По п. 1. После ознакомления с монтажной схемой ГИНа необходимо научиться регулировать величину напряжения генератора. Для этого нужно, установив небольшое расстояние между запальными шарами Р3, включить питание. Для повышения выходного напряжения следует увеличить расстояние между шарами и плавно, с помощью автотрансформатора, повысить питающее напряжение.
Регулировка напряжения ГИНа осуществляется только путем изменения расстояния между запальными шарами, но не изменением питающего напряжения. ВНИМАНИЕ! Прикосновение к любому элементу ГИНа допускается только после полного отключения установки и разряда всех конденсаторов штангой.
Параметры ГИНа записать в табл. 1.
Таблица 1
Параметры ГИНа
| С ф, пФ | С об, пФ | R ф, Ом | R д, Ом | С 1, мкФ | n, шт | Rr, Ом | К исп = 
| К исп.теор | τф, мкс | τв, мкс |
По п. 2. Для расчета и построения формы импульса выходного напряжения ГИНа необходимо использовать формулы:
на первой стадии –
u 1(t) = U 0(1 – e –t / t ф);
на второй стадии –
u 2(t) = U 0 e –t / t ф.
По п. 3. Осциллограмма выходного импульса снимается с помощью осциллографа, подсоединяемого к низкоомному сопротивлению специального делителя напряжения. ВНИМАНИЕ! При выполнении этого пункта программы строго соблюдать все правила техники безопасности, убедиться в надежности заземления делителя напряжения, корпуса осциллографа и сетки защитного ограждения.
При выполнении п. 4 к выходным зажимам ГИНа подключается ШР. Включается ГИН, на его выходе устанавливается напряжение U выxпорядка 150 кВ. Произвести измерение этого напряжения шаровым разрядником и одновременно – с помощью киловольтметра напряжения U 0 на конденсаторе первой ступени ГИНа. По величинам U вых и U 0определить значение К исп. Затем при непрерывных разрядах на выходе ГИНа с частотой 1 имп/с электрод, имитирующий лидерный канал молнии, медленно перемещается с помощью изолирующей тяги до тех пор, пока разряды с молниеотвода не перейдут полностью либо на защищаемый объект (30), либо на землю. В первом случае объект находится вне зоны защиты молниеотвода, во втором – в зоне защиты.
|
|
Опыт повторяется с изменением расстояния между молниеотводом и ЗО до тех пор, пока разряды с молниеотвода не будут переходить последовательно сначала на ЗО, затем на землю. В данном случае расстояние между молниеотводом и ЗО является радиусом rх зоны защиты молниеотвода на высоте ЗО hx.
Для построения ряда точек защитной зоны молниеотвода опыт повторяется для нескольких объектов различной высоты. Затем определяется радиус защитной зоны для случая, когда ЗО отсутствуют. С этой целью необходимо измерить расстояние, на которое смещается электрод, имитирующий канал молнии, по отношению к молниеотводу при переходе разрядов с молниеотвода на «землю».
Зона защиты молниеотвода определяется на основе полученных данных, сведенных в табл. 2.
Таблица 2
Зона защиты молниеотвода
| Номер защищаемого объекта | h, см | hх, см | hа, см | rх, см | Примечание |
Подобным образом определить зоны защиты двух стержневых и тросового молниеотводов.
Содержание отчета
1. Программа работы;
2. Электрическая схема генератора импульсных напряжений;
|
|
3. Данные параметров монтажной цепи генератора;
4. Расчетная и опытная кривая выходного импульса напряжения;
5. Графические построения зон защиты молниеотводов;
6. Вывод по работе.
Лабораторная работа 12
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ОГРАНИЧИТЕЛЕЙ НАПРЯЖЕНИЯ
Цель работ ы – изучение конструкций и исследование характеристик аппаратов защиты от перенапряжений.
Общие сведения. Ограничители напряжения предназначены для защиты изоляции электрических установок от перенапряжений. Они подключаются параллельно защищаемой изоляции. В большинстве случаев одной из точек подключения ограничителей напряжения является земля или заземленные конструкции установки.
Ограничители напряжения подразделяются на разрядники и полупроводниковые ограничители напряжения. К разрядникам относятся защитные воздушные промежутки, трубчатые и вентильные разрядники. Последние имеют наиболее совершенные характеристики и пока применяются в промышленности.
Элементы вентильного разрядника: искровые промежутки (ИП), рабочее сопротивление, постоянные магниты, высоковольтные сопротивления, служащие для равномерного распределения напряжения между ИП, корпус и детали крепления.
ИП отделяют рабочее сопротивление разрядника от токоведущих частей установки при отсутствии перенапряжений. При появлении опасных для изоляции перенапряжений, превышающих импульсное пробивное напряжение разрядника, между электродами ИП возникает искровой разряд, в результате чего рабочее сопротивление оказывается включенным в цепь разрядного тока. Ток разрядника имеет две составляющих: вызванную волной перенапряжения и обусловленную действием рабочего напряжения установки. Вторая составляющая называется сопровождающим током разрядника.
|
|
Рабочее сопротивление разрядника выполняется на базе электротехнического корборунда, обладающего свойствами полупроводниковых материалов. В зависимости от составляющих и технологии изготовления получают вилит или тервит. От названия материала рабочего сопротивления, применяемого в разряднике, получили название и сами вентильные разрядники – вилитовые, тервитовые.
Постоянные магниты создают в зоне ИП магнитное поле, в результате чего на электрическую дугу, возникающую между электродами ИП при их пробое, действуют электромагнитные силы, которые вызывают перемещение и удлинение дуги. Это способствует гашению дуги сопровождающего тока.
Принцип действия вентильного разрядника можно рассмотреть с помощью принципиальной схемы (рис. 1). При отсутствии перенапряжений рабочее сопротивление R разрядника отключено от токоведущей части установки ИП. Воздействие опасной для изоляции защищаемого объекта (ЗО) волны импульса перенапряжения приводит к пробою ИП. При этом все напряжение прикладывается к рабочему сопротивлению R, величина которого резко уменьшается из-за вентильных свойств материала. Импульсный ток разрядника составляет сотни и тысячи ампер. По мере уменьшения волны перенапряжения рабочее сопротивление R возрастает, что приводит к уменьшению тока, протекающего через разрядник.
Рис. 1. Принципиальная схема включения разрядника
В конце процесса по цепи разрядника протекает лишь сопровождающий ток, величина которого для вилитовых разрядников составляет 80–90 А. Дуга сопровождающего тока гасится в ИП.
Напряжение срабатывания разрядника U ср.разр. – это напряжение, при котором пробиваются воздушные ИП. На рис. 2 показаны кривые волн напряжения. Напряжение на разряднике после его срабатывания называется остающимся напряжением (U ост). Время от начала воздействия волны перенапряжения до момента пробоя ИП называется предразрядным временем (t ср.разр.).
Рис. 2. Вид напряжений, воздействующих на изоляцию без подключения
и с подключением разрядника: 1 – воздействующая на установку
при отсутствии разрядника (U гин), 2 – напряжение пробоя изоляции (U пр.из.),
3 – после срабатывания подключенного разрядника
Вольт-секундная характеристика – это зависимость пробивного напряжения от предразрядного времени (рис. 3). Условия правильной координации изоляции требуют, чтобы вольт-секундная характеристика ограничителей напряжения располагалась ниже вольт-секундной характеристики изоляции ЗО на 20–25 %.
В настоящее время в условиях эксплуатации электрооборудования находят широкое применение нелинейные ограничители перенапряжений (ОПН). Основным элементом данного типа защитных аппаратов являются оксидно-цинковые варисторы (ОЦВ). ОЦВ – это нелинейные резисторы, обладающие свойством резко изменять свое сопротивление при изменении напряжения, обеспечивая пропуск больших токов при высоком напряжении (превышающем величину напряжения лавинообразования) и практически не пропуская токи при низком напряжении.
По сравнению с разрядниками ОПН обладают некоторыми преимуществами:
● не имеют ИП;
● практически исключают возможность протекания сопровождающего тока;
● малое время срабатывания;
● обладают более высокой надежностью и требуют меньших эксплуатационных затрат.
Схема замещения ОЦВ (варистора) может быть представлена упрощенной моделью (рис. 4).
Рис. 4. Схема замещения оксидно-цинкового варистора
При приложении к варистору номинального напряжения промышленной частоты ток, протекающий через варистор It, может быть разделен на емкостную I c (преобладающую) и активную Ir составляющие.
Вольт-ампернаяхарактеристика (ВАХ) оксидно-цинковых варисторов – это зависимость остающегося напряжения на ОЦВ от максимального значения импульсов тока различной формы: τф/τв (грозовых 8/20 и 4/10, коммутационных 30/60). В области малых значений токов ВАХ ОЦВ представляет зависимость амплитудного напряжения промышленной частоты или постоянного напряжения от амплитудного значения активной составляющей тока.
ОЦВ применяются в ограничителях перенапряжений, работающих в линиях электропередачи и контактных сетях электрифицированных железных дорог переменного и постоянного токов, поэтому ВАХ варисторов в области длительно допустимых напряжений исследуются при постоянном и переменном напряжении.
Программа работы
1. Изучение конструкции вентильного разрядника и ОПН;
2. Снятие статической ВАХ варисторного ограничителя перенапряжений;
3. Исследование зависимости величины остающегося напряжения на ограничителе от величины воздействующего перенапряжения;
4. Экспериментальное определение вольт-секундной характеристики изоляции ЗО;
5. Определение вольт-секундной характеристики разрядника;
6. Определение вольт-секундной характеристики полупроводникового ограничителя напряжения.