Budowa transformatorów probierczych - "Kris"
advertisement
Wykład dla studentów II roku MSE Kraków, rok ak. 2006/2007 Przesył Energii Elektrycznej i Technika Zabezpieczeniowa Źródła wysokich napięć przemiennych Marcin Ibragimow 2 Typy laboratoriów WN Źródła wysokich napięć przemiennych Do wytwarzania napięć probierczych przemiennych służą zespoły probiercze, które składają się z trzech podstawowych członów: Zasilającego (sieć zasilająca lub generator), Regulacyjnego (TR), Probierczego (TP). Up Człon zasilający Człon regulacyjny Rys.1 Schemat blokowy zespołu probierczego Up Podstawowe parametry zespołu to: Napięcie znamionowe [Un], Moc znamionowa [Pn], Napięcie zwarcia [Uz], Moc zwarciowa [Pz]. Człon probierczy Typy laboratoriów WN Źródła wysokich napięć przemiennych Napięcie znamionowe Un Najwyższa wartość napięcia, jaką można uzyskać z zespołu. Moc znamionowa Pn Iloczyn napięcia i prądu, który może być pobierany z zespołu po stronie wysokiego napięcia bez jego uszkodzenia. Napięcie zwarcia zespołu Uz Napięcie panujące na zaciskach wejściowych przy zwartych zaciskach wyjściowych i przy znamionowym prądzie płynącym w obwodzie wysokiego napięcia. Moc zwarciowa Pz Zależy od reaktancji zespołu, żąda się by była możliwie jak największa, co wynika z konieczności zapewnienia dopływu do kanału iskrowego (przeskok, przebicie) odpowiedniej ilości ładunku, by poźniej przekształcić go w kanał łukowy. 3 4 Człon probierczy Budowa transformatorów probierczych Uzwojenie pierwotne, Uzwojenia wysokiego napięcia (warstwowe bądź cewkowe), Uzwojenie kompensacyjne, Kadź wykonana z tulei izolacyjnej bądź z metalu. Rys.2 Transformator w kadzi izolacyjnej Rys.3 Transformator probierczy ze środkiem uzwojenia wysokiego napięcia. 5 Człon probierczy Cechy charakterystyczne transformatorów probierczych Znacznie mniejsza moc niż transformatorów energetycznych, Większa przekładnia, Przystosowane do pracy krótkotrwałej, co wpływa na łagodniejsze ich nagrzewanie się. Rys.4 Transformator TP 110 w kadzi izolacyjnej Rys.5 Transformator TP 750 w kadzi metalowej połączonej ze środkiem uzwojenia wysokiego napięcia Elementy obwodów probierczych probierczych Układy połączeń transformatorów Dwa podstawowe układy transformatorów probierczych: Symetryczny, Niesymetryczny (w zależności od sposobu ich zasilania): • szeregowy, • kaskadowy, • równoległo – kaskadowy. W układzie symetrycznym stosowanym do badania izolacji międzyfazowej, obydwa bieguny uzwojenia wysokiego napięcia transformatora są wyprowadzone, a środek uzwojenia uziemiony lub nieuziemiony lecz połączony z rdzeniem lub obudową. W układzie niesymetrycznym stosowanym do badania izolacji fazowej, jeden biegun uzwojenia wysokiego napięcia transformatora jest wyprowadzony, a drugi połączony z rdzeniem, obudową i uziemiony. 6 Układy niesymetryczne transformatorów probierczych Układ szeregowy W układzie tym, każdy z transformatorów probierczych zasilany jest oddzielnie poprzez specjalne transformatory izolacyjne (IT) o przekładni 1:1 i takiej samej mocy. Uzwojenia wysokiego napięcia połączone są ze sobą szeregowo, co na wyjściu daje sumę napięć transformatorów probierczych. Rys.6 Schemat połączenia szeregowego trzech transformatorów probierczych: T – transformator probierczy, IT – transformator izolacyjny, U – wartość napięcia szczytowego, WN – wysokie napięcie 7 Układy niesymetryczne transformatorów probierczych Układ kaskadowy W układzie tym, zasilanie uzwojenia pierwotnego każdego kolejnego transformatora probierczego następuje z transformatora poprzedzającego, który do tego celu wyposażony jest w uzwojenie pomocnicze, umieszczone w pobliżu uzwojenia wysokiego napięcia i galwanicznie z nim połączone. Rys.7 Schemat połączenia kaskadowego trzech transformatorów probierczych: 1 – uzwojenie zasilające, 2 – uzwojenie wysokiego napięcia, 3 – uzwojenie pomocnicze, WN – wysokie napięcie 8 Układy niesymetryczne transformatorów probierczych Rys.8 Schemat połączenia kaskadowego dwóch transformatorów probierczych, tzw. 2-stopniowa kaskada transformatorów probierczych 250 kV 9 Przepięcia w transformatorach probierczych 10 Przepięcia w zależności od mechanizmu powstawania można podzielić na: Przepięcia wysokiej częstotliwości, Przepięcia niskiej częstotliwości. Przepięcia wysokiej częstotliwości, to drgania o f=10÷100 MHz, i amplitudach osiągających 1,5-krotną wartość napięcia przeskoku. Źródłem tych drgań jest rozładowanie się pojemności doziemnej Cd poprzez indukcyjność połączeń z badanym obiektem. Ograniczenie tego typu przepięć stosuje się przez zastosowanie opornika Ro, jak pokazano na rys. 9. Rys.9 Opornik tłumiący 8kΩ, 2250 kV Przykładowe hal laboratoryjnych Przepięcia wwymiary transformatorach probierczych 11 Przepięcia niskiej częstotliwości, to drgania występujące w układzie pojemność doziemna Cd transformatora probierczego i jego reaktancja zwarciowa. Po zgaśnięciu łuku na badanym obiekcie, energia pola magnetycznego zgromadzona w indukcyjności rozproszenia zmienia się w energię pola elektrycznego. Drgania, które się pojawiają mają częstotliwość f=150÷500 Hz. Ograniczenie tego typu przepięć stosuje się poprzez zmniejszenie napięcia probierczego do np. 0,75Un. Człon regulacyjny 12 Człon regulacyjny powinien: Zapewnić odpowiednią płynność podnoszenia napięcia, Zapewnić odpowiednią prędkość podnoszenia napięcia. Regulacja drobnymi skokami nie powinna przekraczać 0,5% wartości napięcia probierczego. Większe skoki mogą powodować zakłócenia przepięciowe. Wymaga się aby prędkość podnoszenia napięcia probierczego nie była mniejsza od 2% Up/s. Urządzenia służące do regulacji napięcia: Transformatory regulacyjne ze szczotką przeskakującą ze zwoju na zwój, Transformatory Thoma, Transformatory z przesuwanym rdzeniem, Przetwornice elektromaszynowe. Człon regulacyjny 13 Transformatory regulacyjne ze szczotką przeskakującą ze zwoju na zwój, wykorzystywane są napięciach wzbudzenia transformatorów probierczych nie przekraczających 500 V i mocach do 100 kVA. Mają one wydzielone uzwojenia regulacyjne, a szczotki są zbudowane z grafitu (materiał o zwiększonej oporności). Napęd szczotek najczęściej ręczny. Rys.10 Schemat zastępczy transformatora regulacyjnego z ruchomą szczotką Człon regulacyjny 14 Transformatory Thoma posiadają uzwojenie regulacyjne które obraca się wokół własnej osi, a szczotka z nim związana ślizga się w górę lub w dół. Drugi koniec uzwojenia połączony jest z pierścieniem ślizgowym i nieruchomą szczotką. Moc transformatorów Thoma nie przekracza 400 kVA, a napięcie znamionowe 500 V. Rys.11 Schemat zastępczy transformatora regulacyjnego Thoma: 1 – uzwojenie wzbudzające, 2 – uzwojenie regulacyjne, 3 – szczotka ruchoma, 4 – szczotka nieruchoma z pierścieniem ślizgowym Człon regulacyjny 15 Transformatory z przesuwanym rdzeniem przeznaczone są na większe moce (ponad 1 MVA) i napięcia znamionowe (do 10 kV). Są one podstawowymi członami regulacyjnymi w zespołach probierczych dużych mocy i bardzo wysokich napięć. Środkowa kolumna rdzenia ma żłobki, w których umieszczone jest uzwojenie regulacyjne. Może ono przesuwać się względem bocznych kolumn. Uzwojenia pierwotne są ułożone przeciwsobnie, tak że strumienie są przeciwne. W położeniu górnym kolumny napięcia uzwojeń dodają się, w środku jest równe napięciu wzbudzenia, a w dolnej części odejmują się. Rys.12 Schemat zastępczy transformatora regulacyjnego z przesuwanym rdzeniem: 1 – uzwojenia wzbudzające, 2 – uzwojenie regulujące Laboratorium WN pojemnościowych Instytutu Energetyki Warszawie Kompensacja prądów w zespolew probierczym 16 Kompensację prądów pojemnościowych w zespole probierczym stosuje się gdy w obwodzie transformatora na biegu jałowym mogą płynąć znaczne prądy związane z pojemnościami doziemnymi uzwojeń, izolatora przepustowego, dzielnika pomiarowego, pojemności dodatkowej. W wyniku strat Joula-Lenz’a uzwojenia nagrzewają się, a także dodatkowe urządzenia. W celu odciążenia zespołu stosuje się dławik kompensacyjny włączany równolegle do uzwojenia wzbudzającego. Rys.13 Schemat układu przedstawiającego włączenie dławika kompensacyjnego Układy rezonansowe 17 Układy rezonansowe stosuje się przede wszystkim przy próbach izolacji długich odcinków kabli elektroenergetycznych, w których pojemności są bardzo duże. Do badań zatem żąda się żeby moce zespołów probierczych były bardzo duże. Moc zespołów można ograniczyć stosując do prób napięciowych układy: Rezonansu szeregowego, Rezonansu równoległego. Laboratorium WN Instytutu Energetyki w Warszawie Rezonans szeregowy ω⋅L Q= 18 Jeżeli przyjąć, że dobroć dławika R , gdzie R jest jego opornością czynną, a tgδ jest współczynnikiem stratności badanego obiektu to w przypadku rezonansu szeregowego (napięć), napięcie źródła: U0 = U p ⋅ 1 + Q ⋅ tgδ Q ⋅ 1 + tg δ 2 U0 = Up Q Rys.14 Układ probierczy wykorzystujący zjawisko rezonansu szeregowego 19 Rezonans równoległy Q= ω⋅L Jeżeli przyjąć, że dobroć dławika R , gdzie R jest jego opornością czynną, a tgδ jest współczynnikiem stratności badanego obiektu to w przypadku rezonansu równoległego (prądów), prąd dopływający ze źródła: i0 = ic 1 + Q ⋅ tgδ ⋅ Q Q ⋅ 1 + tg 2δ i0 = ic Q Rys.15 Układ probierczy wykorzystujący zjawisko rezonansu równoległego Napięcia Dławik oprobiercze regulowanej indukcyjności Rys.16 Dławik regulacyjny: 1 – uzwojenie WN, 2 – stelaż, 3 – część ruchoma rdzenia, 4 – szczelina powietrzna, 5 – układ napędowy, 6 – prowadnica, 7 – cylinder stalowy, 8 – cylinder izolacyjny 20 Dławik o regulowanej indukcyjności Rys.17 Dławik na napięcie 600 kV, 2A 21 Dziękuję za uwagę !!!
