Laboratoare - supratensiuni în rețelele electrice

LUCRAREA Nr. 1

PRODUCEREA ŞI MĂSURAREA

TENSIUNILOR ÎNALTE ALTERNATIVE

1. Consideraţii generale

Tensiunile înalte alternative de frecvenţă industrială se obţin, de regulă, cu ajutorul transformatoarelor ridicătoare monofazate(transformatoare de încercare). Proiectarea şi construcţia lor este similară cu a transformatoarelor de putere.

Utilizarea lor la încercarea izolaţiei echipamentului electric de înaltă tensiune impune însă să posede unele caracteristici deosebite faţă de transformatoarele de putere, printre care menţionăm:

1 – curentul de scurtcircuit pe partea de înaltă tensiune trebuie să fie suficient de mare (1 A pentru încercarea izolaţiei uscate, 3 A pentru încercarea izolaţiei poluate sau sub ploaie) pentru a produce un defect vizibil în izolaţia încercată şi pentru a evita apariţia unor supratensiuni în cazul arderii intermitente a arcului în canalul descărcării;

2 – tensiunea de scurtcircuit trebuie să aibă o valoare cât mai mică pentru a se asigura valoarea cerută pentru intensitatea curentului şi pentru reducerea căderilor de tensiune interne, respectiv reducerea tensiunii disponibile pe obiectul de încercat;

3 – tensiunea furnizată să fie practic sinusoidală, conţinutul de armonici admis fiind de maximum 2 – 5 %.

Pentru tensiuni de câteva sute de KV, se folosesc transformatoare de încercare într-o singură unitate, dar, deoarece o dată cu creşterea tensiunii nominale creşte şi gabaritul transformatorului, la tensiuni mai înalte este mai avantajos a folosi transformatoare de încercare în cascadă.

În paragrafele I.1, I.2 şi I.5 sunt prezentate principalele instalaţii de încercare cu tensiune înaltă alternativă existente în laborator.

Pentru măsurarea tensiunilor înalte alternative se cunosc mai multe procedee. Acestea se pot împărţi în metode directe şi indirecte.

Primele sunt cele la care dispozitivul de măsură, dimensionat corespunzător se conectează direct la înaltă tensiune. Dintre acestea se vor folosi în laborator eclatorul cu sfere(vezi I.11) şi kilovoltmetrul electrostatic (vezi I.12). Metodele indirecte folosesc dispozitive intermediare cu ajutorul cărora se obţine reducerea tensiunii înalte până la valori care pot fi măsurate cu instrumente de joasă tensiune. Printre aceste metode menţionăm următoarele:

a) Măsurarea valorii efective a tensiunii alternative folosind raportul de transformare al transformatorului

Dacă raportul de transformare este definit ca raportul tensiunilor secundară şi primară la funcţionarea la gol k = U20/U10, atunci cunoscându-se acest raport şi măsurându-se tensiunea joasă primară se poate determina tensiunea înaltă secundară. Evident, metoda poate fi utilizată fără a rezulta erori mari numai în cazul funcţionării transformatorului la gol şi eventual în sarcină redusă.

b) Măsurarea tensiunii alternative înalte cu ajutorul divizoarelor de tensiune şi voltmetrelor de joasă tensiune

Divizorul de tensiune este un dispozitiv care reduce valoarea tensiunii înalte de măsurat, fără a-i afecta forma, până la o mărime posibil de măsurat, cu un instrument de joasă tensiune. În funcţie de tipul acestui instrument se poate măsura valoarea de vârf sau efectivă a tensiunii. Divizoarele folosite la măsurarea tensiunilor înalte sunt alcătuite, de regulă, dintr-un lanţ de rezistoare, condensatoare sau combinaţii ale acestora, având un capăt conectat la tensiunea de măsurat iar celălalt la pământ.

Principial, divizorul de tensiune prezenta ca fiind format din două impedanţe înseriate Z1 şi Z2 (fig. 1). Impedanţa Z1 reprezintă braţul de înaltă tensiune, pe ea repartizându-se cea mai mare parte a tensiunii de măsurat, iar Z2 – braţul de joasă tensiune al divizorului, la care se conectează instrumentul de măsură, cel mai adesea un voltmetru sau un osciloscop catodic. Impedanţa de intrare a instrumentului de măsură trebuie să fie suficient de mare pentru a nu modifica raportul de divizare care se defineşte ca fiind:

(1)

În funcţie de elementele de circuit folosite în realizarea constructivă a divizoarelor se deosebesc următoarele tipuri: rezistiv (fig. 2.a), capacitiv (fig. 2.b), mixt paralel (fig. 2.c) şi mixt serie (fig. 2.d). Divizorul rezistiv, realizat în mod obişnuit prin bobinarea antiinductivă, pe un suport electroizolant cilindric, a unui conductor cu rezistivitate mare, nu este indicat a fi folosit la măsurarea tensiunilor alternative din cauza erorilor, atât în amplitudine, cât şi în fază, introduse de prezenţa capacităţilor parazite între elementele constructive ale divizorului şi pământ sau obiectele legate la pământ.

Lab 1-9