Калина Р.А. Испытательные электрофизические установки высоких напряжений
Подождите немного. Документ загружается.
Рис. 1. Упрощенная схема испытательной установки выпрямленного
напряжения GPT – 6/120 (WPT – 4,4/100)
Порядок выполнения работы
Работа на установке производится в следующем порядке.
1. Перед входом на испытательное поле необходимо убедиться в том, что
обе установки выключены. После открывания дверей необходимо наложить
заземляющие штанги на выход выпрямителя установки постоянного
напряжения и на высоковольтный вывод установки переменного напряжения.
2. Проверить заземление корпусов оборудования (включая
трансформаторы, пульты управления и металлические ограждения) и
произвести необходимые переключения на испытательном поле.
3. Переключатели полярности и пределов измерения приборов на пульте
управления, переключатель режима работы установить в нужное положение.
4. Получив от преподавателя разрешение на включение, включить в
розетку сетевой разъем установки, замковый выключатель S1 перевести в
положение 1. В кнопке ВКЛ. - НАПР.УВЕЛ. должна загореться зеленая
сигнальная лампа.
5. Громко предупредив присутствующих о включении высокого
напряжения, включить контактор S2 кнопкой ВКЛ. - НАПР.УВЕЛ. Зеленая
лампа в кнопке должна погаснуть, а вместо этого должна загореться красная
лампа в кнопке ОТКЛ и сигнальная лампа на ограждении испытательного поля.
6. Подъем напряжения происходит при нажатой кнопке ВКЛ. - НАПР.
41
УВЕЛ. Скорость подъема напряжения устанавливается потенциометром
НАРАСТАНИЕ НАПР. Кнопкой НАПР. ПАДАЕТ можно снижать напряжение
с той же скоростью. При пробое или перекрытии испытуемого объекта сетевой
контактор отключается, а значение напряжения в момент пробоя фиксируется
измерительным прибором; нужно, однако, следить за показаниями вольтметра
непрерывно, поскольку стрелка перед прижатием ее леской может дернуться и
показать напряжение, отличное от пробивного. Освобождается стрелка при
повторном включении контактора S2 или при отключении замкового
выключателя.
7. Для выключения установки следует нажать кнопку ОТКЛ, что
приведет к отключению контактора S2 и включению двигателя возврата
регулятора автотрансформатора в нулевое положение. Дождитесь остановки
двигателя и затем отключите замковый выключатель и выньте сетевой разъем
из розетки.
8. На установке переменного напряжения измерить пробивные
напряжения U
пр
промежутков плоскость - плоскость (или шар - шар), стержень -
плоскость и стержень - стержень при пяти разных расстояниях между
электродами. Для двух последних промежутков измерить напряжение начала
короны U
кор
по потрескиванию или свечению на острие. Расстояние между
плоскостями S не должно превышать 3 см, в остальных случаях - не более 8 см.
На каждом расстоянии произвести по три измерения. Результаты занести в
табл. 1.
Таблица 1
Форма
электродов
S,
см
Вид и по-
лярность
напряжения
U
кор1
,
кВ
U
кор2
,
кВ
U
кор3
,
кВ
U
кор.ср
,
кВ
U
пр1
,
кВ
U
пр2
,
кВ
U
пр3
,
кВ
U
пр.ср
,
кВ
E
пр
,
кВ/см
P P P P P P P P P P P P
P
9. Измерения пункта 3.1 повторить при выпрямленном напряжении. Для
промежутка стержень - плоскость измерить пробивные напряжения при разных
полярностях стержня.
10. По данным таблицы построить графики зависимостей пробивного
напряжения и электрической прочности от расстояния. Сделать выводы по
полученным результатам.
Контрольные вопросы
P
1.Что называют пробоем диэлектрика, пробивным напряжением и
электрической прочностью?
2. Какое электрическое поле называют однородным, слабонеоднородным,
резконеоднородным?
3. Какие механизмы при пробое приводят к тому, что воздух становится
электропроводным?
4. Каков характер зависимости пробивного напряжения и электрической
прочности от формы электродов, расстояния между ними, от вида и полярности
42
напряжения? Каковы причины этих зависимостей?
43
Лабораторная работа № 6
ИЗМЕРЕНИЕ БОЛЬШИХ ИМПУЛЬСНЫХ ТОКОВ
ПОЯСОМ РОГОВСКОГО
P
Цель работы - изучение характеристик пояса Роговского и измерение
импульсных токов в проводниках с помощью специального датчика,
называемого поясом Роговского.
Основные понятия и количественные характеристики
Пояс Роговского представляет собой длинный замкнутый соленоид
произвольной формы с равномерной намоткой (рис. 1). Принцип его работы
основан на регистрации магнитного поля, создаваемого измеряемым током I
o
(t).
Если обмотка пояса замкнута на сопротивление нагрузки R
н
, то изменение тока в
поясе I(t) описывается уравнением
Рис. 1. Пояс Роговского
lSNL /
2
0
dt
dI
N
L
tЕIRr
dt
dI
L
н
0
)()(
(1)
где L, r - индуктивность и сопротивление пояса, N - число витков в его
обмотке, μ,μ
0
-магнитная проницаемость сердечника пояса и вакуума, S, I -
площадь сечения и длина сердечника, I
0
- измеряемый ток. В этом уравнений не
учтено влияние паразитной емкости между витками обмотки, что справедливо
для относительно низких частот измерения тока I
0
(t). Уравнению (1)
соответствует эквивалентная схема, показанная на рис. 2, где пунктиром
изображена паразитная емкость. Ее влиянием можно пренебречь, если
н
RC
/1
0
<<
(2)
44
Общее решение уравнения (1), как показывается в курсе
дифференциальных уравнений, есть
,)(
/
/
de
L
e
tI
tet
c
t
N
Rr
L
(3)
где ξ - где переменная интегрирования
Если длительность импульса тока (характерное время изменения тока)
τ
и
мала по сравнению с τ, то решение (3) принимает вид
,,
)(
1
0
0 a
t
N
tI
a
L
tI
(4)
т.е. пояс Роговского работает в режиме трансформатора тока, а напряжение на
нагрузке (на выходе пояса)
)(tIRU
нвых
(5)
Рис. 2. Эквивалентная схема пояса Роговского
Такой режим работы пояса с интегрированием сигнала на собственной
индуктивности пояса и сопротивлениях r + R
н
наиболее употребителен на
практике. Правда, чувствительность измерителя, равная отношению U
вых
/I(t), в
этом режиме работы относительно низкая; основная погрешность в измерении
тока обусловлена конечной величиной постоянной времени т обмотки пояса
(условие τ
и
« τ).
При большом R
H
(R
H
» ωL, r) измеритель работает в режиме контура
ударного возбуждения. Чувствительность его при этом более высокая, но форма
выходного напряжения не соответствует форме импульса измеряемого тока.
Для устранения этого недостатка используют так называемую интегрирующую
цепочку (Рис. 3). Тогда обмотка пояса вместе с элементами R и С
интегрирующей цепочки представляет собой колебательный контур с
затуханием, последовательно с которым включена внешняя эдс e(t),
определенная в (1). Уравнение для тока пояса теперь принимает вид:
)(
1
)(
0
tIdt
C
IRr
dt
dI
L
t
(6)
В случае, когда характерное время изменения измеряемого тока (и
соответственно тока пояса) есть τ
и
, то по порядку величины слагаемые в левой
части уравнения равны
45
C
I
IrR
LI
u
u
,)(,
(7)
Тогда если выбрать параметры интегрирующей цепочки так, что
hCCRr
и
,<<
(8)
то первым и третьим слагаемыми в уравнении (6) можно пренебречь, так что
.
Rr
tЕ
tI
(9)
а напряжение на емкости (на выходе интегрирующей цепочки) равно
.
1
0
0
N
tI
CRr
L
dttI
c
tU
t
с
(10)
Подставив сюда выражение для индуктивности пояса из (1), получим еще одну
форму записи:
.
0
0
tI
l
N
CRr
S
tU
c
(11)
Таким образом, зная параметры пояса и интегрирующей цепочки, можно по
напряжению на конденсаторе определить ток Io(t).
Рис. 3. Схема пояса с интегрирующей цепочкой
Подчеркнем, что значения напряжений на выходе пояса (5) и
интегрирующей цепочки (10), (11) не зависят от расположения проводника с
измеряемым током или пучка заряженных частиц внутри пояса; достаточно,
чтобы измеряемый ток "пронизывал" контур, на который намотан пояс.
Применяемый в данной работе пояс Роговского представляет собой
соленоид, намотанный тонким медным проводом на гибком каркасе, магнитная
проницаемость которого с хорошей точностью равна единице (μ = 1).
Плотность намотки и сечение витка указаны на установке. Для уменьшения
емкостной связи с внешними цепями и устранения наводок от сторонних
переменных электромагнитных полей пояс Роговского обычно помещают в
электростатический экран с разрезом по внутренней стороне экрана,
обеспечивающим свободное проникновение магнитного поля измеряемого тока
внутрь экрана (отсутствие "замкнутого витка"). Используемый в паяной работе
пояс имеет защиту только от внешних переменных магнитных полей, для чего
по оси соленоида проложен провод, называемый обратным витком. Если
плоскость тора пронизывается переменным магнитным полем, то наводимое на
обратном витке напряжение будет равно по величине и противоположно по
46
направлению напряжению на "прямом" витке, образуемом основной обмоткой
(рис. 4).
Рис. 4. Схема размещения обратного витка: 1 - основная обмотка; 2 -
обратный виток.
Порядок выполнения работы
1.Измерьте с помощью осциллографа амплитуду и длительность
импульса напряжения, возникающего в проводнике при протекании тока I
o
(t).
Измерив сопротивление провода мостом, рассчитайте ток.
2.Подключая к поясу малое переменное сопротивление R
H
(рис. 5) и
изменяя его величину, добейтесь работы пояса в режиме трансформатора тока.
Измерив R
н
и U
RH
, по формуле (5) рассчитайте ток. По формуле (1) рассчитайте
величину индуктивности и проверьте, выполняется ли условие τ
и
« τ.
3. Замените R
H
на большее сопротивление (~16 кОм). Изменяя его
величину,получите различные режимы работы колебательного контура.
Подберите R
н
обеспечивающее апериодический режим колебаний. Не меняя
величины R
н
, соберите схему, изображенную на рис. 3. Подбором величины
емкости С получите на экране осциллографа сигнал, повторяющий по форме
изменяемый ток. Измерив U
c
и R, рассчитайте ток по формуле (11).
Рис. 5. Схема эксперимента (КП - катодный повторитель)
47
4.Объясните различие в форме импульсов при подключении магазина
емкости к поясу проводами и при непосредственном подключении
соответствующей емкости.
5.Перечислите источники ошибок, оцените их величину и сравните
значения тока, полученные в п. 1, 2, 3.
6. Объясните назначение катодного повторителя (КП).
Контрольные вопросы
1. Каковы способы измерения больших импульсных токов?
2. Принцип действия пояса Роговского.
3. В чем особенность схемы пояса Роговского с интегрирующей цепочкой?
4. Объясните схему замещения обратного витка?
48
Список литературы
1. Кучинский Г.С. и др. Изоляция установок высокого напряжения: Учебник
для вызов/ Г.С. Кучинский, В.Е. Кизеветтер, Ю.С. Пинталь; Под общ. ред. Г.С.
Кучинского. – М.: Энергоатомиздат, 1987.
2. Справочник по электротехническим материалам: В 3 т. - Т. 1. /Под ред.
Ю.В.Корицкого и др. М.: Энергоатомиздат, 1986. 368 с.
3. Лабораторные работы по технике высоких напряжений / Аронов М.А.,
Базуткин В.В., Борисоглебский П.В. и др. М.: Энергоиздат, 1982. 320 с.
4. Степанчук К.Ф., Тиняков Н.А. Техника высоких напряжений. Минск:
Высшая школа, 1982. 367 с.
5. Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей и
правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок
потребителей. М.: Энергоатомиздат, 1986. 425 с.
6. Радченко В.Д. Техника высоких напряжений устройств электрической тяги.
М.: Транспорт, 1976. 360 с.
7. Базуткин В.В., Ларионов В.П., Пинталь Ю.С. Техника высоких напряжений.
М.: Энергоатомиздат, 1986. 464 с.
8. Разевиг Д.В. Техника высоких напряжений. М.: Энергия, 1976. 488 с.
9. Техника высоких напряжений /Под ред. М.В.Костенко. М: Высшая школа,
1973.
49
Для заметок
50