Villamos kapcsolókészülékek BMEVIVEA336

Villamos kapcsolókészülékek

BMEVIVEA336

Szigetelések feladatai, igénybevételei

A villamos szigetelés feladata: Az üzemszerűen vagy időszakosan különböző potenciálon lévő vezető részek (fém alkatrészek – elektródok) egymástól való elszigetelésére, egymáshoz való térbeli helyzetük rögzítése.

-Szilárd szigetelőanyag nélkül nincs szigetelés -Igénybevételek

A szigetelés jelentősége Pl. műanyag szigetelésű kábel esetén Névleges fesz. [kV]

A szigetelés anyag és gyártási költsége a teljes ár %-ában (kb.)

10

10

20

15

35

20

120

38

A tudatos tevékenységhez ismernünk kell:

• A szigetelőanyagokban lejátszódó folyamatokat • Az üzem és a gyártás során fellépő igénybevételeket • A szigetelések ellenőrzésének módszereit

A szigeteléseket érő igénybevételek

• Villamos igénybevételek • Hőigénybevétel • Mechanikai igénybevétel • Környezeti igénybevételek

Villamos igénybevételek

Átütés

Átívelés

Részkisülés

Szigetelések típusai

Beágyazott típusú szigetelés


Támszigetelő típusú szigetelés


Részben beágyazott típusú szigetelés

A szigeteléseket igénybe vevő feszültségek • névleges feszültség • üzemi feszültség • tartós túlfeszültségek • kapcsolási vagy belső túlfeszültségek • légköri túlfeszültségek

A szigeteléseket érő túlfeszültségek

Próbafeszültségek

•Ipari frekvenciájú próbafeszültség •Lökőhullámú próbafeszültség •Kapcsolási hullámú próbafeszültség

A szigetelés próbafeszültségei Upr

Lökőhullámú

Kapcsolási hullámú Ipari frekvenciájú próbafeszültség

Szigetelési feszültségszintek koordinálása (MSZ 9250) Belső túlfeszültségek (≤ 220 kV) El kell tudni viselnie a berendezésnek Légköri túlfeszültségek Veszélyeztetett berendezések (szabadvezetékek berendezései) Nem veszélyeztetett berendezések (kábelhálózatok berendezései)

Védőeszközök!

A koordinált feszültségszintek viszonya

Biztonsági tényező b = szigetelési szint / védelmi szint

A:

3…35 kV

b = 1,4 (1,2)

B:

120…220 kV

b = 1,4…1,2

C:

≥ 400 kV

b = 1,1…1,2

Hálózatok koordinációja A:

3…35 kV

közvetve földelt csp. tartós ip. fr-ájú túlfesz. Upr~

B:

120…220 kV mereven földelt csp. Upr lökő

C:

≥ 300 kV

Upr kapcsolási

Transzformátorszigetelés koordinációja Un kV

Upr~/Un

Uv/Un

Usz/Un

10

2,8

4,35

7,5

20

2,5

4,3

6,25

35

2,29

4,17

5,43

120

1,92

3,33

4,58

220

1,8

2,95

4,1

400

1,58

2,75

3,56

Védőeszközök

•Túlfeszültség-levezető •Oltócső •Koordináló szikraköz

Túlfeszültség-levezető


Szikraközös túlfeszültséglevezető helyettesítő kapcsolása és potenciáleloszlása


Szilíciumkarbid ellenállás áram-feszültség jelleggörbéje


Cinkoxid ellenállás áram-feszültség jelleggörbéje

Oltócső szerkezete

Koordináló szikraközök és ívvédő szerelvények

Mechanikai igénybevételek • külső erők • elektrodinamikus erőhatások • rázás, súrlódás • egyenlőtlen hőtágulás • gyártáskor, szereléskor kapott erőhatások

KÖSZÖNÖM A FIGYELMET!


BMEVIVEA336

A villamos igénybevételre méretezés alapjai

U→E Emax = f(U, geometria) Emegengedett Eüt Emax ≤ Emegengedett = Eüt/ b

A biztonsági tényező látható biztonság: Upr / Uüz látszólagos biztonság: Uüt méretezési / Uüz

valódi biztonság: Uüt / Uüz

A biztonsági tényező ipari frekvencián:

b:

lökőfeszültségen:

l:

lökési tényező: l=

E1 2 Eütváltó

gáz folyadék szilárd gáz folyadék szilárd

1,2 … 2,0 1,5 … 3,0 2,0 … 5,0 1 … 1,5 1 … 2,0 2 … 3,0

Vákuumban rot E = 0 div D = ρ D = ε0 E ε0 = 8,859 10-12 As/Vm J=0

Szigetelőanyag esetén D = ε0εE J = γE div(J + ∂D/ ∂t) = 0 dW/dV = 1/2 ED

Az elektrosztatika Gauss-tétele div D = ρ

∫ div D dV = ∫ ρ dV V

V

∫ div D dV = ∫ D dA

∫ ρ dV = Q

V

V

A

∫ D dA = Q A

Az eltolás szemléltetése

A térerősség és az erőhatás

E = D / ε0ε → E = Q / A ε0ε = Q / 4 πεε0r2 F=Eq F = k Qq / r2

COULOMB-törvény

Energia és potenciál

dW = -qE dx A

WAB = − q ∫ E dx B


WAB = WA - WB A

WAB = − q∫ Edx = qU B

A

U AB = W / q = − ∫ E dx B


A

U AB = W / q = − ∫ E dx B

E = - dU/dx = - grad U E = - (∂U/ ∂x i + ∂U/ ∂y j + ∂U/ ∂z k) [E] = V / m

Laplace-Poisson egyenlet

D = ε0εE = - ε0ε grad U - ε0ε div grad U = ρ

∆U = - ρ/ε0 ε

Síkkondenzátor

DA = Q E = Q / ε0ε A UAB = Q / (ε0εA) ∫ dx = Q a / ε0εA Q = ε0εA U / a

Síkkondenzátor kapacitása Q=

εε 0 A a

U

Q = CU

C=

εε 0 A a

Síkkondenzátor kapacitása

C=

εε 0 A a

[C] = As / V = F (farad)

E=U/a

Kondenzátor energiája dW = U dQ dQ = C dU dW = C U dU U

1 W = ∫ CU dU = C U 2 2 0

Kondenzátor energiája Ez a k ép most nem jeleníthető meg.

1 W = CU2 2

C=

εε 0 A a

és U = Ea

1 W = εε 0 E 2 V 2

1 W = D EV 2

Pontszerű töltés erőtere

Pontszerű töltés erőtere

Gauss tv.:

∫ D dA = Q A

D 4 x2 π = Q

Q

1 E= 4 π εε 0 x 2

Potenciál: x

Q

R

dx U = − ∫ E dx = 2 ∫ 4 π εε x 0 x R 1 1  U=  −  4 π εε 0  x R  Q

R→h

Q U= 4 π εε o x 1

Pontszerű töltésekre visszavezethető erőterek

Adott:

U, geometria

Kérdés: E, ha rb ≤ x ≤ rk 1 1  U=  −  4 π εε 0  x R  Q

1 1  −  U= 4 π εε 0  rb rk  Q

Q

1 E= 4 π εε 0 x 2

rk rb Q = 4 π εε 0 U rk − rb

rk rb 1 E(x) = U rk − rb x 2

Emax

(Q = C U )

1 rk = U rk − rb rb

Végtelen hosszú egyenes vonaltöltés erőtere

Végtelen hosszú egyenes vonaltöltés erőtere

Gauss tv.:

∫ D dA = Q A

D 2π x l =Q

Q

1 E= 2 π εε 0 l x

Potenciál: x

U = − ∫ E dx R

R→h

Q

x

dx Q R U= − = ln ∫ 2 π εε 0 l R x 2 π εε 0 l x

Értelmetlen!

Végtelen egyenes vonaltöltésre visszavezethető erőterek

Adott:

U, geometria

Kérdés: E, ha rb ≤ x ≤ rk Q

R U= ln 2 π εε 0 l x  R R  ln − ln  U= 2 π εε 0 l  rb rk 

Q

Q

U 1 E ( x) = = 2 π εε 0 l x x ln rk rb

1 Q = U 2 π εε 0 l rk ln rb Emax =

U rk rb ln rb

(Q = C U )

Végtelen kiterjedésű töltött sík

Végtelen kiterjedésű töltött sík

Gauss tv.:

∫ D dA = Q A

D A=Q

E=

Potenciál: x

U = − ∫ E dx = a

Q

εε o A

(a − x )

Q

εε 0 A

Több pontszerű töltésből álló rendszer

UP =

1 4 π εε o

n

∑ i =1

Qi dpi

Több pontszerű töltésből álló rendszer

U AB

 1 1   = Qi  − ∑ 4 π εε o i =1  dAi dBi  1

n

Erőterek többféle szigetelőanyaggal

∫ D dA = Q A

D1 = D2 D = ε0εE E1 ε 2 = E 2 ε1


E1 = E2


E1t = E 2t

és

E1n ε 2 = E 2n ε1

tg α1 E1t E 2 n ε 1 = = tg α 2 E1n E 2t ε 2

Keresztirányú hengeres rétegezés

Q

R U= ln 2 π εε 0 l x

U AB

Q  1 r1 1 r2 1 rB   ln + ln + ln  = 2πε ol  ε 1 rA ε 2 r1 ε 3 r2 

Keresztirányú rétegezés

Q = C1∆U1 = C2 ∆U 2 = C3∆U 3 = ... = Cer ∆U er

Két közös tengelyű henger rétegezett szigeteléssel

Q = C1∆U1 = C2 ∆U 2 = C3∆U 3 = Cer ∆U er

Szigetelések gazdaságos kihasználása

Szigetelések gazdaságossága

bx = Uüt / Ux

Szigetelés gazdaságossága

• Szigetelés és a villamos gép ára • Szigetelés üzembiztonsága • Szigetelés élettartama

Biztonsági tényező

• Nem a vizsgált anyagot építjük be • Előre nem látható igénybevételek • Labormérés körülményei eltérnek az üzemitől • Gazdaságosság

Névleges feszültség

Műanyagszigetelésű kábelek árában a szigetelésre jutó részarány

10 kV

10 %

20 kV

15 %

35 kV

20 %

120 kV

38 kV

Szigetelés kihasználtsága

Akkor jó, ha minden pontban Eüzemi = Emegengedett Ez a gyakorlatban lehetetlen!

Szigetelések jobb kihasználtságát elősegítő módszerek 1) Kedvező alaptípus választása


Beágyazott típusú szigetelés


Támszigetelő típusú szigetelés


Részben beágyazott típusú szigetelés

Szigetelések jobb kihasználtságát elősegítő módszerek 1)Kedvező alaptípus választása 2)Jól számítható elrendezés 3) Hengeres erőtérben: -optimális sugárarány választása - rétegzés

A legjobb kihasználás feltétele pontszerű töltésre visszavezethető erőtérben

E max

1 rk = U rk − rb rb

U = E max

'

U = E max

rk = 2rb

1 rb (rk − rb ) rk

rk = áll

/’rb

1 [rk − rb + rb (−1)] rk

E max rk2 = 2 =4 E min rb

A legjobb kihasználás feltétele hengeres erőtérben

U = E max

rk rb ln rb

U' = 0 rk =e rb

E max rk = =e Emin rb

rk = áll

A szigetelések jobb kihasználását elősegítő módszerek

E ε r = állandó


4)Homogén erőtérben: NE legyen rétegzés


Példa:

asz= 4 mm εsz= 5 alev= 0,2 mm εsz= 1 Un= 10,5 kV

Un U= = 6 kV 3

Elev = U

ε sz a sz ε lev + a lev ε sz

= 60 kV/ cm > Eüt lev = 52,5 kV/ cm


Megoldás: U

6 kV E sz = = = 15 kV/cm asz 4 mm

Eüt sz = 240 kV/cm Eüt sz >> Esz


4) Homogén erőtérben: NE legyen rétegzés 5) Gáz v. folyékony szigetelésben: burkolat a burkolat lehet: - szigetelő: εburkolat > εkörnyezet - fém:

cél a görbületi sugár növelése

Nagy görbületű elektródok burkolása szigetelőanyaggal

Nagy görbületű elektródok burkolása fémmel (árnyékolás)


4) Homogén erőtérben: NE legyen rétegzés 5) Gáz v. folyékony szigetelésben: burkolat 6) Rövid idejű túlfeszültségek elleni védelem: - válaszfal (mindig szigetelő) - ernyő (fém vagy szigetelő)

Válaszfal

Válaszfal

Ernyő


4) Homogén erőtérben: NE legyen rétegzés 5) Gáz v. folyékony szigetelésben: burkolat 6) Rövid idejű túlfeszültségek elleni védelem 7) Részben beágyazott alaptípus esetén a)Átalakítása beágyazottá b) Felület bevonása csökkentett ellenállású réteggel

Felületi térerősség csökkentése nagyellenállású vezetőréteggel


4) Homogén erőtérben: NE legyen rétegzés 5) Gáz v. folyékony szigetelésben: burkolat 6) Rövid idejű túlfeszültségek elleni védelem 7) Részben beágyazott alaptípus esetén a)Átalakítása beágyazottá b) Felület bevonása csökkentett ellenállású réteggel c) Potenciálvezérlő elektródok beépítése

Felületi térerősség csökkentése fóliaelektródok beépítésével


4) Homogén erőtérben: NE legyen rétegzés 5) Gáz v. folyékony szigetelésben: burkolat 6) Rövid idejű túlfeszültségek elleni védelem 7) Részben beágyazott alaptípus esetén a)Átalakítása beágyazottá b) Felület bevonása csökkentett ellenállású réteggel c) Belső potenciálvezérlő elektródok beépítése d) Külső potenciálvezérlő elektródok beépítése (végelzáró)

Felületi térerősség csökkentése kúpos potenciálvezérlő elektródokkal



BMEVIVEA336

A szigetelésekben végbemenő fizikai folyamatok

Villamos jelenségek szigetelőanyagokban Villamos jelenségek

Nagy térerősségek esetén

Átütés, átívelés

Kis térerősségek esetén

Vezetés

Polarizáció

Vezetés

Szigetelőanyagok villamos vezetése

J γ= E γ: fajlagos vezetőképesség, 1/ Ωcm ρ: fajlagos (térfogati) ellenállás, Ωcm

Szigetelőanyagok villamos vezetése • Vezetés gázokban

I.

arányos szakasz

II. telítési szakasz III. elektron lavina

(A = 100 cm2, a = 1 cm, homogén erőtér)

Vezetés gázokban Töltéshordozók: elektronok, ionok Nagy a külső ionozó hatások szerepe N = 103…104 ion/cm3 Normál levegőben: E = 10 V/cm → j = 10-15…10-16 A/cm2

Szigetelőanyagok villamos vezetése • Vezetés folyadékokban – Ionos vezetés

dN J = qiδ dt qi: egy ion töltése dN/dt: a térerősség irányába mozgó ionok száma egységnyi idő alatt

Vezetés folyadékokban Töltéshordozók: ionok Fajlagos vezetőképesség:

γ = Ae-B/T

ahol: A, B: anyagtól függő állandók T: hőmérséklet, K

γ = γ oe

a (ϑ −ϑo )

szigetelő folyadékok esetén: γ < 10-6 1/Ωcm

Szigetelőanyagok villamos vezetése • Vezetés folyadékokban – Disszociáció

Szigetelőanyagok villamos vezetése

• A vezetés térerősségfüggése – a.) technikai tisztaságú – b.) extrém tisztaságú

Szilárd szigetelőanyagok villamos vezetése • Vezetés kristályos anyagokban – a.) lyukvezetés telített kristályban – b.) ionvezetés telítetlen kristályban – c.) ionvezetés metastabil helyek útján

Szilárd szigetelőanyagok villamos vezetése

• Vezetés amorf anyagokban – Nincs általános összefüggés – Hasonló a folyadékokéhoz

Szilárd szigetelőanyagok villamos vezetése Töltéshordozók: ionok Fajlagos vezetőképesség:

γ = Ae-B/T

ahol: A, B: anyagtól függő állandók T: hőmérséklet, K Fajlagos vezetőképesség:

γ = aebE

ahol: a, b: anyagtól függő állandók E: térerősség

Polarizáció

A polarizáció • A polarizáció makro-jellemzői

A polarizáció

Q = Qo + ∆Q = Qsz + Qk Qsz: szabad töltések Qk: kötött töltések

A polarizáció • A polarizáció makro-jellemzői

A polarizáció Q = Qo + ∆Q = Qsz + Qk Q = ε Qsz

Q = Qsz + Qk =

Q ε= Qsz

→ Q

ε

+ Qk

→

 1 Qk = Q1-   ε

Qsz σ sz U Q Q E= = = = = a aC aεε A Aε o ε o o a Q D= =σ A

Qk ⇒ P= =σk A

→

ε oE = σ sz

A polarizáció Q = Qo + ∆Q = Qsz + Qk σ = σ sz + σ k D = εo E + P mivel D = ε εo E

εo E + P = εεo E P = (ε - 1) εo E

A polarizáció M = Qk a = σ k A a = P V

P=M/V

a térfogategységre jutó dipólusmomentum

A polarizáció • A polarizáció fajtái – Elektroneltolódási polarizáció

τ = 10-14 – 10-16 s

A polarizáció • A polarizáció fajtái – Ioneltolódási polarizáció

τ = 10-12 – 10-13 s

A polarizáció • A polarizáció fajtái – Ioneltolódási polarizáció (báriumtitanát)

A polarizáció • A polarizáció fajtái – Hőmérsékleti ionpolarizáció

τ = 10-2 – 10-4 s

A polarizáció

• A polarizáció fajtái – Állandó dipólusok

A polarizáció

• A polarizáció egyéb fajtái – Hőmérsékleti orientációs polarizáció τ = 10-6 – 10-10 s – Rugalmas orientációs polarizáció

τ = 10-10 – 10-13 s

A polarizáció • A polarizáció fajtái – Elektrétek és ferroelektromos anyagok • Báriumtitanát εr hőmérsékletfüggvénye

A polarizáció • A polarizáció egyéb fajtái – Határréteg polarizáció

A polarizáció • A polarizáció egyéb fajtái – Téröltéses polarizáció

A polarizáció • A belső térerősség

A polarizáció • A belső térerősség

A polarizáció • Ion helyváltoztatását meghatározó körülmények

A polarizáció • Hőmérsékleti ionpolarizáció keletkezése

A polarizáció • D eltolás és polarizáció alakulása

A polarizáció • A polarizációs spektrum

Szigetelőanyagok helyettesítő kapcsolása

Ci/Co = ∆εi/ εo

τi = Ri Ci

Szigetelőanyagok helyettesítő kapcsolása

Egyenfeszültségen fellépő jelenségek

Egyenfeszültségen fellépő jelenségek • Jc – kapacitív töltőáram • Jp – polarizációs áram • Jv – vezetési áram


• Jc – kapacitív töltőáram • Jp – polarizációs áram • Jv – vezetési áram

∂D ∂E ∂P J =γE + = γ E + εo + ∂t ∂t ∂t J = Jv + J c + J p

Egyenfeszültségen fellépő jelenségek Abszorpciós (polarizációs) áram a Curie-féle képlet szerint iA = K C U t-n

Egyenfeszültségen fellépő jelenségek 1/R = iA / U = K C t-n

Hogyan definiáljuk a szigetelő ellenállását?

J(t) = Jv + J c (t ) + J p (t )

→

J(t) = Jv + J p (t )

J( 0 ) = Jv + J p (0) = E γ + E β J( ∞ ) = Jv = E γ

→

J( ∞ ) γ= E

β=

Jp( 0 ) E

ohmos vezetőképesség polarizációs vezetőképesség

Egyenfeszültségen fellépő jelenségek 1/R = iA / U = K C t-n

Hogyan definiáljuk a szigetelő ellenállását?

J(t) = Jv + J c (t ) + J p (t )

→

J(t) = Jv + J p (t )

J( 0 ) = Jv + J p (0) = E γ + E β J( ∞ ) γ= E

ohmos vezetőképesség

J( 0 ) - J( ∞ ) J p ( 0 ) = β= E E

polarizációs vezetőképesség

J( ∞ ) = Jv = E γ

→


Egyenfeszültségen fellépő jelenségek A kisülési és a visszatérő feszültség

ohmos vezetőképesség

Mk γ= εo U

Mk a kisülési feszültséggörbe kezdeti meredeksége

polarizációs vezetőképesség

Mv β= εo U

Mv a visszatérő feszültséggörbe kezdeti meredeksége


• A kötött töltések átalakulása szabad töltéssé a rövidzár bontása után

Egyenfeszültségen fellépő jelenségek • Rétegzett szigetelés

Egyenfeszültségen fellépő jelenségek ∂D1 ∂D2 J1 = J 2 ⇒ J v1 + = Jv2 + ∂t ∂t a1E1 + a2 E2 = U

t   γ2 1 − e τ E1 (t ) = U    a1γ2 + a2 γ1 

t -   ε 2 τ + e   aε +a ε  2 1  1 2

t   γ1 1 − e τ E 2 (t ) = U    a1γ2 + a2 γ1 

t -   ε 1 τ + e   aε +a ε  2 1  1 2

 a1ε 2 + a2 ε 1   τ =  a1γ2 + a2 γ1  


t =0

t =∞

E1 (0) ε 2 = ⇒ E 2 (0) ε1

E1 (∞) γ 2 = ⇒ E 2 (∞) γ 1

D1 (0) = D2 (0) J v1 (0) γ 1 ε 2 = >1 J v 2 (0) γ 2 ε 1

D1 (∞) ε 1 γ 2 = <1 D2 (∞) ε 2 γ 1 J v1 (∞) = J v 2 (∞)


Egyenfeszültségen fellépő jelenségek • Rétegzett szigetelőanyag határrétegein keletkező töltések

Váltakozófeszültségen fellépő jelenségek Szigetelőanyag egyszerűsített fazorábrája

Veszteségi tényező:

I w I pw + I v tg δ = = I c I f + I pc

Váltakozófeszültségen fellépő jelenségek Iw tg δ = Ic

Veszteségi tényező

anyag

104 tg δ

csillám

2-5

PE

2–5

trafó olaj

20

porcelán

150

PVC

1000 - 1500

Váltakozófeszültségen fellépő jelenségek Áramsűrűségek fazorábrája

Váltakozófeszültségen fellépő jelenségek S = UI Ic

látszólagos teljesítmény

P = UIw = UI cos ϕ hatásos teljesítmény

Iw

Q = UIc = UI sin ϕ meddő teljesítmény Csak Ic számítható könnyen:

φ

Iw Ic

I c = ωCU

I w = I c tg δ = ω C U tg δ P = ω C U 2 tg δ

dielektromos veszteség

Váltakozófeszültségen fellépő jelenségek Szigetelőanyag vesztesége

dielektromos veszteség

P = ω C U 2 tg δ

fajlagos veszteség

A P = (2πf )(εε o )(a 2 E 2 ) tg δ a P p = = ωεε oE 2 tg δ V p ' p = = ωεε o tg δ E

térfogati veszteségi szám

A dielektromos veszteség homogén erőtérben:

inhomogén erőtérben:

P = pV = p' E 2V

P = ∫ p dV = ∫ p' E 2 dV V

V

Váltakozófeszültségen fellépő jelenségek Példa szigetelőanyag veszteségére a)

f = 50 Hz, ε = 4, tg δ = 50.10-4 p = P / V = 5,6.10-4 W/cm3

b)

f = 1 MHz, ε = 3, tg δ = 25.10-4 p = P / V = 0,42 W/cm3

Váltakozófeszültségen fellépő jelenségek Reális szigetelés gyakorlati helyettesítő kapcsolásai

Párhuzamos helyettesítő kapcsolás

Soros helyettesítő kapcsolás

Váltakozófeszültségen fellépő jelenségek Párhuzamos helyettesítő kapcsolás

U Iv = Rp

és

I c = ω C pU

U/R p 1 Iv tg δ = = = Ic ω C pU ω R pC p U2 P= Rp 2

P = ωC pU tg δ

U2 ⇒ Rp = P P ⇒ Cp = ωU 2 tg δ

Váltakozófeszültségen fellépő jelenségek Soros helyettesítő kapcsolás

U R = IRs

és

U c = I / ω Cs

IRs UR tg δ = = = ω Rs Cs Uc I/ω Cs

2 R

U2

U P= = sin 2 δ Rs Rs

2

2

P = IU R = ωCsU cos δ tg δ

U2 ⇒ Rs = sin 2 δ P

P 1 ⇒ Cs = ωU 2 tg δ cos 2 δ

Váltakozófeszültségen fellépő jelenségek A párhuzamos és soros helyettesítő kapcsolások összehasonlítása

1 Cs = C p cos 2 δ

2

Rs = R p sin δ Mivel δ kicsi, ezért

Rs << R p

cos δ ≈ 1

és

sin δ << 1

Cs ≈ C p

A veszteségi tényező és a dielektromos állandó mérése

Schering híd

Z n Z1 = Z 2 Z x Z1 = R1 1 Z x = Rx + jωC x 1 1 = + jωCa Z 2 R2

1 = jωCn Zn

A veszteségi tényező és a dielektromos állandó mérése

Schering híd

Cn R1 + jωCa R1 = + jωC n R x R2 Cx R1 Cn = R2 C x

⇒

R2 C x = Cn R1

Ca R1 = Cn Rx Rx ω R2Ca = ω R2Cn = ω C x Rx R1

tg δ = ω R2Ca

Kisülési jelenségek

Kisülések Gázokban Szilárd szigetelőanyagokban Folyadékokban

Kisülések alaptípusai

Gázkisülések Térerősség hatására a gázokban folyó áram

Az ütközési ionozás Townsend elmélet Wi: ionizációs energia xi: ionozási út λ: átlagos szabad úthossz α: Townsend tényező

Az ütközési ionozás tényezője levegőben

Elektronlavina

Elektronlavina dn = α n dx

dn / n = α dx

n

x

dn ∫1 n = ∫0 α ( x ) dx x

∫

α ( x )dx

n = e0

n = e αx

n( x ) = n o e

αx

Szekunder katódemisszió

ne = γni+

Önfenntartó kisülés

n(a) = no eαx αx

ni + = n(a ) − no = no (e − 1) αx

n2 = γ ni + = noγ (e − 1)

n2 ≥ no ⇒ γ (eαx − 1) ≥ 1

U-I karakterisztika homogén erőtérben

Paschen-törvény Ez a k ép most nem jeleníthető meg.

Bδa Uü = Aδa ln  1 ln1 +   γ

Paschen-görbe levegőre

Az elektronlavina átalakulása homogén erőtérben

Az elektronlavina által okozott erőtértorzulás

Az anódirányú csatorna fejlődése

A katódirányú csatorna fejlődése

A kisülés fejlődésének képe

Negatív kisülésben keletkező fénylő góc szerkezete

A csatorna végén lévő pamatos kisülés potenciálviszonyai

A csatorna végén lévő pamatos kisülés potenciálviszonyai

elektron lavina:

E > 30 kV/cm ütközési ionozás

pamatos kisülés: E = 5…6 kV/cm ütközési ionozás foto ionozás csatorna kisülés: E ≤ 1 kV/cm foto ionozás hőionozás

A térerősség változása forgási hiperboloid alakú csúcs előtt

Koronakisülés pozitív csúcson

Koronakisülés negatív csúcson

Koronakisülés váltakozó feszültségen

750 kV-os távvezeték térerősségének alakulása

A távvezetéken keletkező koronaveszteség alakulása

A körülmények hatása az átütőfeszültségre Az elektródok alakjának hatása

inhomogenitási tényező:

f = Emax / Eátl

Az átütési térerősség homogén erőtérben

Az átütőfeszültség változása erősen inhomogén erőtérben

A feszültségnövelés meredekségének hatása

Az idő szerepe

Az átütés késése

Az átütés gyakorisága

Az átütés jelleggörbéjének meghatározása lökőfeszültséggel

A polaritás hatása

Kisülések szilárd szigetelőanyagokban

Tisztán villamos átütés kősókristályban



BMEVIVEA336

Nagyfeszültség előállítása

Vizsgálófeszültségek fajtái:

•Váltakozó feszültség, •egyenfeszültség, •aperiodikus feszültséghullám, •nagyfrekvenciás, csillapodó feszültséghullám.

Ipari frekvenciájú váltakozófeszültség előállítása

Próbatranszformátorok

Ipari frekvenciájú váltakozófeszültség előállítása Próbatranszformátor lépcsős felépítésű nagyfeszültségű tekercse:

Lépcsős felépítésű nagyfeszültségű tekercselés, áramirányok feltüntetésével szigetelés

nagyfeszültségű tekercs

kisfeszültségű tekercs

Ipari frekvenciájú váltakozófeszültség előállítása Szigetelés igénybevételének megosztása két félre osztott tekerccsel és félfeszültségen lévő vasmaggal:

Próbatranszformátorok

T1,T2: tápláló tekercs N1,N2: nagyfeszültségű tekercs K1,K2: kiegyenlítő tekercs A vasmagot el kell szigetelni a föld potenciáltól!!!

Ipari frekvenciájú váltakozófeszültség előállítása Szigetelés igénybevételének megosztása két félre osztott tekerccsel és félfeszültségen lévő vasmaggal:

Ipari frekvenciájú váltakozófeszültség előállítása Szigetelő házba épített olajszigetelésű transzformátor:

Ipari frekvenciájú váltakozófeszültség előállítása Osztott tekercsű próbatranszformátor a földtől szigetelt házzal és vasmaggal:

nagyfeszültségű oldal

kisfeszültségű oldal

szigetelő talpak

Ipari frekvenciájú váltakozófeszültség előállítása Lépcsős transzformátorok:

Ipari frekvenciájú váltakozófeszültség előállítása Dessauer-féle lépcsős transzformátor kapcsolása:

Ipari frekvenciájú váltakozófeszültség előállítása Dessauer-féle lépcsős transzformátor kapcsolása:

Ipari frekvenciájú váltakozófeszültség előállítása Kaszkád transzformátor kapcsolása:

Ipari frekvenciájú váltakozófeszültség előállítása Kaszkád transzformátor kapcsolása:

Ipari frekvenciájú váltakozófeszültség előállítása Osztott tekercsű transzformátor kisfeszültségű tekerccsel a nagyfeszültségű oldalon:

Ipari frekvenciájú váltakozófeszültség előállítása Dessauer-rendszerű 3x750 kV-os próbatranszformátor:

Ipari frekvenciájú váltakozófeszültség előállítása Dessauer-rendszerű 3x750 kV-os próbatranszformátor:

Nagy egyenfeszültség előállítása

Nagy egyenfeszültség előállítása Egyenfeszültség paraméterei:

Hullámosság:

U CS max − U CS min h= 2

Lineáris középérték:

U = U CS min + h

Polaritás:

A földhöz viszonyítva pozitív vagy negatív.

Nagyfeszültségű egyenirányítók Félvezető dióda a) vezető állapotban; b) záró állapotban

Nagyfeszültségű egyenirányítók Diódákból összeállított nagyfeszültségű egyenirányító feszültségvezérlő ellenállásokkal és kondenzátorokkal

Nagyfeszültségű egyenirányítók Dióda árama kondenzátor feltöltésekor:

U I= e R ∞

Wi = ∫ i dt 2

0

−

t RC

WC 1 2 Wi = CU = 2R R

Nagyfeszültségű egyenirányítók Nagyfeszültségű vákuumdióda:

Nagyfeszültségű egyenirányítók A vákuumdióda üzemállapotai: a) vezető állapot; b) záró állapot

a)

b)

Nagyfeszültségű egyenirányítók Fűtőtranszformátor vákuumdiódához:

Nagyfeszültségű egyenirányítók A dióda üzemállapotát helyettesítő kapcsoló: a) vezető állapot; b) záró állapot

a)

b)

Nagyfeszültségű egyenirányítók Egyutas egyenirányító:

Nagyfeszültségű egyenirányítók Graetz-kapcsolású (2 utas) egyenirányító:

Feszültségnövelő egyenirányító kapcsolások Villard-kapcsolás:

U = = U C + U CS sin ωt = U CS (1 + sin ωt )

Feszültségnövelő egyenirányító kapcsolások Villard-kapcsolás:

Feszültségnövelő egyenirányító kapcsolások Greinacher-kapcsolású egyenirányító:

Feszültségnövelő egyenirányító kapcsolások Greinacher-kapcsolású egyenirányító:

Feszültségnövelő egyenirányító kapcsolások Kaszkád egyenirányító:

Feszültségnövelő egyenirányító kapcsolások A kaszkád egyenirányító egy fokozatának feszültségviszonyai terhelés esetén:

Aperiodikus feszültséghullám előállítása

A lökőfeszültség és a kapcsolási hullám előírt jellemzői T h [ µ s]

T f [ µ s]

Lökőhullám

1,2

50

Kapcsolási túlfeszültség

250

2500

(Tesztáramok) Surge: 8/20 áramhullám

E M ESD: meredek felfutású, néhány ns-os impulzus C Burst: néhány ns-os impulzusokból álló csomag

A lökőfeszültség és a kapcsolási hullám előírt jellemzői Levágott feszültséghullámok: a) homlokon; b) háton levágott hullám

a)

b)

A feszültséghullám analitikai kifejezése Ideális lökőfeszültség-hullám előállítása két, exponenciálisan csökkenő feszültségből:

U (t ) = U 0 (e − at − e − bt )

Lökésgerjesztő áramkörök Általános elvi kapcsolás

Lökésgerjesztő áramkörök

Működése: •U tölti RT-n keresztül a CL kapacitást •UCL feszültség növekszik, amikor UCL eléri a szikraköz(SZ) átütési feszültségét, akkor a szikraköz átüt •RT>>RCS ezért CL CT-t tölti RCS-n és SZ-n keresztül mivel RK>RCS miatt CL töltésének legnagyobb része CT-be töltődik át, kialakul a hullám „homloka” •UcL = Uki esetén mindkét kondenzátor (CL, CT) kisül, kialakul a hullám „háta”

A lökéshullám és a lökésgerjesztő paramétereinek meghatározása:

1 1 U ki (t ) = U ⋅ ⋅ ⋅ (e − at − e −bt ) Rcs ⋅ Ct b − a

C L + CT 1 b= ⋅ Th C L ⋅ CT ⋅ RCS Uki: U:

1 1 a= ⋅ T f (C L + CT ) ⋅ RK

a szikraköz távolságának állításával változtatható változtatása az impulzusok gyakoriságát befolyásolja

Lökésgerjesztő áramkörök Sokszorozó kapcsolás:

Lökésgerjesztő áramkörök Négyfokozatú lökésgerjesztő konkrét elemei:

Lökésgerjesztők szerkezete Gyújtószikraköz indításának vázlata:

Lökésgerjesztők szerkezete Kis induktivitású, nagy feszültségű ellenállás:

KÖSZÖNJÜK A FIGYELMET!

Villamos kapcsolókészülékek BMEVIVEA336

Recommend Documents