Korekcja wyników pomiaru napięcia przebicia iskierników ze

Korekcja wyników pomiaru napięcia przebicia iskierników ze

Korekcja wyników pomiaru napięcia przebicia iskierników
ze względu na warunki atmosferyczne
Napięcie przebicia przerw powietrznych zaleŜy od rozkładu napięcia, na które moŜe wpływać efekt zbliŜenia do uziemionych
obiektów, takich jak podłoga, ściana lub sufit. Obowiązuje tu uproszczona zasada zgodnie z którą odległość do wszystkich
zewnętrznych obiektów powinna być większa od 1,5 długości wyładowania w badanej przerwie powietrznej.
Pomiary napięcia przebicia mogą być wykonywane w róŜnych warunkach atmosferycznych ale dla celów porównawczych
powinny być skorygowane do warunków normalnych
normalna temperatura
normalne ciśnienie powietrza
normalna wilgotność bezwzględna
to = 20 °C (293 K)
po = 1013 hPa (1013 mbar)
ho = 11 g/m3
Temperatura powinna być mierzona z dokładnością 1 °C a ciśnienie atmosferyczne z dokładnością 2 hPa. Wilgotność bezwzględną
powietrza h moŜna mierzyć metodą suchego i wilgotnego termometru i określać z tabeli psychometrycznej albo obliczyć ze wzoru
(1).
 17,6 ⋅ t 
6,11⋅ R ⋅ exp

 243 + t 
h=
0,4615 ⋅ (273 + t )
(1)
t, R – temperatura w °C, wilgotność względna w %
Linie i stacje elektroenergetyczne pracują na róŜnej wysokości H nad poziomem morza. Zmiany ciśnienia p z wysokością pozwala
obliczyć wzór (2)
H 

p = 1013 ⋅ exp −

8150


(2)
p, H – ciśnienie w hPa, wysokość nad poziomem morza w m
gęstość względna powietrza δ zaleŜy od ciśnienia p i temperatury t
δ=
p 273 + t 0
⋅
p 0 273 + t
(3)
Metoda uproszczona
korekcji wyników pomiaru napięcia przebicia iskierników ze względu na warunki atmosferyczne polega na uwzględnieniu tylko
wpływu ciśnienia i temperatury a zaniedbaniu wpływu wilgoci.
U(p, t ) = U0 (po, to )⋅ δ
U 0 ( p0 , t0 ) =
U ( p, t )
δ
(4)
(5)
Metoda uwzględniająca wilgotność powietrza
Aktualnie obowiązująca metoda została wprowadzona w latach 1990. w wyniku prac grupy roboczej International Electrotechnical
Commission IEC, której przewodniczył Prof. Kurt Feser, dr h.c. Politechniki Wrocławskiej.
Napięcie przebicia jest funkcją p, t, h
Współczynnik uwzględniający gęstość powietrza
k1 = δ m
(6)
Wilgotność wpływa szczególnie na wyładowania niezupełne, które występują przed przebiciem w układzie o nierównomiernym
rozkładzie napięcia.
Współczynnik uwzględniający wilgotność powietrza
k2 = k w
(7)
Parametr k we wzorze (7) zaleŜy od rodzaju napięcia
DC
k = 1+ 0,014 ( h/δ - 11)-0,00022 ( h/δ -11)2 dla
1 g /m3 < h / δ < 15 g /m3
(8.1)
AC
k = 1+ 0,012 ( h/δ - 11)
dla
1 g /m3 < h / δ < 15 g /m3
(8.2)
LI / SI k = 1+ 0,010 ( h/δ - 11)
dla
1 g /m3 < h / δ < 20 g /m3
(8.3)
DC, AC, LI / SI – napięcie stałe, przemienne, udarowe piorunowe, udarowe łączeniowe
Wykładnik potęgowy m we wzorze (6) i wykładnik potęgowy w we wzorze (7) opisują wpływ moŜliwych wyładowań
niezupełnych i są obliczane przy wykorzystaniu parametru g
g=
U 50%
500 ⋅ L ⋅ δ ⋅ k
(9)
U 50% - zmierzone lub oszacowane 50% napięcie przebicia w aktualnych warunkach atmosferycznych w kVpeak
L – minimalna długość wyładowania w m
δ – gęstość względna powietrza
k – bezwymiarowy współczynnik zaleŜny od rodzaju napięcia (7), (8.1– 8.3)
Tab. 1. Wartości wykładnika m zaleŜnego od gęstości powietrza i wykładnika w zaleŜnego od wilgoci powietrza jako funkcja
parametru g
g
m
w
< 0,2
0
0
0,2 – 1,0
g ( g − 0,2 ) / 0,8
g ( g − 0,2 ) / 0,8
1,0 – 1,2
1,0
1,0
1,2 – 2,0
1,0
(2,2 − g )(2,0 − g ) / 0,8
> 2,0
1,0
0
Wartości wykładników m i w moŜna równieŜ oszacować z rys.1 lub rys. 2.
a
Rys. 1. Wartości wykładnika m (a) oraz wykładnika w (b) w zaleŜności od parametru g
Wypadkowy współczynnik korekcyjny uwzględniający warunki atmosferyczne
b
K t = k1 ⋅ k 2
(10)
Napięcie przebicia U w warunkach p, t, h jest proporcjonalne do napięcia przebicia Uo w warunkach standardowych po to ho i
współczynnika Kt .
U = K t ⋅U o
(11)
Natomiast aby skorygować napięcie U zmierzone w określonych warunkach p, t, h do warunków normalnych dzielimy je przez Kt .
U0 =
U
Kt
(12)
Wzory (11) i (12) uwzględniające wpływ wilgoci są bardzo podobne do wzorów (4) i (5) w których zamiast wypadkowego
współczynnika ko0rekcyjnego Kt występuje gęstość względna powietrza δ.
NaleŜy zaznaczyć, Ŝe aktualna procedura korekcji ze względu na warunki atmosferyczne ma ograniczoną dokładność. Dotyczy to
zwłaszcza ograniczonego zakresu wilgotności h / δ ≤ 15 g/m3 lub 20 g/m3 (8.1 – 8.3). MoŜna ją stosować tylko do przerw
powietrznych ale nie do przeskoków wzdłuŜ powierzchni izolacyjnych. Jest to spowodowane róŜnym stopniem adsorpcji wody
przez róŜne materiały dielektryczne. Nie moŜna zatem stosować tej metody do korekcji wyników pomiarów w ćwiczeniu VI
wytrzymałość powierzchniowa.
Dla przerw powietrznych o równomiernym rozkładzie pola, przebicie zachodzi bez wstępnych wyładowań niezupełnych, parametr
g ≈ 5, m = 1, w = 0 i dlatego wpływ wilgoci jest pomijalny a metoda korekcji sprowadza się do metody uproszczonej.
Uwaga
W skrypcie J. Fleszyński, Laboratorium wysokonapięciowe w dydaktyce i elektroenergetyce, Wrocław 1999, w rozdziale 18.3
Obliczanie poprawek uwzględniających wpływ warunków atmosferycznych podczas prób izolacji napowietrznej, s. 251-252
znajdują się aŜ 3 błędy.
Przykład [1]
W próbie odłącznika o odstępie powietrznym o długości L = 1 m wyznaczono 50% napięcie przebicia przy udarach piorunowych
LI U50% = 580 kV. Warunki podczas próby były następujące: t = 30 °C, p = 980 hPa, h = 12 g/m3 . NaleŜy obliczyć napięcie
przebicia w warunkach normalnych U0 50%.
gęstość względna powietrza
δ = (995/1,013) ⋅ (293/303) = 0,95
parametr
k = 1 + 0,010 ⋅ ((12/0,95) – 11) = 1,02
parametr
g = 580/(500 ⋅ 1 ⋅ 0,95 ⋅ 1,02) = 1,20
z tab. 1
m = 1,0
z tab. 1
w = 1,0
współczynnik uwzględniający gęstość powietrza
k1 = 0,95
współczynnik uwzględniający wilgotność
k2 = 1,02
wypadkowy współczynnik korekcyjny
Kt = 0,95 ⋅ 1,02 = 0,97
napięcie przebicia skorygowane do warunków normalnych
U0 50% = 580/0,97 = 598 kV
metodą rozszerzoną z uwzględnieniem wpływu wilgoci
napięcie przebicia skorygowane metodą uproszczoną
U0 50% = 580/0,95 = 611 kV
róŜnica między metodą rozszerzoną a uproszczoną
∆ U0 50% = 13 kV
Literatura
[1] Hauschild W., Lemke E., High- Voltage Test and Measusuring Techniques. Springer Berlin Heildeberg 2014
[2] IEC 60060-1: 2010, Standard, High-voltage test techniques - Part 1: General definitions and test requirements.
Opracowanie: Krystian L. Chrzan