Электрические аппараты высокого напряжения: Методические указания к выполнению лабораторных работ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Северо-Западный государственный заочный технический университет КАФЕДРА ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ И ЭЛЕКТРОМЕХАНИКИ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ АППАРАТЫ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ Методические указания к выполнению лабораторных работ

Факультет энергетический Направление и специальность подготовки дипломированного специалиста: 654500 – электротехника, электромеханика и электротехнологии; 180200 – электрические и электронные аппараты

Санкт-Петербург 2005

Утверждено редакционно-издательским советом университета УДК 621.3.04(076.5) Электрические аппараты высокого напряжения: Методические указания к выполнению лабораторных работ.- СПб.: СЗТУ, 2005. - 11 с. Методические указания к выполнению лабораторных работ составлены в соответствии с рабочей программой и отвечают требованиям государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению подготовки дипломированного специалиста 654500 (специальность 180200 – «Электрические и электронные аппараты»). Приведены описания 2 лабораторных работ, которые соответствуют основным разделам дисциплины “Электрические аппараты высокого напряжения” и предназначены для более глубокого усвоения теории, развития у студентов навыков расчета и экспериментального исследования. Рассмотрено на заседании кафедры электротехники и электромеханики 17 января 2005 г., одобрено методической комиссией энергетического факультета 1 февраля 2005г.

Р е ц е н з е н т ы:

кафедра электротехники и электромеханики СЗТУ (зав. кафедрой В.И. Рябуха, канд. техн. наук, проф.); Н.Н.Дзекцер, канд. техн. наук, директор ИЭЦ-«Контакт»

С о с т а в и т е л и: В.Л.Беляев, д-р техн. наук, проф.; Ю.Н. Куклев, канд. техн. наук, доц.

© Северо-Западный государственный заочный технический университет, 2005 2

ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ Лабораторные работы выполняются студентами 5 курса специальности 180200. Перед началом работы студенты обязаны ознакомиться с инструкцией по технике безопасности, имеющейся в лаборатории. Для выполнения лабораторной работы студент должен быть теоретически подготовлен. Подготовленность студента проверяется преподавателем, и только после этого разрешается включить схему под напряжение и приступить к работе. Каждый студент ,выполняя работу, должен вести необходимые записи и по окончании работы оформить отчет. Все вычисления должны производиться только в системе единиц СИ. К следующей работе допускаются студенты, предъявившие оформленный отчет о предыдущей работе. Категорически запрещается включать схему без разрешения преподавателя или производить какие-либо пересоединения в схеме, находящейся под напряжением. По окончании каждой работы студенты обязаны отключить установку от напряжения и привести в порядок рабочее место. Отчет о выполненной работе должен содержать: 1. Краткое описание работы; 2. Спецификацию применявшихся приборов; 3. Механическую и электрическую схему экспериментальной установки и исследуемого аппарата; 4. Все таблицы с результатами измерений, вычислений и графики; 5. Краткие выводы. ТРЕБОВАНИЯ ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ 1. При работе в высоковольтном зале все студенты должны пройти инструктаж и расписаться в журнале. 2. Вход на испытательное поле без разрешения преподавателя запрещен. 3. Все измерения должны проводиться из пультовой. Наблюдающий за разрядами также должен находиться в пультовой и наблюдать через смотровое стекло. 4. При входе на испытательное поле необходимо убедиться в работе блокировки подачи напряжения. 5. При изменении схемы испытаний обязательно все объекты разрядить переносной штангой с заземлителем и оставить ее на объекте, где проводятся работы.

3

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1.Александров Т.Н. Электрические аппараты высокого напряжения. – Л.: Энергоатомиздат,1989. 2.Афанасьев В.В. Якунин Э.Н. Разъединители. - Л.: Энергия,1979. 3. Дзербицкий С. Испытания электрических аппаратов.- Л.: Энергия, 1977.

Работа 1. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК РАЗЪЕДИНИТЕЛЯ НАРУЖНОЙ УСТАНОВКИ НА 110 кВ 1000 А 1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ Ознакомление с конструкцией разъединителей рубящего типа и проведение испытаний изоляции и изоляционных промежутков разъединителя рубящего типа высоким напряжением промышленной частоты на соответствие ГОСТ 1516. 2. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 1. Ознакомление с конструкцией разъединителя рубящего типа и выявление изоляционных промежутков, которые должны быть подвергнуты испытаниям. 2.Ознакомление с оборудованием, приборами, необходимыми для испытаний. 3. Испытание изоляции и изоляционных промежутков разъединителя. 3. ОПИСАНИЕ СХЕМЫ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ С УНИВЕРСАЛЬНЫМ ДЕЛИТЕЛЕМ НАПРЯЖЕНИЯ Измерение основано на масштабном преобразовании прикладываемого к объекту испытания высокого напряжения в низкое напряжение, которое измеряется при помощи вольтметра или осциллографа. Масштабным преобразователем служит делитель напряжения, измерительный прибор присоединяется к выходу делителя через кабель. Тип прибора выбирается в соответствии с видом измеряемого напряжения. Схема измерительной системы показана на рис.1. Результаты измерений получают либо визуальным наблюдением показаний прибора, либо осциллографированием импульсного напряжения с последующей обработкой полученных осциллограмм. При проведении измерений по данной схеме и линейных размеров на объекте испытаний должны применяться средства измерений, вспомогательное оборудование и материалы, указанные в таблице. 4

При проведении измерений должны соблюдаться следующие условия: 1. Температура окружающего воздуха от +15 до +35 0С. 2. Относительная влажность не более 90% при 25 0С. 3. Атмосферное давление от 86 до 106 кПа (от 650 до 800 мм рт.ст.). Источником напряжения промышленной частоты служит каскад трансформаторов на 700 кВ, позволяющий выдавать испытательные напряжения для высоковольтных аппаратов на классы напряжений 10, 35, 110 кВ.

Е

PU W1 W3

PS W2 PV

RF

GU

Рис. 1. Схема измерительной системы с универсальным делителем напряжения: PU Е W1 ... W3 PS PV GU RF -

делитель напряжения объект испытаний кабель осциллограф вольтметр электростатический источник стабилизированного питания резистор ограничивающий

5

№ п/п 1 2 3 4 5 6 7 8

Наименование и тип средства измерений, вспомогательного оборудования и материала Универсальный делитель напряжения УДН Осциллограф высоковольтный типа ОВ-I Вольтметр электростатический С53 Источник стабилизированного напряжения Б5-24 А Вольтметр цифровой В7-16 Линейка метрическая Психрометр М34 Барометр ртутный ИР

Основные метрологические характеристики Погрешность коэффициентов деления не более 1% Погрешность измерения не более 5% Класс точности 0.5 Регулировка напряжения от 2000 до 4000 В. Погрешность измерения 0.2 %. Погрешность не более m 9%. Погрешность не более m 0.3 мбар

4. ПОДГОТОВКА К ПРОВЕДЕНИЮ ИСПЫТАНИЙ 1. Внешний осмотр При внешнем осмотре устанавливают следующее: • все элементы измерительной системы не должны иметь повреждений и дефектов на наружных поверхностях; • измерительные приборы должны быть исправными и проверенными; • расположение приборов должно быть удобным для проведения измерений. 2. Подготовка объекта испытаний Подготовку объекта испытаний проводить в соответствии со стандартом на методы испытаний ГОСТ 1516.2, а также необходимо провести следующие работы: • установить разъединитель на изолированный подножник по высоте, равной высоте основной изоляции разъединителя; • заземлить основание (цоколь) разъединителя; • объект установить так, чтобы вокруг него и над ним не было предметов на расстоянии не менее 2 м. 3. Подготовка средств измерений Перед проведением измерений выполните следующие подготовительные работы: • установите делитель напряжения в такое положение, чтобы расстояние вблизи от него между крупногабаритными объектами и стенами испытательного зала составляло не менее высоты делителя; • установите коэффициент деления делителя в зависимости от максимального значения измеряемого напряжения и от допустимого напряжения измерительного прибора; 6

• раскоротите делитель. Клеммы заземления делителя и других приборов соединить между собой и с контуром заземления испытательного зала; • присоедините делитель непосредственно к объекту испытаний. 5. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ Испытания проводятся в следующем порядке. 1. К разъединителю, находящемуся во включенном положении, прикладывают напряжение между токоведущими и заземленными частями. Величину напряжения берут из ГОСТ 1516.1 для соответствующего класса напряжения разъединителя. Убедившись, что промежуток выдерживает нормированное напряжение, определяется разрядное напряжение, при этом измеряется расстояние между электродами, где был зафиксирован пробой. 2. Разъединитель отключается, между контактами главных ножей набрасывается токоведущая перемычка и прикладывается напряжение от каскада трансформаторов к токоведущим частям разъединителя. Дальше работы проводят в соответствие с п.1. 3. Перемычку между контактами снимают. К одному контакту прикладывают напряжение, нормированное в ГОСТ 1516.1 (для промежутков между главными ножами), а другой контакт (нож) заземляют. Убедившись, что промежуток выдерживает нормированное напряжение, определяется разрядное напряжение, при этом измеряется расстояние между электродами (детали ножей), где был зафиксирован пробой. 4. Меняют местами заземление и приложение напряжения к ножам разъединителя и проводят измерения дальнейшие по п.3. 6. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА Отчет о проделанной работе должен содержать: схему измерительной системы, перечень приборов и средств измерений, расчет норм испытательных напряжений, приведенных к атмосферным условиям, проведения измерений, оценку разрядных промежутков и величин разрядных напряжений, а также процента запаса электрической прочности промежутков и правильности выбора изоляторов в конструкции разъединителя.

7

Работа 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК РАЗЪЕДИНИТЕЛЯ ВНУТРЕННЕЙ УСТАНОВКИ НА 10 кВ 4000 А 1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ Проверить на соответствие требованиям ГОСТ 8024 токоведущей системы трехполюсного разъединителя. 2. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 1. Ознакомление с конструкцией токоведущей системы разъединителя, определение допустимых температур нагрева для деталей и узлов токоведущей системы в соответствии с нормами ГОСТ 8024. 2. Ознакомление с оборудованием, схемой подачи тока, приборами, необходимыми для испытаний. 3. Испытания на нагрев номинальным током, измерения переходного сопротивления токоведущего контура в целом и отдельных контактов и контактных соединений. 4. Измерение распределения тока по полюсам трехполюсного разъединителя и по параллельным участкам внутри полюса. 3. СХЕМА ИСПЫТАТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ, СРЕДСТВА ИСПЫТАНИЙ И ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА 1. Для проведения испытаний на нагрев номинальным током трехполюсных разъединителей применяется испытательная установка по схеме рис.2 с использованием силового трансформатора типа ТК-24.08. 2. При испытаниях на нагрев номинальным током применяются следующие приборы и средства измерений: • частотомеры, амперметры, вольтметры и другие средства измерений классом точности не ниже 0,5; • трансформатор тока классом точности не ниже 3,0; • измерительные мосты, потенциометры с классом точности не ниже 0,5; • микроомметры с классом точности не ниже 4,0; • термометры с ценой деления шкалы 1°С; • термопары (термопреобразователи) градуировки хромель-копель; • пояс Роговского при измерении распределения тока; • аккумулятор не менее 55 ампер часов.

8

˜ 380

1

А

А

А

2

3

4 Рис.2. Испытательная установка для проведения тепловых испытаний разъединителя: 1. 2. 3. 4.

Трансформатор ТК-24.08 ( 3 шт.) Трансформатор тока И-523 (3 шт.) Амперметр Э-514 ( 3 шт.) Разъединитель 3-х полюсный. 4. ПОДГОТОВКА К ИСПЫТАНИЯМ

1. Изделие проверяется на соответствие чертежей испытуемому объекту, проверяется сечение токоведущих частей, наличие покрытия в контактах и контактных соединениях, устанавливаются допустимые температуры нагрева по ГОСТ 8024. 2. При испытании принимаются меры, защищающие токоведущие части от посторонних воздушных течений, солнечных или других тепловых излучений. 3. Устанавливают термопары в места, контролируемые по допустимым температурам. 9

4. Устанавливают (зачеканивают) медные проводники для измерения падения напряжения на контактах и контактных соединениях для расчета переходных сопротивлений. 5. Подсоединяют разъединитель к трансформатору шинами, сечение которых подбирают таким, чтобы разность превышений температур на контактных выводах и на временных шинах на расстоянии 1 м от вывода была не более 5°С. 6. Для контроля за температурой воздуха вокруг испытываемого аппарата на расстоянии 1 м от него должны быть установлены термометры в сосуде с трансформаторным маслом. 5. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ 1. Испытание на нагрев номинальным током 1.1.Через токоведущую систему разъединителя пропускают номинальный ток. Нагрев аппарата должен продолжаться до достижения установившегося теплового режима. В первый час испытаний можно увеличить ток до двукратного номинальному с целью ускорения нагревания. 1.2. Температуру измеряют с помощью термопар, которые выдают разность потенциала на потенциометр или цифровой вольтметр. Полученную разность потенциалов (мв) переводят в температуру по таблицам. 1.3. Полученные превышения температуры сравнивают с допустимыми ГОСТ 8024. 2. Измерение переходных сопротивлений 2.1. Каждый полюс разъединителя подсоединяют по очереди к аккумулятору с целью пропускания постоянного тока величиной не менее 100А для измерения переходных сопротивлений. 2.2. Определение электрического сопротивления токоведущей системы и переходных сопротивлений контактов проводится методом вольтметраамперметра. 2.3. Значение сопротивления R в Омах при температуре 20°С вычисляют по формуле U K + 20 R= ⋅ , I K +θ где U - измеренное падение напряжения в вольтах; I - величина тока в амперах; К - коэффициент для меди – 235; для алюминия – 245; θ - температура воздуха, при которой проводились измерения сопротивления в °С.

2.4. Величина тока не должна превышать номинальный и подогревать детали за время измерения тока и напряжения. 3. Измерение распределения тока по ножам полюса 10

3.1.При испытании по п.1, когда протекает номинальный ток по всем трем полюсам, измеряют величины наведенной ЭДС в поясе Роговского, охватывая поясом поочередно каждый нож разъединителя и ламель ножа. 3.2. Определяется ЭДС всего полюса и затем рассчитывают в процентах величину тока, протекающего через каждый нож или элемент ножа (ламель). 6. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА Отчет о проделанной работе должен содержать: схему подачи тока, перечень оборудования и приборов, сечение токоведущих частей, измерение температур нагрева и сравнение их с допустимыми, расчет сопротивления токоведущего контура и переходных сопротивлений контактов, оценку наиболее нагретых деталей с точки зрения величин переходных сопротивлений и распределения тока. СОДЕРЖАНИЕ

Общие указания Работа 1. Исследование электромеханических характеристик разъединителя наружной установки на 110 кВ 1000А. Работа 2. Исследование электромеханических характеристик разъединителя внутренней установки на 10 кВ 4000 А.

3 4 8

Редактор И.Н. Садчикова

Сводный темплан 2005 г. Лицензия ЛР № 020308 от 14.02.97 Санитарно-эпидемиологическое заключение № 78.01.07.953.П.005641.11.03 от 21.11.2003 г.

Подписано в печать Б.кн.-журн. П.л. Тираж

. Бл.

.

Формат 60 х 84 1/16 РТП РИО СЗТУ. Заказ

Северо - Западный государственный заочный технический университет РИО СЗТУ, член Издательско-полиграфической ассоциации университетов России 191186, Санкт-Петербург, Миллионная, 5 11