fig.5. Măriea acesteia se alege ca un coprois între viteza de urărire a variaţiei tensiunii de ăsurat şi eroarea de ăsurare datorată descărcării condensatorului între două perioade ale tensiunii. Orientativ, optiul este atins pentru R M C M 1s. c) Deterinarea valorii de vârf a tensiunii prin ăsurarea curentului capacitiv redresat Metoda constã în ăsurarea, cu ajutorul unui iliaperetru, a curentului absorbit de un condensator căruia i se aplică tensiunea de ăsurat. Schea de principiu din fig.6, a) cuprinde un condensator de ăsură, ecranat şi un circuit de redresare bi-alternanţă, pe una dintre rauri fiind intercalat un A-etru de curent continuu. Aparatul de ăsură, de tip agnetoelectric, indică valoarea edie a curentului redresat prin una dintre diode. Tehnica tensiunilor înalte Lucrări de laborator

15 Producerea şi ăsurarea tensiunilor înalte alternative C u i A a) b) Fig. 6 Măsurarea curentului capacitiv redresat a) schea de principiu; b) tensiunea aplicată şi curentul ăsurat Măriea acestui curent este I ed U 1 = C T U du dt = dt fc [ U ( U )] = 2 fc U. Valoarea de vârf a tensiuni aplicate, U, se obţine prin calcul cu relaţia: I ed U = 2 fc. Pentru a se asigura o precizia ridicată este necesară cunoaşterea exactă a frecvenţei şi utilizarea unui condensator special de ăsură, cu dielectric gazos, în construcţie ecranatã. Dacă fora tensiunii este afectată de aronici, până la apariţia unor vârfuri suplientare, apar erori de ăsurare proporţionale cu aplitudinea acestora. Ipedanţa circuitului de ăsură, înseriat cu condensatorul de ăsură poate fi neglijată, deoarece este foarte redusă în raport cu reactanţa capacitivă a condensatorului, a cărui capacitate este de cel ult 100 pf. 2. Modul de lucru Lucrarea are ca scop cunoaşterea odului de producere a tensiunilor înalte de frecvenţă industrială în laboratoarele de încercare, în ceea ce priveşte construcţia transforatoarelor de încercare şi a instalaţiilor în cascadă, precu şi folosirea acestora. De aseenea, se vor utiliza principalele etode de ăsurare a tensiunilor înalte alternative. Însuşirea şi folosirea practicã a norelor de protecţie a uncii specifice lucrului în instalaţii de înaltă tensiune este obligatorie. In acest scop se va studia construcţia şi odul de utilizare a instalaţiei în cascadă de 250 kv. În continuare se vor executa ăsurări ale tensiunii produse cu această instalaţie folosind: eclatorul cu sfere, Tehnica tensiunilor înalte Lucrări de laborator

16 Producerea şi ăsurarea tensiunilor înalte alternative divizorul de tensiune capacitiv şi voltetrul de vârf, etoda curentului capacitiv redresat coeficientul de transforare al cascadei. Montajul de încercare este dat în fig.7. Modul de efectuare al ăsurătorilor este dat în continuare. C C 1 V 1 C 2 V v A Fig.6 Schea de principiu a ontajului experiental Eclatorul cu sfere. Se foloseşte eclatorul vertical, cu sfere având diaetrul de 50 c, prin procedeul distanţei fixe între sfere şi creşterea tensiunii aplicate până la producerea descărcării. Ordinea operaţiilor este: Se aleg câteva valori ale distanţei dintre sferele eclatorului, la care se vor face încercările, ţinând seaa de tensiunea noinală a sursei şi de tensiunile disruptive ale eclatorului (&...). Se va ţine seaa că tensiunile disruptive sunt expriate în valori de vârf, iar tensiunea noinală a sursei în valori eficace. După reglarea cât ai exactă a distanţei dintre sfere, se pune în funcţiune sursa şi se coandă creşterea continuă, neîntreruptă, a tensiunii până la producerea descărcării. În oentul producerii descărcării se citeşte valoarea tensiunii de alientare a cascadei la voltetrul de pe pupitrul de coandă. Se execută de trei ori operaţia anterioară pentru fiecare dintre distanţele dintre sfere alese şi se notează toate rezultatele obţinute în tabel. Dacă una dintre încercări produce un rezultat ult diferit de celelalte, acesta va exclude şi se va executa o încercare suplientară. Abaterile ari au alte cauze decât caracterul statistic al descărcărilor, de exeplu prezenţa prafului sau a unui corp străin pe suprafaţa sferelor. Tehnica tensiunilor înalte Lucrări de laborator

17 Producerea şi ăsurarea tensiunilor înalte alternative Se va calcula factorul de corecţie a valorilor standard ale tensiunii disruptive, corespunzător teperaturii şi presiunii aerului în oentul ăsurării ( ) şi se va folosi pentru calculul tensiunii disruptive în condiţiile ăsurării. Divizorul capacitiv şi voltetrul de vârf Divizorul capacitiv folosit are partea de înaltă tensiune forată dintr-un condensator de ăsură, în construcţie cilindrică coaxială, având dielectricul forat dintr-un aestec de CO 2 şi freon şi tensiunea noinală de 350 kv. Braţul de joasă tensiune se află în apropierea voltetrului de vârf, fiind racordat, printr-un cablu coaxial, cu condensatorul de înaltă tensiune. Voltetrul de vârf, de tip MUT 7, indică valoarea tensiunii ăsurate divizată prin 2. După realizarea ontajului, se va aplica tensiunea în od crescător şi se va regla cu cât ai are precizie la valorile edii ale tensiunii obţinute la folosirea eclatorului cu sfere, pentru fiecare dintre distanţele alese. Se va folosi facilitatea de reglare fină a tensiunii produse de sursă. Se va citi indicaţia voltetrului de vârf şi se va trece în tabelul de rezultate înulţită cu 2. Metoda curentului capacitiv redresat Montajul foloseşte acelaşi condensator de ăsură ca ai sus, la care se racordează, printr-un cablu coaxial, circuitul de redresare bialternanţă în care este inclus şi aparatul de ăsură. Se procedează la reglarea tensiunii aplicate ontajului, ca la procedeul precedent şi se citeşte indicaţia A- etrului agnetoelectric la fiecare valoare reglată a tensiunii de alientare. Datorită oentului de inerţie are al echipajului obil al A-etrului, este necesar a se aştepta cel puţin 1 inut după reglarea tensiunii până la citirea curentului. Se calculează ăriea tensiunii ăsurate, folosind relaţia (). Raportul de transforare Pentru fiecare dintre etodele de ăsurare şi ăsurările efectuate se va calcula raportul de transforare al cascadei. Deoarece rezultatele ăsurărilor sunt afectate de erori, se va aplica etoda de calcul statistic a erorilor asupra acestor valori. Astfel se va calcula: Valoarea edie a raportului de transforare / Δxi / Eroarea edie ε =, n x n xi = 1 n ; Tehnica tensiunilor înalte Lucrări de laborator

18 Producerea şi ăsurarea tensiunilor înalte alternative unde / Δ x i /=/x -x i /- valoarea absolutã a abateri ăsurătorii x i în raport cu valoarea edie x a ansablului de n ăsurători. Eroarea edie pătratică ε ι = Δx i 2 n. Dispersia rezultatelor în cazul unei distribuţii norale (Gauss): σ = Se vor trasa grafic curbele tensiunii înalte ăsurate în funcţie de distanţa dintre sferele eclatorului U=f(d), pentru cele trei etode folosite. 2 ε ι d (c) U 1 (V) Eclatorul cu sfere Media U ES stand. (kv v ) δ*u ES (kv v ) Divizorul de tensiune k tr U 2 (kv v ) k tr Curentul capacitiv redresat I ed (A) U 2 (kv v ) k tr Tehnica tensiunilor înalte Lucrări de laborator