По п. 1. От генератора импульсных напряжений на вход ЯА высоковольтной обмотки испытуемого трансформатора (рис. 5) относительно земли подать импульсное напряжение. Подключая через делитель напряжения импульсный осциллограф к различным точкам – выводам (1, 2, 3 и т. д.) высоковольтной обмотки, определить значения импульсов напряжения, записать в таблицу.
Распределение напряжения по обмотке
Режим нейтрали | Номер вывода обмотки | ||||||||
… | … | n – 1 | n | ||||||
Величина импульса напряжения, В | |||||||||
Нейтраль заземлена | Опыт | ||||||||
Расчет | |||||||||
Нейтраль разомкнута | Опыт | ||||||||
Расчет |
![]() | ![]() |
Рис. 5. Схема для исследования распределения потенциалов вдоль обмотки трансформатора | Рис. 6. Принципиальная схема эксперимента для исследования распределения потенциалов вдоль обмотки тягового двигателя |
По п. 3 и 4 собрать схему (рис. 6). Для определения периода собственных колебаний подключить делитель напряжения к концу обмотки при Zок = ¥ и по осциллографу найти значение Т. Технические данные исследуемой обмотки: число витков, его размеры, число параллельных ветвей – приведены на рабочем месте.
В случае, когда величина времени пробега волной одного витка весьма мала, максимальное напряжение, действующее на витковую изоляцию, приближенно можно найти по формуле
Ub max = a u · t см. вит,
где αи – крутизна фронта падающей волны;
.
Содержание отчета
1. Программа работы;
2. Принципиальные схемы испытаний;
3. Опытные и расчетные кривые распределения потенциалов по высоковольтной обмотке в различных режимах нейтрали;
|
4. Кривая зависимости передающегося напряжения во вторичную обмотку трансформатора в функции емкости дополнительного конденсатора;
5. Результаты определения и расчета обобщенных параметров обмотки электрической машины;
6. Опытные кривые Umax = f(x) для режимов Z ок = ¥, Z ок = 0, Z ок = Zn и расчетная кривая для режима Z ок = Z в (все кривые в одной системе координат);
7. Выводы по работе.
Лабораторная работа 11
ИССЛЕДОВАНИЕ ЗОНЫЗАЩИТЫМОЛНИЕОТВОДОВ
Цель работы – экспериментальное и теоретическое определение зон защиты молниеотводов; расчет, настройка и ознакомление с монтажной схемой ГИНа.
Общие сведения. Защитное действие молниеотводов проявляется в лидерной стадии молнии. На некоторой высоте h, называемой высотой ориентировки молнии, начинает сказываться искажение поля под воздействием земных сооружений. По мере приближения канала лидера к поверхности земли происходит смещение зарядов под лидерным каналом, в результате чего напряженность электрического поля между головкой лидера и местом наибольшей концентрации зарядов на поверхности земли возрастает. Если силовая линия заканчивается на молниеотводе, то вероятность разряда в сооружение вблизи молниеотвода резко снижается.
Пространство, защищенное от прямых ударов молнии, называется зоной защиты молниеотвода (рис. 1). Границей зоны защиты одиночного молниеотвода является поверхность вращения с радиусом rх на уровне hх, которая вычисляется по формуле
.
|
Рис. 1. Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода:
h – высота молниеотвода; hх – высота защищаемого объекта;
ha = h – hx – высота превышения молниеотвода над защищаемым объектом
(активная высота молниеотвода)
Построение зон защиты двух молниеотводов показано на рис. 2. Сечение зоны защиты в перпендикулярной плоскости и внешняя часть зоны защиты строятся аналогично сечению зоны защиты одиночного стержневого молниеотвода.
Внутренняя часть ограничивается дугой окружности, которую строят по трем точкам: первая расположена между молниеотводами на высоте ha:
,
где а – расстояние между молниеотводами, две другие – вершины молниеотводов.
Рис. 2. Зона защиты двух молниеотводов
На линиях электропередачи применяют тросовые молниеотводы. Зона защиты одиночного тросового молниеотвода имеет форму конусообразного коридора (рис. 3). Расстояние rх определяется по формуле
,
где k – коэффициент, принимаемый для ЛЭП равным 0,8; для сооружений на подстанции – равным 1,2.
Зона защиты для двухтросовых молниеотводов показана на рис. 4. Внутренняя часть зоны защиты двухтросового молниеотвода определяется дугой окружности, проходящей через тросовые молниеотводы и точку, расположенную на высоте h 0:
.
Зоны защиты молниеотводов экспериментально исследуются на моделях. В качестве модели молнии используется импульсный разряд в искровой стадии, имеющий качественное сходство с разрядом молнии. Импульсные разряды получают с помощью ГИНа. ГИН настраивают на выходную волну, воспроизводящую по форме единичный разряд молнии.
|
![]() | ![]() |
Рис. 3. Зона защиты одиночного тросового молниеотвода | Рис. 4. Зона защиты двух тросовых молниеотводов |
Стилизованная форма импульсной волны показана на рис. 5, схема ГИНа – на рис. 6. В схеме многоступенчатого генератора конденсаторы С заряжаются через резисторы большого сопротивления R практически одновременно. При этом потенциалы точек 2, 4, 6 и т. д. равны зарядному напряжению U 0. В начале пробивается воздушный промежуток разрядника P1 и точка 3 приобретает потенциал U 0, следовательно, точка 4 мгновенно приобретает потенциал 2 U 0, так как напряжение на конденсаторе С не может измениться скачком. На Р2 действует разность потенциалов 2 U 0. Таким образом, последовательно пробиваются все разрядники в схеме ГИНа, а конденсаторы оказываются соединенными последовательно.
Рис. 5. Стилизованная форма импульсной волны
Их напряжения складываются, отсекающий разрядник P 0 пробивается, и на выходе генератора формируется импульс напряжения апериодической формы.
Для устранения колебаний высоких частот в цепи разряда устанавливают демпфирующие сопротивления r д.
Рис. 6. Принципиальная схема многоступенчатого ГИНа
Длительность фронта τф и волны τв определяют по формулам
tф = (С ф + С об) (R ф + R д); tв = ,
где С ф – фронтовая емкость;
С об– емкость объекта;
R ф– фронтовое сопротивление;
R д = r л(п – 1) – суммарное сопротивление демпфирующих сопротивлений;
С – емкость одного конденсатора;
п – число ступеней ГИНа;
Rp – разрядное сопротивление.
Напряжение на выходе ГИНа
U вых = U 0 nK исп,
где К исп = 0,9К1× К2 – коэффициент использования ГИНа;
К1 – коэффициент использования схемы;
К2 – коэффициент использования волны;
.
Программа работы
1. Ознакомиться с монтажной схемой ГИНа, изучить все составляющие ее элементы, усвоить принцип работы многоступенчатого ГИНа;
2. При заданных параметрах ГИНа рассчитать и построить форму выходного импульса напряжения;
3. Снять осциллограмму выходного импульса напряжения;
4. Исследовать зоны защиты одно- и двухстержневых молниеотводов и тросового молниеотвода.