-
VEŽBA BROJ 1
MERENJE NAPONA PRESKOKA U VAZDUHU ZA
RAZNE OBLIKE ELEKTRODA I UTICAJ BARIJERA U
VAZDUHU
1. Svrha vežbe
Svrha vežbe je da se utvrdi uticaj raznih oblika elektroda na
preskočni napon između njih.
Zatim treba ispitati kako se menja preskočni napon kad se između
elektroda ubaci izolacioni
materijal.
2. Šema veza
Slika 1: Merna šema za određivanje preskočnog napona između
elektroda
T – visokonaponski transformator prenosnog odnosa 0.22/100
kV/kV,
RT – regulacioni autotransformator,
R – zaštitni vodeni otpornik,
E – elektrode izmedju kojih dolazi do preskoka,
V – voltmetar na niskonaponskoj strani,
V1– elektrostatički voltmetar.
Merenje napona je na primarnoj strani transformatora, ali je
voltmetar graduisan tako da oznake
odgovaraju sekundarnom naponu. Napajanje se vrši iz mreže 220V.
Odnos preobražaja
transformatora T je 0.22kV/100kV.
3. Postupak pri merenju
a) Postavljaju se različite elektrode na isto rastojanje od 2cm
i postepeno se podiže napon dok
ne dođe do preskoka između elektroda. Merenje se vrši i za
sledeće oblike elektroda:
• sfera – sfera,
• kalota – kalota,
• šiljak – šiljak,
• valjak – valjak,
• šiljak – uzemljena ploča i
• ploča – uzemljeni šiljak.
Pri promeni elektroda, posle isključenja prekidača, pomoću
pokretnog uzemljenja,
rasteretiti zaostala električna opterećenja na delovima koji su
bili pod naponom.
-
b) Postavljaju se dva šiljka na rastojanju d=2cm i postavi se
između njih barijera od izolacionog
materijala. Zatim se postepeno povećava napon dok ne dođe do
proboja izolacione barijere.
Uzeti sledeće izolacione materijale:
• prešpan,
• pertinaks i
• staklo.
4. Rezultati merenja
Izvršiti tri merenja i uzeti srednju vrednost. Rezultate srediti
tabelarno.
Vrsta elektroda U1 U 2 U 3 U sr
sfera – sfera
kalota – kalota
šiljak – šiljak
valjak – valjak šiljak – uz. ploča ploča – uz. šiljak
Raditi za udaljenosti između elektroda od 1, 1.5 i 2cm.
Vrsta barijere U1 U 2 U 3 U sr
pertinaks
prešpan
staklo
Za različite oblike elektroda potrebno je nacrtati grafike
zavisnosti preskočnog napona od
rastojanja između elektroda, Usr=f(d). Uporediti rezultate i
izvesti zaključke.
5. Numerička simulacija
Potrebno je nacrtati elektrode u programskom alatu QuickField i
zadati uslove napajanja kao u
opisu vežbe. Potrebno je varirati odstojanje između različitih
vrsta elektroda i posmatrati jačinu
električnog polja u razmaku između elektroda.
Slika 2: Simulacija za oblik elektroda sfera-sfera
-
Slika 3: Rezultat za oblik elektroda sfera-sfera
Slika 4: Simulacije za različite oblike elektroda
-
VEŽBA BROJ 2
KASKADNI GENERATOR JEDNOSMERNOG NAPONA
1. Svrha vežbe
Svrha vežbe je upoznavanje sa principom rada kaskadnog
generatora za dobijanje visokog
jednosmernog napona.
2. Šema veza
Pri radu se koristi oprema vezana po šemi na slici 1.
Slika 1: Merna šema kaskadnog generatora
RT – regulacioni transformator,
VNT – visokonaponski transformator odnosa 100/6000 V/V,
C1, C2 – visokonaponski kondenzatori (0,2 i 0,1 μF),
D1, D2 – visokonaponske diode i
R – otpornik za opterećenje.
3. Postupak pri merenju
Kaskadni generator se sastoji od sprege kondenzatora i dioda.
Može se raditi kao jednostepeni,
što je slučaj u ovoj vežbi, ili višestepeni. Kod višestepenog
kaskadnog generatora sa n stepeni
može se postići jednosmerni napon 2n puta viši od naizmeničnog
napona na višenaponskoj
strani VNT transformatora. Da bi se objasnio rad kaskadnog
generatora posmatra se trenutni
polaritet napona višenaponske strane VNT transforamtora u
pojedinim poluperiodama. Neka je
u posmatranoj poluperiodi napon u tački 3 negativan. U tom
slučaju dioda D1 vodi pa se
kondenzator C1 puni do napona U. Ako se zanemari pražnjenje
kondenzatora C1 preko diode
D2, napon u tački 2 je jednosmeran pulsirajući i menja se od 0
do 2U. Ovakav oblik napona je
posledica sabiranja napona u tački 3 sa naponom na kondenzatoru
C1. Kada se napon tačke 2
poveća na 2U on je veći od napona tačke 1 pa dioda D2 počinje da
vodi. Kondenzator C2 se puni
do napona 2U. U sledećoj poluperiodi napon u tački 2 se
smanjuje, ali je dioda D2 neprovodna
tako da se napon na kondenzatoru C2 održava na stalnoj
vrednosti. Tako se u tački 1 dobija
jednosmerni napon 2U. Ovo važi kada u tački 1 nije vezano
opterećenje, tj. Rasterećenje
kondenzatora, R. Kada je otpornik R priključen u tački 1, napon
te tačke je nešto niži od 2U.
-
Slika 2: Oblici napona u pojedinim tačkama merne šeme
Kod određivanja maksimalne vrednosti napona u tački 2 može se
primeniti formula:
3
222max2 efUU =
Formula se može proveriti očitavanjem sa osciloskopa.
4. Postupak pri radu
Pomoću regulacionog transformatora RT postepeno podizati napon
na primaru
visokonaponskog trasformatora VNT prema vrednostima datim u
tabeli za unos rezultata.
Naročito je važno da se napon kontinualno podiže bez
smanjivanja. Merenja napona vršiti u
tačkama 1, 2 i 3. Merenja se vrše pomoću visokonaponskih sondi
koje su povezane na
osciloskop i digitalni voltmetar. Pri merenju napona sa
digitalnim voltmetrom naročito se mora
voditi računa o opsegu merenja. Naponi u tačkama 2 i 3 se mere
na naizmeničnom opsegu, a
napon tačke 1 na jednosmernom opsegu. Merenja se rade za dva
slučaja opterećenja kaskadnog
generatora:
1. Prazan hod – bez otpornika R
2. Opterećen – sa otpornikom R
Voltmetar meri efektivne vrednosti naizmeničnog napona.
Osciloskopom se mogu izmeriti i
maksimalne i efektivne vrednosti.
-
5. Rezultati merenja
Rezultate merenja uneti u sledeću tabelu.
U [V] U3eff [V] U3max [V] U2eff [V] U2max [V] U1 [V] Bez
otpornika R
10 20 30 40
Sa otpornikom R 10 20 30 40
Skicirati talasne oblike napona u tačkama 1, 2 i 3 za vrednost
napona od 40V na primaru
visokonaponskog transformatora VNT u oba slučaja (generator u
praznom hodu i
opterećen generator).
NAPOMENA: PRE OTVARANJA VRATA KAVEZA OBAVEZNO RASTERETITI
SVE ELEMENTE ŠEME! KONDENZATORI MOGU DUGO ZADRŽATI NA SEBI
VISOK NAPON.
6. Numerička simulacija
Potrebno je formirati šemu u Simulinku prema Slici 1 i prikazati
rezultate merenja kao na Slici
2.
Slika 2: Simulacija u Matlabu
-
Slika 3: Odziv simulacije
-
VEŽBA BROJ 3
ODREĐIVANJE RASPODELE NAPONA DUŽ
IZOLATORA
1. Svrha vežbe
Svrha vežbe je da se odredi raspodela napona duž jednog
potpornog izolatora izražena u
procentima punog napona na izolatoru. Na osnovu procentualne
raspodele napona potrebno je
odrediti jednačinu polja na pojedinim delovima izolatora.
2. Teorijsko objašnjenje nastanka neravnomerne raspodele napona
duž izolatora
Neravnomernost raspodele napona duž izolatora se javlja kao
posledica postojanja parazitnih
kapaciteta svakog dela izolatora prema provodniku pod naponom i
prema zemlji. Efekat
neravnomernosti raspodele napona se sastoji u tome da su
pojedini članci izolatora kod
izolatorskog lanca, odnosno pojedini elementi kod štapnog
izolatora, izloženi različitom
električnom polju koje se menja duž izolatora. Posledica toga je
da sa povećanjem dužine
izolatora ne raste ravnomerno njegov podnosivi napon, već je on
uvek niži od onog koji bi se
dobio linearnom ekstrapolacijom. Radi objašnjenja nastajanja
nelinearne raspodele napona data
je šema na slici 1 gde su:
C - kapacitet svakog elementa izolatora,
CZ - kapacitet elementa izolatora prema zemlji,
CP - kapacitet elementa izolatora prema provodniku pod
naponom.
Slika 1: Izolatorski lanac sa zaštitnom armaturom i električna
šema sa odgovarajućim
kapacitivnostima
Ovi kapaciteti se vrlo malo menjaju duž izolatora. Obično je
zadovoljen uslov da je CP
-
Izi - predstavlja struju kroz parazitni kapacitet elementa
izolatora prema zemlji.
Jednačina po I Kirhofovom zakonu za čvor 1 je:
2111 IIII zp =−+
Struja Ip1 je manja od struje Iz1 jer je kapacitet CP manji od
kapaciteta CZ, osim toga kapacitet CZ
je podvrgnut daleko višem naponu jer je priključen između zemlje
i tačke 1. Zbog toga će struja
I2 biti manja od struje I1, pa će i pad napona na elementarnom
kapacitetu usled proticanja struje
I2 biti manji. Tačke 1, 2, 3, ... n naponi na parazitnim
kapacitetima CP postepeno se povećavaju,
a naponi na kapacitetima CZ se smanjuju, pa se povećava uticaj
struje Ip, a smanjuje uticaj struje
Iz. Na poslednjem elementu je struja Ipn-1 veća od struje Izn-1
zbog toga što je kapacitet CP
podvrgnut skoro punom naponu na izolatoru, a kapacitet CZ je
podvrgnut vrlo malom naponu.
Zbog toga će se na poslednjim elementima povećati pad napona.
Promena pada napona na
pojedinim delovima izolatora, ili u drugoj razmeri srednja
jačina polja, data je na slici 2 gde je:
i - udaljenost posmatranog elementa izolatora od provodnika pod
naponom,
Ui - pad napona na i-tom elementu izolatora i
Ksr - srednja jačina polja na tom elementu izolatora.
Slika 2: Promena pada napona duž izolatora
Stepenasta kriva se odnosi na padove napona na elementima
konačnih dimenzija. Pad napona
na pojedinim elementima izolatora podeljen sa dužinom elementa
daje srednju jačinu polja na
tom elementu:
i
iSR
l
Uk
=
gde Δli je dužina elementa izolatora. Kada dužina elementa Δli
teži nuli, tada se može odrediti
jačina polja u svakoj tačci. Promena napona nekog elementa
izolatora prema zemlji u funkciji
udaljenja tog izolatora od provodnika pod naponom data je na
slici 3. Cilj vežbe je da se proveri
da je zaista ovakva raspodela napona i električnog polja.
-
Slika 3: Promena napona duž izolatora
3. Šema veza
Slika 4: Šema veza
S - sijalica koja signališe da je prekidač K uključen,
RT - regulacioni transformator,
T - naponski transformator prenosnog odnosa 35/ 0,1 kV/kV, V -
voltmetar opsega 0-150 V,
R - zaštitni vodeni otpornik koji ograničava struju u trenutku
preskoka na sfernom iskrištu,
y0, y1, y2, ..., yn - staniolske folije zelepljene na izolator,
koje služe kao izvodi za priključak
sfernog iskrišta i
Si - sferno iskrište.
4. Postupak pri merenju
Priključi se sferno iskrište između izvoda y0 i zemlje, uključi
prekidač K, i postepenopovećava
napon dok ne dođe do preskoka na sfernom iskrištu. Pročita se
napon U0 navoltmetru V
neposredno pre preskoka. Napon U0 x mT je preskočni napon
sfernog iskrišta. Isključi se
prekidač K i pomoću pokretnog uzemljenja rastereti zaostala
količina elektriciteta i tek tada
premesti priključak sfernog iskrišta na izvod y1. Ponovo se
priključi napon i poveća dok ne
dođe do preskoka na sfernom iskrištu. Pročita se napon U1 na
voltmetru neposredno pre
-
preskoka. Zatim se opet isključi prekidač K, premesti sferno
iskrište na položaj y2 itd.
Procentualna raspodela napona se određuje na sledeći način:
100100 00
iTi
Ti
U
U
mU
mUa ==
gde je ai procentualna raspodela napona na i-tom elementu, a Ui
napon izmeren na voltmetru
V kad je sferno iskrište priključeno na izvod yi. U0 je
preskočni napon sfernog iskrišta izmeren
na voltmetru V kad je sferno iskrište priključeno na izvod y0.
Uvek se izvrše najmanje tri
merenja pa se za rezultat uzima srednja vrednost.
5. Rezultati merenja
Rezultate merenja uneti u sledeću tabelu.
U
1
U
2
U
3
U
sr
ai % K
sr y0
y1
y2
y3
y4
y5
Srednja jačina polja se izračunava po obrascu:
n
jj
SR Ud
aak
1−−=
gde su:
d - rastojanje između dva susedna izvoda d = 4 cm i
Un- nominalni napon izolatora 3/35 kV.
Na osnovu dobijenih rezultata treba nacrtati krive:
a=f(yi) i kSR=f(yi)
6. Numerička simulacija
Odrediti raspodelu napona duž jednog izolatorskog lanca koji se
sastoji iz n izolatorskih
članaka. Pretpostaviti da su kapacitivnosti metalnih delova
članaka prema zemlji, prema
provodniku i prema susednom članku nezavisne od članka. Brojni
podaci: n=3, kapacitivnost
između metalnih delova susednih članaka C = 50 pF, kapacitivnost
prema zemlji Cz = 5 pF,
kapacitivnost prema provodniku Cp = 1 pF. Konzola stuba je
uzemljena, tako da je Uk = 0.
Problem je potrebno rešiti u programskom alatu Matlab. Kod koji
je potrebno otkucati i koji
iscrtava rešenje zadatka je:
n=10; %broj izolatorskih clanaka C=50e-12; % kapacitivnost
izmedju clanaka Cz=5e-12; %kapacitivnost prema zemlji Cp=1e-12;
%kapacitivnost prema provodniku % iz zbira struja sledi
Cpk=ones(n-1,1).*Cp; Cpk(n-1,1)=Cp+C; Ck=eye(n-1).*(2*C+Cp+Cz); for
i=2:n-2 Ck(i,i+1)=-C;
-
Ck(i,i-1)=-C; end Ck(1,2)=-C; Ck(n-1,n-2)=-C;
Ukr=inv(Ck)*(Cpk).*100; for i=1:n-1 ukr(n-i)=Ukr(i); end Ukr=ukr
figure (1); i=1:n-1; plot(i,Ukr); xlabel('Redni broj clanka
iyolatora n') ylabel('Napon [%]') title('Raspodela napona duz
izolatora') hold on; plot(i,Ukr,'r*','LineWidth',2) grid; hold off;
% Pad napona na izolatoru [%] dU=[]; for i=1:n-2;
dU(i)=Ukr(i)-Ukr(i+1); end k=1:n-2; figure (2); grid on; bar(k,dU);
xlabel('Redni broj clanka izolatora n') ylabel('Srednja jacina
polja na clanku izolatora Ksr')
title('Promena pada napona duz izolatora')
1 2 3 4 5 6 7 8 90
10
20
30
40
50
60
70
80
X: 2Y: 57.57
Redni broj clanka iyolatora n
Napon [
%]
Raspodela napona duz izolatora
data1
data2
Slika 5: Raspodela napona duž izolatora
-
1 2 3 4 5 6 7 80
2
4
6
8
10
12
14
16
18
Redni broj clanka izolatora n
Sre
dnja
jacin
a p
olja
na c
lanku izola
tora
Ksr
Promena pada napona duz izolatora
Slika 6: Promena pada napona duž izolatora
Potrebno je takođe formirati Simulink model koji omogućava
merenje potencijala duž
izolatorskog lanca.
Slika 7: Simulink model
-
Slika 8: Vrednost napona na člancima izolatora
Slika 9: Promena napona na člancima izolatora u vremenskom
domenu
Problem je moguće rešiti i metodom konačni elemenata u
programskom alatu QuickField:
-
Slika 10: Geometrijski model izolatora
Slika 11: Raspodela napona duž modela izolatora
Slika 12: Raspodela napona duž izolatora
-
VEŽBA BROJ 4
ODREĐIVANJE OBLIKA EKVIPOTENCIJALNIH
LINIJA PRIMENOM
ELEKTROLITIČKE KADE
1. Svrha vežbe
Svrha vežbe je da se odredi oblik ekvipotencijalnih linija na
modelu člankastog izolatora u
elektrolitičkoj kadi i da se proceni raspodela napona duž modela
izolatora.
2. Teorijsko objašnjenje
Određivanje ekvipotencijalnih linija i linija električnog polja
moguće je izvršiti na stvarnom
objektu i modelu. Rad na stvarnom objektu je nepogodan zbog
visokog napona sa kojim treba
raditi i zbog toga što svako unošenje merne sonde ili nekog
drugog uređaja unosi deformaciju
električnog polja. Zbog toga se primenjuje rad na modelu. Pomoću
njega se može postići znatna
tačnost ako je model veran originalu.
Modelovanje električnog polja pomoću strujnog polja u
elektrolitičkoj kadi je pogodno jer se
radi sa niskim naponom, a sonda se može ostvariti kao vrlo mala
provodna sfera koja se
priključuje na merne uređaje pomoću izolovanog provodnika, tako
da je deformacija polja
minimalna. Ovakav model možemo primeniti jer postoji potpuna
matematička analogija
jednačina koje opisuju elektrostatičko i strujno polje.
D K=
J K=
Pošto su ε i δ skalarne konstante, sledi da su D i K vektori
koji su kolinearni i srazmerni
međusobno. To znači da će za određenu konfiguraciju elektroda u
elektrostatičkom polju vektor
dielektričnog pomeraja imati određenu raspodelu, a pri istoj
konfiguraciji elektroda u strujnom
polju postojaće vektor gustine struje J koji je kolinearan sa D
i u svakoj tački srazmeran sa D.
Funkcija potencijala u strujnom i elektrostatičkom polju
zadovoljava Laplasovu jednačinu.
Posledica istih matematičkih zakona za dva fizička procesa je da
se pri merenju jedne fizičke
pojave može odrediti druga koja je srazmerna prvoj.
Postoje dve vrste elektrolitičkih kada i to plitke i duboke.
Duboke elektrolitičke kade se koriste
pri određivanju trodimenzionalnih polja, dok se plitke koriste
pri određivanju planparalelnih ili
radijalnih polja. U slučaju radijalnog polja, kada je nagnuta
kao na slici 1. Time se postiže
prividno povećavanje provodnosti koje je srazmerno rastojanju od
elektrode. U tom slučaju
polje opada sa rastojanjem, kao što je slučaj kod cilindričnih
elektroda.
-
Slika1: Položaj elektrolitičke kade
Modelovanje sredina sa različitim dielektričnim konstantama može
se izvršiti na vise načina. Na
primer, dno elektrolitičke kade može biti reljefno, tako da tamo
gde je kada dublja provodnost
na datoj površini preseka se povećava, a to se prividno
manifestuje kao da se specifična
provodnost vode povećala, što bi odgovaralo većoj dielektričnoj
konstanti. Drugi način je da se
primene elektroliti različitih provodnosti koji su na pogodan
način (pomoću poluprovodnih
membrana) razdvojeni, tako da se ne vrši mešanje tečnosti, a
moguća je razmena jona.
Međutim, u ovoj vežbi se zanemaruje postojanje dva
dielektrika.
3. Šema veza
Slika 2: Merna šema za određivanje oblika ekvipotencijalnih
linija
RT – regulacioni transformator,
R – otpornik vezan kao potenciometar,
O – osciloskop koji služi kao nulti indikator,
E.K. – elektrolitička kada u kojoj je modelovan člankasti
izolator,
ZA – elektroda koja služi kao model zaštitne armature,
V1 i V2 – voltmetri.
U vežbi se posmatra sistem elektroda koje odgovaraju metalnim
delovima izolatora u vazduhu,
dok je uticaj porcelana zanemaren. Na dnu kade je nacrtan
koordinatni system pomoću koga se
lako mogu nacrtati ekvipotencijalne linije. Metoda merenja je
nulta metoda mosta. Na
-
potenciometru R se podesi neka vrednost napona, i pomoću sonde S
nalaze sve tačke u kadi
koje imaju isti napon prema uzemljenom delu modela.
4. Postupak pri radu
Uključiti prekidač i na regulacionom transformatoru podesiti
napon V1 na 40 V. Ovaj napon je
ujedno i pun napon na objektu. Podesiti pomoću potenciometra
napon na voltmetru V2 na 10 V,
zatim na 20 V. Za svaku vrednost napona sondom tražiti sve tačke
u kadi za koje na
osciloskopu nema skretanja. Sve ove tačke treba označiti na
milimetarskom papiru.
Povezivanjem dobijenih tačaka za jednu vrednost napona dobijaju
se ekvipotencijalne linije. Da
bi se našao uticaj armature na raspodelu napona kod izolatora,
vrši se merenje sa modelom
zaštitnog prstena. Prsten se modeluje pomoću kružne provodne
ploče koja je vezana za kraj pod
naponom i stavljena u blizini prvog članka izolatora (između
prve dve elektrode). Posle
izvršenog merenja uporediti ekvipotencijalne linije pre i posle
stavljanja prstena. Znajući da je
blizina ekvipotencijalnih linija srazmerna jačini polja,
objasniti gde se javlja najveća jačina
polja.
Na slici 3 data je skica elektrolitičke kade sa modelom
izolatora sa zaštitnim prstenom.
Isprekidanim linijama su označene ekvipotencijalne linije.
Zacrnjene površine
predstavljajuelektrode koje imitiraju metalne delove izolatora.
Elektroda 0 predstavlja
uzemljenu elektrodu (konzolu stuba), elektroda 5 predstavlja
priključak za elektrodu pod
naponom. Zaštitni prsten je na istom potencijalu kao i elektroda
5.
Slika 3: Skica elektrolitičke kade sa ekvipotencijalnim
linijama
5. Rezultati merenja
Rezultate merenja potrebno je srediti tabelarno.
Koordinate tačaka koje pripadaju ekvipotencijalnim linijama za
slučaj bez zaštitnog prstena
10 V
20 V
Koordinate tačaka koje pripadaju ekvipotencijalnim linijama za
slučaj sa zaštitnim prstenom
10 V
20 V
-
Za dobijene rezultate potrebno je nacrtati ekvipotencijalne
linije koje odgovaraju
vrednostima napona od 10 V i 20 V za slučaj kada ne postoji i za
slučaj kada postoji
zaštitni prsten.
6. Numerička simulacija
Potrebno je formirati model elektrolitičke kade u programskom
alatu QuickField i prikazati
jačinu polja kao i ekvipotencijalne linije kao rezultate
simulcije.
Slika 4: Ekvipotencijalne linije u slučaju bez elektrode koja
služi kao zaštitna armatura
Slika 5: Ekvipotencijalne linije u slučaju sa elektrodom koja
predstavlja zaštitni prsten
-
VEŽBA BROJ 5
SNIMANJE ODZIVA I SIMULACIJA TESLINOG
TRANSFORMATORA
1. Svrha vežbe
Svrha vežbe je upoznavanje sa principom rada Teslinog
transformatora za dobijanje visokog
napona visoke učestanosti.
2. Šema veza
Slika 1: Konstrukcija Teslinog transformatora
-
Slika 2: Vremenska promena napona koji se povećava na sekundaru
Teslinog transformatora
3. Princip rada
Pored spregnutih namotaja, Teslin transformator mora da ima
napojnu jedinicu koja proizvodi
visokofrekvencijske povorke impulsa, kojima se napaja primar
Teslinog transformatora sa
malim brojem navojaka. Na sekundaru koji ima značajno veći broj
navojaka napon se
višestruko povećava i dobijaju se povorke oscilatorno prigušenih
ocilacija visokog napona.
Primarno kolo sačinjavaju kondenzator kapacitivnosti C1 i
vazdušna prigušnica induktivnosti
L1, dok sekundarno kolo sačinjavaju vazdušna prigušnica
induktivnosti L2 i parazitna
kapacitivnost između namotaja C2. Najpre se preko transformatora
Tr i visokonaponske diode D
jednosmernim naponom puni kondenzator C1 sve dok ne reaguje
iskrište I, usled čega se
javljaju kontinualni preskoci na iskrištu. Prilikom reagovanja
iskrišta, kondenzator C1 se prazni
i predaje svoju električnu energiju primarnoj vazdušnoj
prigušnici L1:
2
2
11 UCWel
=
gde je 1U napon na kondenzatoru C1. Tada nastaju prigušene
oscilacije čija frekvencija iznosi:
-
11
12
1
CLf
=
U primarnoj vazdušnoj prigušnici električna energija prelazi u
magnetnu energiju:
2
2
11 ILWm
=
gde je 1I struja koja teče kroz primarnu prigušnicu koja stvara
magnetno polje. Ako je
sekundarna vazdušna prigušnica L2 jako udaljena tako da megnetno
polje primarne prigušnice
ne obuhvata sekundarnu prigušnicu, odnosno ako nema međusobnog
magnetnog uticaja između
primarne i sekundarne prigušnice, neće se indukovati napon u
sekundarnoj prigušnici i neće se
javiti oscilacije. Stoga, primarna prigušnica treba biti
dovoljno blizu sekundarnoj kako bi deo
primarnog magnetnog polja prolazio kroz sekundarne navojke. Tada
će se u sekundarnoj
prigušnici indukovati elektromotorna sila frekvencije f1.
Ukoliko je frekvencija sekundara (koja
zavisi od induktivnosti sekundarne prigušnice L2 i parazitne
kapacitivnosti između namotaja
C2):
22
22
1
CLf
=
bliska primarnoj frekvenciji ( 21 ff ), u sekundarnoj prigušnici
pojaviće se velike oscilacije.
Frekvencija sekundara zavisi od koeficijenta magnetne sprege K
koji predstavlja funkciju
međusobne induktivnosti između primara i sekundara M i
sopstvenih induktivnosti prigušnica
L1 i L2:
21 LL
MK
=
Kada je veza dobra ( 1K ), tada se oscilacije (energija) prenose
sa primara na sekundar dok se luk u primaru ne ugasi. A pošto je
veza dobra, delovanjem sekundara ponovo će se indukovati
elektromotorna sila dovoljne veličine u primaru, tako da se luk
ponovo javlja. Praktično,
energija osciluje između primara i sekundara. Prenosni odnos
Teslinog transformatora je:
1
2
1
2
L
L
U
U=
4. Numerička simulacija
Potrebne vrednsoti parametara za kreiranje Teslinog
transformatora su: C1=6 nF, L1=19.49 μH,
C2=7.13 pF, L2=17.74 mH, dok su U1=10 kV i U2=300 kV.
-
Slika 4: Numerička simulacija Teslinog transformatora u
programskom alatu Matlab
Slika 5: Programski kod funkcije prag
-
Slika 6: Odziv numeričke simulacije
-
VEŽBA BROJ 6
ODREĐIVANJE PRAGA KORONE
1. Svrha vežbe
Svrha vežbe je da se objasni način identifikacije korone pre
nego što ona postane vidljiva i
čujna, kao i da se odredi najniži napon pri kome počinje da se
javlja korona (prag korone).
Korona se može indentifikovati merenjem struje u kolu za
napajanje.
2. Šema veza
Slika 1: Šema veza
T – visokonaponski transformator prenosnog odnosa 0.22/100
kV/kV,
RT – regulacioni autotransformator,
R – zaštitni vodeni otpornik,
V – voltmetar na niskonaponskoj strani,
O – osciloskop,
Z – šant preko koga se priključuje osciloskop,
V1 - Elektrostatički voltmetar. 2
Potporni izolator zajedno sa impedansom Z služi kao delilo
napona. Potporni izolator ima
kapacitivnosti prema zemlji. U ptianju su parazitne
kapacitivnosti kroz koje protiče mala
kapacitivna struja čak i u slučaju malih napona. Što se tiče
same impedanse Z posmataramo dve
šeme:
a) Šant preko koga se priključuje osciloskop ima samo omsku
otpornost. Tada su U i I u fazi.
-
Slika 2: Slučaj kada je Z=R
b) Šant preko koga se priključuje osciloskop je induktivni
kalem. Tada izolator i Z čine filtar.
Slika 3: Slučaj kada je Z=L
3. Teorijsko objašnjenje:
Ako na površini neke elektrode vlada vrlo jako električno polje,
vazduh u blizini elektrode se
jonizuje. Njegova jonizacija u blizini elektrode se naziva
korona. Intenzitet korone se jako
menja sa naponom. Počevši od nekog napona ona počinje da se
javlja i njen intenzitet ne
raste linearno sa naponom. Pošto je intenzitet korone posledica
intenziteta električnog polja,
-
ne napona, to će se korona jače iskazivati na onim mestima gde
elektrode imaju oštre ivice,
odnosno male poluprečnike krivina. Vrlo je važno odrediti
najniži napon kada se pojavljuje
korona, prag korone, jer korona izaziva dopunske gubitke u
vodovima i radio smetnje, tako da
je potrebno svesti na najmanju meru. Kao detektor korone u vežbi
služi struja koja uzima
objekat ispitivanja. Ako je struja pored svoje osnovne
učestanosti sadrži i vrlo kraktke strujne
impulse, znači da je došlo do pojave korone. Oblik struje se
posmatra na osciloskopu, koji je
vezan na krajeve šanta. Ako je šant vezan po šemi a) tada se na
ekranu osciloskopa vidi struja
industrijske učestanosti. U blizini maksimuma se javljaju kratki
impulsi usled korone. Ovi
impulsi se skoncentrišu oko maksimuma, jer je korona
najizraženija kada je napon
maksimalan. Ako je šant vezan po šemi b) tada je struja
industrijske učestanosti neće
proizvoditi gotovo nikakav pad napona na induktivnom kalemu,
Medjutim za kratkotrajne
impulse ovaj kalem će suprostavljati veliki otpor. Tako će se na
ekranu videti samo vrlo
izraženi visokofrekventni strujni impulsi. Odnosno kalem jako
pojačava više
harmonike, pa samim tim i visokofreventne struje impulse usled
korone. Važno je istaći
da se parazitne kapacitivnosti ponašaju kao sprežni kondezatori,
koji prihvataju količinu
naelektrisanja usled parcijalnih pražnjenja i omogućavaju
merenje. A impedansa Z ima ulogu
filtra VF komponenti.
Pojava korone na provodnicima dalekovodnih stubova ima i
pozitivne i negativne
posledice. Pojava korone je stabilna pojava, vazduh u okolini
provodnika se jonizuje, postaje
provodan i u elektrostatičkom smislu povećava prečnik
provodnika. To dalje dovodi do
smanjenja jačine polja u blizini provodnika i smanjuje se
jonizacija. Pri dejstvu naizmeničnog
napona različiti su mehanizmi razvoja pozitivne i negativne
korone. Bez obzira na tip
mehanizma, korona kao tip parcijalnih pražnjenja se manifestuje
impulsnim izbijanjima
odnosno pražnjenjima usled impulsne jonizacije i dejonizacije.
Pojava korone se vezuje za
specifične uslove:
• Vremenski uslovi u atmosferi. Izražena korona se javljau
uslovima kiše, inja i
velike vlažnosti vazduha, pri sniženom atmosferskom pritisku i
pri jakom vetru.
• Stanje površine provodnika. Na površini provodnika mogu se
pojaviti neravnine
usled raznih čestica iz atmosfere, pepela, prašine, vegetacije
koje pogoduju razvoju
korone.
• Specifična geometrija dalekovoda. Kritični napon iznad kog
dolazi do pojave
korone zavisi od geometrije dalekovoda (visine provodnika,
međusobnih
rastojanja) i zavisi od poluprečnika provodnika. Pokazuje se da
se većim presekom
provodnika može eliminisati korona. Sa jednim užetom po fazi ide
se za naponske
-
nivoe do 220 kV. Za naponske nivoe 400 kV i preko, koristi se
fazni provodnici u
vidu snopa, sa dva ili više provodnika. U takvom slučaju presek
jednostruke faze
koji elimiiše koronu bio bi predimenzionisan sa aspekta strujnog
opterećenja.
Negativne posledice korone su:
• Izazivanje radio smetnji. Korona se pojavljuje u delovima
periode naizmeničnog
napona kada je napon oko maksimalne vrednosti, a zatim nestaje i
nema je u
ostalim delovima periode. Usled naizmeničnog paljenja i gašenja
korone stvaraju se
viskofrekventne struje u kHz području koje izazivanju radio
smetnje.
• Korona povećava gubitke aktivne snage. Gubici usled korone se
vrlo nelinearno
povećavaju sa porastom napona. Kada je napon manji od kritičnog
napona pri kojem
dolazi do korone, gubici su relativno mali, jer se tada impulsna
pražnjenja moug javiti
na spojevima i opremi za vešanje. Pri velikim naponima, koji su
veći od kritičnog za
koronu, dolazi do pojave korone na provodnicima i gubici usled
korone čak mogu da
postanu dominantni u odnosu na gubitke u prenosu.
Korona ima i pozitivne posledice. Korona prigušuje udarne
atmosferske prenaponske talase
pri prostiranju od mesta pražnjenja do opreme u postrojenju.
Korona absorbuje energiju
udarnog talasa, izobličuje ga, smanjuje mu i amplitudu i
strminu. Na Slici 4 prikazan je
teorijski izgled strujnih impulsa usled korone koji se javljaju
kada je naizmenični napon
maksimalan. U toku merenja moguć je uticaj smetnji, šumova i
viših harmonika. Oni se mogu
razlikovati od korone jer se manifestuju kao stabilni imulsi,
vrlo pravilni i locirani u okolini
prolaska signala kroz nulu. Korona se manifestuje kao treperući
impulsi u vidu vertikalnih
linija slično kao na slici 4.
Slika 4: Izgled strujnih impulsa usled korone
-
5. Postupak pri radu i rezultati merenja:
Pozvati uređaje prema šemi a), priključiti napon i postepeno ga
povećavati do 15– 20
kV. Skicirati sliku koja se dobija na ekranu osciloskopa. Pošto
pojava korone ima
određenu inerciju, jer je potrebno izvesno vreme za jonizaciju
uočiti položaj snopova
impulsa u odnosu na maksimum napona. Postepeno smanjivati napon
i uočiti prag
korone. Zatim isključiti napon, pa priključiti induktivni šant (
šema b) i ponoviti merenje.
Rezultate srediti u tabeli.
Vrsta šanta Korona (pri opadanju U) Korona (pri podizanju U)
Omski otpor
Induktivni kalem
-
VEŽBA BROJ 7
ISPITIVANJE DIELEKTRIČNE ČVRSTOĆE ULJA
1. Teorijsko objašnjenje dielektrične čvrstoće ulja i uticajnih
faktora
Mineralno transformatorsko ulje nastaje kao produkt destilacije
nafte ili kamenog uglja.
Njegova uloga kod transformatora je dvostruka:
• Kao izolaciono sredstvo koje obezbeđuje impregnaciju papirne
izolacije namotaja
transformatora i sprečava direktan dodir papira sa vlagom i
vazduhom,
• Kao rashladno sredstvo.
Mineralno ulje ima značajno bolje dielektrične osobine (visoku
probojnu čvrstoću, dobru
toplotnu provodljivost, hemijska postojanost) u odnosu na vazduh
što ga čini pogodnim
dielektrikom za primenu u oblasti tehnike visokog napona.
Nedostatak mineralnog ulja
jeste zapaljivost, kao i mogućnost stvaranja eksplozivnih gasova
(metan, propan). Osnovne
električne karakteristike ulja su:
• specifična provodnost (otpornost),
• relativna dielektrična konstanta,
• dielektrični gubici i dielektrična čvrstoća (ili dielektrična
izdrzljivost).
Ove karakteristike u većoj ili manjoj meri zavise od čistoće
odnosno stranih primesa u
transformatorskom ulju. Dielektrična čvrstoća (izdržljivost)
ulja je sposobnost podnošenja
napona. Ona se određuje kao probojni napon za određeni razmak
elektroda. Tečni dielektrici,
u normalnim okolnostima imaju značajno veću dielektričnu
čvrstoću od gasova. Na
dielektričnu čvrstoću utiče veliki broj faktora. Najveći uticaj
ima prisustvo stranih primesa u
ulju kao što je vlaga, gasovi, čestice, metalni opiljci. Vrlo
mali procenat vlage može da
smanji dielektričnu čvrstoću ulja nekoliko puta. Postoji
nekoliko mehanizama proboja tečnih
dielektrika:
• Usled delovanja visokog napona, stvara se jako električno
polje i dolazi do
procesa udarne jonizacije;
• Usled dejstva visoke temperature, dolazi do razlaganja ulja i
nastaju mnogi gasni
produkti sagorevanja (metan, etan, acetilen, vodonik, ugljen
monoksid). Dolazi do
formiranja gasnih mehurova, čija je dielektrična čvrstoća niža
od okolnog ulja. Gasni
mehurovi se usled dejstva polja izdužuju, dolazi do pojačanja
spoljašnjeg polja na
zašiljenim delovima i olakšava se proboj
-
• Vlaga, koja može biti rastvorena u ulju i u različitim
agregatnim stanjima, značajno
smanjuje dielektričnu čvrstoću ulja.
Od svih primesa najvažniju ulogu ima vlaga. Ulje je higroskopno
i veoma lako upija
vlagu. Vrlo mali procenat vlage u ulju od svega 0.05 % može da
prepolovi vrednost
dielektrične čvrstoće. Na Slici 1. prikazana je zavisnost
dielektrične čvrstoće ulja (u rel. jed.) od
procentualnog učešća vlage.
Slika 1: Zavisnost dielektrične čvrstoće ulja (u rel. jed.) od
procentualnog učešća
vlage
Dielektrična čvrstoća ulja zavisi od temperature, jer se i
rastvorljivost vode u ulju menja sa
temperaturom. Na Slici 2 prikazana je zavisnost dielektrične
čvrstoće ulja od temperature.
Slika 6.2: Zavisnost dielektrične čvrstoće ulja od
temperature
-
Na vrlo niskim temperaturama, ispod 0 °C, kapljice vode se lede
i formiraju ledene kristale
koji imaju dielektričnu konstantu vrlo blisku ulju i formiraju
homogenu smešu. Zbog toga
ne dolazi do pojačavanja električnog polja usled vlage. Porastom
temperature iznad nule, ledeni
kristali se tope i voda prelazi u vodeni rastvor koji ima slabe
dielektrične karakteristike. Uočava
se lokalni maksimum dielektrične čvrstoće za temperaturu oko 80
C što je povoljno jer su
radne temperature transformatora oko 80˚C. Daljim zagrevanjem
dolazi do isparavanja vodenih
primesa, obrazuju se gasni mehurovi i dielektrična čvrstoća
slabi. Uticaj pritiska ulja na
dielektričnu čvrstoću uslovljena je smanjenjem intezivnosti
jonizacionih procesa u gasnim
mehurima ulja,koji su osnovni uslov za razvoj proboja ulja. Sa
smanjenjem pritiska ispod
atmosferskog može doći do opadanja dielektrične čvrstoće. Uticaj
čvrstih materijala ogleda se u
lokalnom pojačavanju polja koje može da prevaziđe dielektričnu
čvrstoću ulja.
2. Preventivna ispitivanja transformatorskog ulja
Transformatori su statički uredjaji koji imaju radni vek oko 30
godina. U cilju povećanja
pouzdanosti, raspoloživosti i životnog veka relativno
jednostavno se vrše dijagnostička
ispitivanja hemijskog sastava ulja gde se analizira sadrzaj
primesa (vode, smole i drugih
primesa). Posebno je važna gasno-hromatografska analiza ulja
zapaljivih gasova
razloženih u ulju. Redovna kontrola ulja je jedan od pokazatelja
kvaliteta rada transformatora.
Pošto i visina napona i brzina uspostavljanja napona kao i oblik
električnog polja utiču na
dielektričnu čvrstoću napona. Stoga se za ispitivanje
dielektrične čvrstoće ulja primenjuju
elektrode standardnog oblika i međusobnog rastojanja. U pitanju
je zatamnjena posuda sa dve
elektrode. Veoma je bitan oblik elektroda da bi se dobijali
približno isti rezultati u svim
uslovima. Koriste se elektrode u obliku kalota, na međusobnom
rastojanju od 2.5 mm i
specifičnog oblika. Na Slici 3. prikazana je skica standardne
ispitne komore za
ispitivanje dielektrične čvrstoće ulja. Na Slici 4 prikazana je
komora. Postupak ispitivanja
transformatorskog ulja je sledeći: Najpre se na dnu suda otvori
slavina za ispuštanje ulja,
ispusti se određena količina (oko 5 litara zbog taloga na dnu
suda), a zatim se uzme uzorak od
1 litar ulja koji se ispituje. Nakon toga sipa se ulje u tester
komoru i postepeno podiže napon
dok ne dođe do proboja. Napon pri kome je došlo do proboja ulja
određuje dielektričnu
čvrstoću ulja (kV/cm)
-
Slika 3: Skica standardne ispitne komore za ispitivanje
dielektrične čvrstoće ulja
Slika 4: Komora za ispitivanje dielektrične čvrstoće ulja i
postupak dolivanja ulja
u komoru
-
U Tabeli I prikazani su minimalne zahtevane vrednosti za
dielektričnu čvrstoću
transformatorskog ulja u zavisnosti od stanja
transformatora.
Tabela I: Minimalne zahtevane vrednosti za dielektričnu čvrstoću
transformatorskog ulja
Stanje transformatora Minimalna dielektrična čvrstoća ulja
(kV/cm) Nov transformator, pre stavljanja u pogon 220
Popravljen transformator , nakon revizija 200
Nakon radioničkog održavanja 200
Tokom eksploatacije 80
3. Zadatak i cilj vežbe:
Zadatak u vežbi je da se ekperimentalno snimi zavisnost
dielektrične čvrstoće ulja za različite
temperature. Potrebno je najpre izmeriti dielektričnu čvrstoću
za vazduh, kada je komora
prazna i verifikovati očitanu vrednost sa očekivani rezultatom
od 30 kVmax/cm koliko iznosi
probojni napon za vazduh. Zatim je potrebno zagrejati ulje
pomoću laboratorijskog rešoa do
temperature od oko 90°C. Temperaturu meriti uz pomoć termometra.
Zatim se pusti da se
ulje hladi i meri se dielektrična čvrstoća ulja za temperature u
koracima od 10 C. Potrebno je
sa uređaja očitavati vrednosti napona i uz pomoć tablice ili
krive koja je data u
nastavku uputstva, očitati odgovarajuću vrednost dielektrične
čvrstoće.
4. Merno kolo:
Slika opreme koja se koristi u vežbi prikazana je na slici 6.5.
Označeni brojevi imaju sledeće
značenje:
1 – Taster za uključenje;
2 – Voltmetar;
3 – Točak regulacionog transformatora kojim se reguliše napon
koji se dovodi na
elektrode;
4 – Sud komore u koju se sipa ulje koje se ispituje;
5 – Elektrode ispitnog sistema unutar suda
-
U [V] K
[kV/cm]
10 13,65 20 27,5 30 41 40 54,6 50 68,25 60 82 70 95,55 80 109,2
90 123
100 136,5 110 150 120 164 130 177,6 140 191,2 150 205 160 218,5
170 232 180 246 190 259,5 200 273 210 287 220 300
Slika 5: Slika uređaja koji se koristi u vežbi za ispitivanje
dielektrične čvrstoće ulja
U nastavku data je tablica i grafik zavisnosti (Slika 6.)
izmerenog napona i dielektrične
čvrstoće kalibrisane sa dato rastojanje između elektroda.
Slika 6: Zavisnost jačine električnog polja od primenjenog
napon
-
5. Uputstvo za rukovanje uređajem za isptivanje ulja
Pre početka rada proveriti da li je točak regulacionog
transformatora u krajnjem levom
položaju. Uređaj se priključuje na mrežu utikačem sa uzemljenjem
(šuko). Ukoliko nema
utikačke kutije, obavezno priključiti provodnik za uzemljenje
između leptirastog zavrtnja koji
se nalazi na uređaju i postojećeg uzemljenja. Pritiskom na levo
dugme, uređaj je uključen.
Signalna sijalica treba da se upali. Pritiskom na desno dugme
uređaj se isključuje.
Pokretanjem točka regulacionog transformatora u desno, raste
napon i na regulacionom
transformatoru, a taj porast pratimo na voltmetru.
Treba zapisati vrednosti napona pri kojoj je došlo do probijanja
ulja. Pri proboju vratiti
točak regulacionog transformatora u krajnji levi položaj, pa
onda ulje promešati staklenim
štapićom.
Probijanje ulja treba ponoviti tri puta, a kao merodavnu
vrednost za izdržljivost ulja treba uzeti
srednju vrednost izmerenih vrednosti polja pri kojem dolazi do
proboja.
U Tabeli II prikazana je tabela koju je potrebno popuniti na
osnovu merenja dielektrične
čvrstoće za različite temperature.
Tabela II: Rezultati merenja
Temperatura
ulja
(°C)
Merenja
Prvo merenje Drugo merenje Treće merenje
U (kV) K(kV/cm
)
U (kV) K(kV/cm
)
U (kV) K(kV/cm)
90
80
70
60
50
40
30
20
-
VEŽBA BROJ 8
UDARNI NAPONSKI GENERATOR
1. Svrha vežbe
Svrha vežbe je upoznavanje sa principom rada udarnog generatora
i ispitivanje elemenata
zaštite od atmosferskog prenapona.
2. Šema veza
Pri radu koristi se oprema vezana po sledecoj semi na slici
1.
Slika 1:Šema veza
AT - regulacioni transformator 0 – 220 V
VNT - visokonaponski transformator odnosa 100/35000 V
C1, C2 - visokonaponski kondenzatori
R1, R2 - otpornici
ISP - visokonaponski diodni most
RZ - zaštitni otpornik za punjenje kondenzatora
SIs - sferno iskrište
OSC - osciloskop sa memorijom
VNS - visokonaponska sonda
3. Princip rada
Udarni generator čine visokonaponski kondenzatori C1 i C2 i
otpornici R1 i R2 sa sfernim
iskrištem SIs. Visoki jednosmerni napon dobijen iz diodnog mosta
ISP dovodi se na
kondenzator C1. Kada napon na kondenzatoru C1 dostigne vrednost
preskočnog napona na
sfernom iskrištu Sis dolazi do preskoka. Preko otpornika R1
opterećuje se kondenzator C2
koji sa otpornikom R2 zatvara šemu udarnog generatora. Ovi
elementi čine u stvari dva RC
strujna kola: prvo sačinjeno od C1 i R1 sa malom vremenskom
konstantom koje modeluje
čelo talasa i drugo sačinjeno od C2 i R2 sa većom vremenskom
konstantom koje modeluje
začelje talasa. Svaki naponski udarni talas se definiše sa tri
veličine koje ga opisuju:
-
maksimalna vrednost napona, vreme čela talasa i vreme zašelja
talasa. Na Slici 2 je prikazano
kako se određuju parametri udarnog generatora.
Maksimalna vrednost talasa zavisi od rastojanja sfera u sfernom
iskrištu. Ova veličina se menja
pri radu sa udarnim generatorom. Pri tome se mora voditi računa
o tome da se ne pređe
maksimalna dozvoljena vrednost napona koji određuju
visokonaponski kondenzatori svojim
nazivnim naponom. Vreme čela talasa se izračunava po
formuli:
6,0
12 ttTc−
=
gde su vremena t1 i t2 ona vremena koja odgovaraju tačkama u
kojima je vrednost napona na
čelu talasa 30% odnosno 90% od maksimalne vrednosti udarnog
talasa. Vreme začelja talasa
tz je vreme koje odgovara tački, na začelju talasa, u kojoj je
vrednost napona 50% od
maksimalne vrednosti udarnog talasa.
Slika 2 - Određivanje parametara
-
Za eksperimentalno određivanje parametara udarnog generatora
mora se talas snimiti dva
puta sa bitno različitim vremenskim konstantama na digitalnom
osciloskopu. Na jednom
snimku nije moguće izvršiti sva potrebna merenja. Važno je
napomenuti da se parameti
naponskog udarnog talasa snimaju pre početka ispitivanja. Ako je
konstrukcija udarnog
generatora takva da je moguće promenom vrednosti njegovih
elemenata menjati parametre to
se vrši samo jednom. Elementi na koje je moguće uticati su samo
otpornici R1 i R2. Na
kondenzatore C1 i C2 nemožemo uticati. Za udarni generator čiji
snimak je dat na slici 1
parametri udarnog talasa su sledeći: maksimalna vrednost 7.8 kV,
vreme čela tč = 9.7 µ s i vreme
začelja tz = 732 µ s. Sa ovim parametrima oznaka udarnog talasa
bi bila 7.8 kV, 10/700 µ s/µ
s. Dozvoljena odstupanja su ±10%. Primer je dat za ovaj oblik
talasa zato što je na njemu lakše
prikazati kako se vrše merenja. U praksi se koriste više vrsta
udarnih talasa. Pod vrstama se
podrazumevaju različite vrednosti čela i začelja talasa.
Najčešće korišćeni oblici su:
• 1.2/50 standardni IEC talas, koristi se uglavnom za
ispitivanje izolacija i zaštita u
elektroenergetskim kolima;
• 10/700 standardni ITUT talas, koristi se uglavnom za
ispitivanje zaštita u
telekomunikacionim kolima.
Udarni naponski generator se koristi za ispitivanje izolacija i
zaštita odprenapona.
Elementi koji se koriste za zaštite su:
• varistori, koji su nelinearni otpornici, dobijeni
sinterovanjem, koji imaju negativnu otpor-napon karakteristiku. Kod
njih kada poraste napon iznad neke vrednosti njihov
otpor se jako smanji. Posledica ove osobine je ta da odvodnici,
kada prorade, održavaju
napon na skoro potpuno stalnoj vrednosti;
• varničari, koji predstavljaju dve elektrode na odredenoj
udaljenosti. Kada napon
dostigne vrednosti probojnog napona dolazi do preskoka izmedu
elektroda. Posle
prelaznog procesa, koji je pracen tranzijentom visoke
ucestanosti, preostali napon pada
na vrednost napona na elektricnom luku, koji je blizak nuli;
Kod varničara se definišu dve veličine:
• 50% preskočni napon je ona temena vrednost napona pri kome ce
od 10 dovedenih udara pet puta doći do reagovanja varničara;
• 100% preskocni napon je ona temena vrednost napona pri kome ce
od 10 dovedenih udara deset puta doci do reagovanja varnicara.
-
• kombinovane zaštite, koje predstavljaju kombinaciju varistora
i varnicara tako da se
kombinuju njihove osobine: brzina prorade odvodnika i mogucnost
smanjenja preostalog
napona na nulu.
4. Postupak pri radu
Postupak pri radu na ovoj vežbi je sledeci:
1. Odrediti parametre udarnog naponskog generatora sa dva snimka
na digitalnom osciloskopu
ocitavanjem potrebnih velicina (t1, t2, tz, U30, U90, U50) prema
datim jednacinama. Skicirati
talasne oblike.
2. Za dati varnicar u vazduhu odrediti 50% preskocni napon i
100% preskocni napon.
Povecavanje temene vrednosti udarnog generatora postiže se
povecanjem rastojanja elektroda
na sfernom iskrištu. Pri ovome obavezno voditi racuna da se
napon ne poveca iznad 10 kV. Ako
se napon poveca iznad ove vrednosti može doci do vrlo ozbiljnih
kvarova na mernoj opremi.
Istovremeno su moguci i veoma ozbiljni strujni udari. Skicirati
talasni oblik za seceni talas.
3. Odrediti preostali napon i vreme reagovanja za odvodnik
(varistor). Skicirati talasni oblik.
4. Odrediti napon reagovanja i vreme reagovanja za varnicar
(gasna cev). Skicirati talasni oblik.
5. Rezultati merenja
Zadate vrednosti izracunati a tražene grafike nacrtati na
milimetarskom papiru.
NAPOMENA: PRE ZAMENE ISPITIVANOG OBJEKTA OBAVEZNO RASTERETITI
SVE
ELEMENTE ŠEME. KONDENZATORI MOGU DUGO DA ZADRŽE NA SEBI
VISOKI
NAPON.
6. Simulacija
U programskom alatu Matlab potrebno je formirati Simulink model
koji će simulirati talas
dvostepenog udarnog naponskog generatora. Takođe je potrebno
napisati kod koji rešava sistem
jednačina zamenske šeme udarnog naponskog geneartora, a kao
rezultat iscrtava prenaposnki
talas i izračunava vremena čela i začelja.
-
Slika 3 – Simulink model dvostepenog udarnog naponskog
generatora
Slika 4 – Odziv Simulink modela
Potrebna funkcoija koja formira sistem od 3 diferencijalne
jednačine: function dy = sistem(t,y) global C1 C2 R1 R2 L G2=1/R2;
dy = zeros(3,1); % a column vector % Uo=y(1);U2=y(2); Il=y(3)
dy(1)=-G2/C1*y(1)+y(3)/C1; dy(2)=-y(3)/C2;
dy(3)=-y(1)/L+y(2)/L-R1/L*y(3); end
Potreban model udarnog naponskog generator koji iscrtava odziv
kola i određuje vreme čela i
začelja: p=1; %broj stepeni vezanih paralelno s=1; %broj stepeni
vezanih u seriji Cs=200*10^(-9); Cb=10.8*10^(-9); L=0.033*10^(-3);
% PODESAVANA INDUKTIVNOST Rs=105; % redni otpor jednog stepena
C1=p*Cs/s; % ukupna udarna kapacitivnost C2=Cb; %C2=Cio+Cbo R2=250;
%Otpor zacelja G2=1/R2; R1=s/p*Rs; %Otpor cela global C1 C2 R1 R2 L
[T,Y] = ode45(@sistem,[0:10^(-8):100*10^(-6)],[1 0 0]);
-
Umax=max(Y(:,2)); %amplituda napona na opterecenju for
i=1:length(T) if (Y(i,2)>(0.3*Umax)) break end end t30=T(i);
U30=Y(i,2); for j=1:length(T) if (Y(j,2)>(0.9*Umax)) break end
end t90=T(j); U90=Y(j,2);
t0=((U90-U30)/(t90-t30)*t30-U30)*((t90-t30)/(U90-U30)); Tc=t90-t0;
%Vremenska kostanta cela for j=1:length(T) if (Y(j,2)==(Umax))
break end end for k=j:length(T) if (Y(k,2)
-
Slika 6 – Formiran model UNG u programskom alatu ATP-draw i
njegov odziv
-
VEŽBA BROJ 9
UDARNI STRUJNI GENERATOR
1. Svrha vežbe
Svrha vežbe je upoznavanje sa principom rada udarnog generatora
i određivanje osnovnih
karakteristika talasa.
2. Šema veza
Pri radu koristi se oprema vezana po sledecoj semi na slici
1.
Slika 1: Šema veza
VNT - visokonaponski transformator koji se napaja regulisanim
naponom iz rtegulacionog
transformatora,
C- baterija kondenzatora koja se sastoji od jednog ili više
visokonaponskih kondenzatora u
kojima se akumulira energija udarnog generator,
R- otpornost otpornika za podešavanje oblika talas i otpornosti
svih ostalih elemenata kola,
IO - ispitivani objekat, najčešće odvodnik prenapona,
RZ - zaštitni otpornik za punjenje kondenzatora,
SI - sferno iskrište koje služi za okidanje strujnog udarnog
generator,
D – visokonaponska dioda za ispravljanje naizmeničnog napona u
jednosmerni,
L – induktivnost prigušnicei svih ostalih elemenata strujnog
udarnog generator,
-
RŠ – otpronik, šant za merenje udarnih struja, sa koga se pad
napona dovodi na merni instrument
kojim se registruje talasni oblik struje.
3. Princip rada
Vreme čela talasa se izračunava po formuli:
8,0
12 ttTc−
=
gde su vremena t1 i t2 ona vremena koja odgovaraju tačkama u
kojima je vrednost napona na
čelu talasa 10% odnosno 90% od maksimalne vrednosti udarnog
talasa. Vreme začelja talasa tz
je vreme koje odgovara tački, na začelju talasa, u kojoj je
vrednost napona 50% od
maksimalne vrednosti udarnog talasa.
Slika 2: Određivanje parametara
5. Rezultati merenja
Odrediti parametre udarnog naponskog generatora sa dva snimka na
digitalnom osciloskopu
očitavanjem potrebnih velicina (t1, t2, tz, U10, U90, U50) prema
datim jednačinama. Skicirati
talasne oblike. Zadate vrednosti izracunati a tražene grafike
nacrtati na milimetarskom papiru.
-
6. Simulacija
U programskom alatu Matlab potrebno je formirati Simulink model
koji će simulirati talas
dvostepenog udarnog naponskog generatora. Takođe je potrebno
napisati kod koji rešava sistem
jednačina zamenske šeme udarnog naponskog geneartora, a kao
rezultat iscrtava prenaposnki
talas i izračunava vremena čela i začelja.
Slika 3 – Simulink model udarnog strujnog generator
Slika 4 – Odziv Simulink modela
-
-1 0 1 2 3 4 5
x 10-5
-15
-10
-5
0
5
10
Slika 5 – Snimljeni odziv modela udarnog strujog generator u
laboratoriji
Potrebna funkcoija koja formira sistem od 2 diferencijalne
jednačine: function dy = sistem(t,y) global C R L
dy = zeros(2,1); % a column vector % Uo=y(1); Il=y(2)
dy(1)=1/C*y(2); dy(2)=-y(1)/L-R/L*y(2); end
Potreban model udarnog strujnog generator koji iscrtava odziv
kola i određuje vreme čela i
začelja: % Model udarnog strujnog generatora R=0.995;
L=12.24e-6; C=3.98e-6;
global C R L pol [T,Y] =
ode45(@sistem,[0:10^(-8):80*10^(-6)],[10000 0]);
if Y(10,2)>0 pol=1; else pol=-1; end;
if pol==1
-
Imax=max((Y(:,2))) %amplituda struje na opterecenju
I1=min(Y(:,2))
for i=1:length(T) if (Y(i,2)>(0.1*Imax)) break end end
t10=T(i); I10=Y(i,2); for j=1:length(T) if (Y(j,2)>(0.9*Imax))
break end end t90=T(j); I90=Y(j,2);
t0=((I90-I10)/(t90-t10)*t10-I10)*((t90-t10)/(I90-I10)); Tc=t90-t0;
%Vremenska kostanta cela for j=1:length(T) if (Y(j,2)==(Imax))
break end end for k=j:length(T) if (Y(k,2)
-
t90=T(j); I90=Y(j,2);
t0=((I90-I10)/(t90-t10)*t10-I10)*((t90-t10)/(I90-I10)); Tc=t90-t0;
%Vremenska kostanta cela for j=1:length(T) if (Y(j,2)==(Imax))
break end end for k=j:length(T) if (Y(k,2)>(0.5*Imax)) break end
end t50=T(k); I50=Y(k,2); Tz=t50-t0; %Vremenska kostanta zacela Tc
Tz plot(T,Y(:,2),'-'); hold on;grid on; plot(t10,I10,'*');
plot(t90,I90,'*'); plot(t50,I50,'*'); plot(t0,0,'*'); hold off;
end
Slika 6 – Formiran GUI model za variranje parametara
generator
-
Kod koji simulira analitički odabir parametara L i C: x=[0 0.2
0.4 0.6 0.8];%stepen prigusenja R/Rap iprim=[0.9 0.49 0.22 0.05
0];%i1/im u funkciji od X miprim=[0.9 0.67 0.52 0.42
0.36];%stepen(im/Im) iskoriscenja u funkciji od X gprim=[2.1 2.3
2.6 3 3.4];%g(TR/TS-vreme zacelja/vrema cela) u funkciji od X
hprim=[0.79 0.91 1.04 1.15 1.27];%h(Tk/TS-kruzna vrem konst/vreme
cela) u
funkciji od X %aproksimacija krivih u zavisnosti od stepena
prigusenja X pi=polyfit(x,iprim,2); pmi=polyfit(x,miprim,2);
pg=polyfit(x,gprim,2); ph=polyfit(x,hprim,2); xs=0:0.01:0.8;
is=polyval(pi,xs); mis=polyval(pmi,xs); gs=polyval(pg,xs);
hs=polyval(ph,xs); subplot(221) plot(x,iprim,'o',xs,is)
title('i1/im') subplot(222) plot(x,miprim,'o',xs,mis)
title('mi=im/Im') subplot(223) plot(x,gprim,'o',xs,gs) title('g')
subplot(224) plot(x,hprim,'o',xs,hs) title('h')
X=0.6; %stepen prigusenja
TSn=4e-6;%vreme cela Slika 7 – Formiran GUI model za analitički
proračun
TRn=10e-6;%vreme zacela im=120e3;%maksimalna vrednost struje
Cn=2e-6;%jedinica kapaciteta U=100e3;%napon punjenja
%ocitavanje vrednosti sa grafika
i=polyval(pi,X) mi=polyval(pmi,X) g=polyval(pg,X)
h=polyval(ph,X)
gn=TRn/TSn; kor=(g-gn)/(g+gn)*100; TS=TSn*(1-kor/100)
TR=TRn*(1+kor/100) Tk=h*TS C=(im*Tk)/(U*mi) n=fix(C/Cn) L=(Tk)^2/C
provera=U/sqrt(L/C)*mi
-
Slika 8 – Formiran model USG u programskom alatu ATP-draw i
njegov odziv
