Vypraacované otázky

1) Rozdělení zkoušek podle druhu přikládaného napětí:
1. dielektrické zkoušky střídavým napětím,
2. dielektrické zkoušky stejnosměrným napětím,
3. dielektrické zkoušky impulsním napětím,
4. zkoušky impulsním proudem,
5. zkoušky kombinací výše uvedených.
2)Základní rozdělení zkušebních zdrojů:
1. zkušební zdroje střídavého vysokého napětí,
2. zkušební zdroje stejnosměrného vysokého napětí,
3. zkušební zdroje impulsního napětí a impulsního proudu.
3)Zkušební zdroje střídavého vn:
zkušební zdroje střídavého vysokého napětí
zkušební transformátory (jednofázové i trojfázové)
transformátorové kaskády
zkušební zdroje vysokých kmitočtů
elektronické generátory
- rezonanční transformátory
zkušební zdroje nízkých kmitočtů
a) zkušební transformátory
Používají se jako zdroje vn o f=50Hz na provádění krátkodobých zkoušek( 1 min)
Provedení 1f v symetrickém(Obrázek a) nebo nesymetrickém (Obrázek b)zapojení
Staví se až do 750 kV,pro vyšší napětí se zapojují kaskádně
Obrázek 2.1: Nesymetrické a symetrické zapojení zkušebního transformátoru
a) b)
Zkušební zdroj poskytuje i při zatížení zkoušeným objektem napětí sinusového průběhu. Průběh napětí se považuje za vyhovující, jestliže poměr maximální a efektivní hodnoty se neliší od odmocniny 2 o více než ±5 % a efektivní hodnota z vyšších harmonických nepřesahuje 5 % efektivní hodnoty základní harmonické.
Zatížení bývá kapacitního charakteru, pro se výkon zkušebního transformátoru se určuje orientačně ze vztahu
S = ω.C.U2zk
kde C je celková kapacita zátěže a Uzk je zkušební napětí.
Při respektování ztrátového činitele tg δ zkoušeného objektu, je potřebný výkon
S = (1+tg). ω.C.U2zk
Při kapacitním zatížení nevzniká na sekundárním vinutí transformátoru úbytek napětí-dochází k vzrůstu napětí=>výstupní napětí je vyšší než napětí vypočítané ze součinu napájecího napětí a převodu transformátoru. Postačující velikost trvalého proudu nakrátko na straně vn u všech zkoušek kromě zkoušek kabelů a znečištěných izolátorů je 1 A. Při zkouškách malých vzorků pevné izolace, kapalných izolantů nebo jejich kombinace postačuje proud nakrátko větší než
0,1 A.
Zkušební trafa na nejvyšší napětí jsou rozměrově velká a napětí nakr je 10% i více,u výkonových je 3-8%
Celková kapacita transformátoru, zkušebního obvodu a zkoušeného objektu musí být menší než 1000pF- zabraňuje poklesům napětí při částečných výbojích na zkoušeném objektu.
Připojením ochranného rezistoru se zmenší namáhání izolace.
b) Transformátorové kaskády TK:
Zkušební jednofázové transformátory se z izolačních důvodů vyrábějí pro napětí maximálně 750 kV. Byly již postaveny transformátorové zkušební jednotky na napětí 1200 kV, ale zde je již obtížné provést izolaci vinutí.
TK se provádí Sériovým spojením sekundárních (vysokonapěťových) vinutí několika zkušebních transformátorů. Při asymetrickém (nesouměrném) zapojení se jeden pól tohoto sériového spojení uzemní, na druhém se střídavě objevuje vrcholová hodnota zkušebního napětí obou polarit.
Konstrukce TK:1) starší a dnes již málo používané (tzv. Desauerova kaskáda).
Skládá se ze 2 až 3 stejných transformátorů. Sekundární vinutí jsou zapojené do série,
primární vinutí jsou připojená na regulované napájecí napětí 0 až U1max buď přímo, nebo
přes oddělovací transformátory. Při výstupním napětí U2 prvního stupně musí být
oddělovací transformátor druhého stupně dimenzován po stránce izolační na napětí U2 a
stejně tak musí být dimenzovaná i jeho průchodka. Třetí stupeň je napájen přes dva
oddělovací transformátory, tedy n-stupňová kaskáda má n.(n-1)/2 oddělovacích
transformátorů. Výkon oddělovacích ,tedy z tohoto hlediska je účinnost 50 %. Základní
transformátory této kaskády (označené I, II, III) jsou po konstrukční stránce úplně shodné,
rovněž tak i oddělovací transformátory. transformátorů musí být v souladu s příkonem
jednotlivých stupňů transformátorové kaskády. Při třístupňové kaskádě je při výstupním
napětí 3.U2 a zatěžovacím proudu I2 zdánlivý výkon kaskády 3.U2.I2. Výkon každého
stupně je U2.I2, tedy při zanedbáni ztrát v transformátorech musí být výkony oddělovacích
transformátorů také U2.I2. Celkový instalovaný výkon v magnetických obvodech je 6.U2.I.2
2) Funkce oddělovacích transformátorů byla přenesena do samotných základních transformátorů. V každé jednotce (I, II, III) bylo umístěno další vinutí jako část závitů vinutí sekundárního (tzv. vinutí terciární) ze kterého se odebírá napájecí napětí pro další stupeň. Převod mezi primárním vinutím a terciárním vinutím je 1:1. Každý transformátor tak tvoří zároveň transformátor oddělovací pro ostatní stupně výše potenciálově položené.
Výkon jednotlivých transformátorů u takto spojené transformátorové kaskády není stejný. První stupeň I musí být dimenzován na celý výkon transformátorové kaskády (jsou
přes něj napájeny i druhý a třetí stupeň) a na krytí ztrát ve dvou zbývajících stupních. Druhý stupeň II je dimenzovaný na 2/3 celkového výkonu a na kryti ztrát ve třetím stupni. Třetí stupeň III je pak dimenzován na 1/3 výkonu.
Uvažujme v tomto případě n-stupňovou kaskádu zatíženou proudem I2. Výkon posledního stupně kaskády nechť je Sn = U2I2.
Za předpokladu, že výstupní napětí všech stupňů je stejné a rovné U2 a při zanedbání ztrát platí pro výkon k-tého stupně kaskády
Sk = Sn(n+1-k)
účinnost kaskády je
Pro dvoustupňovou kaskádu je η = 0,66, pro třístupňovou η = 0,5 a pro čtyřstupňovou η = 0,4. S rostoucím počtem stupňů se účinnost rychle snižuje a není tedy ekonomické stavět transformátorové kaskády o příliš velkém počtu stupňů.
c) Zkušební zdroje vysokých kmitočtů
používá ke zkoušení izolace přístrojů výkonové vysokofrekvenční techniky, pro výzkum elektrických výbojů, pro napájení rentgenových přístrojů při nedestruktivních zkouškách materiálů, dále pak jako napáječů pro speciální přístroje a často též ve fyzikálních laboratořích pro napájení urychlovačů částic.
Vysokofrekvenční vysoké napětí lze získat pomocí:
- elektronických výkonových generátorů,
- rezonančních transformátorů.
uz = 4,44.Φ.f
Napětí na sekundáru zvětšíme větší frekvencí na vstupu
S rostoucí frekvencí rostou i hysterezní ztráty vířivými proudy v magnetickém obvodu,snižuje dosažitelná indukce jádra transformátoru.
Kondenzátor C1 v primárním obvodu se nabíjí stejnosměrným napětím z napájecího obvodu. Primární a sekundární obvody jsou u Teslova transformátoru vytvořeny jako kmitavé. Když napětí na kondenzátoru C1 dosáhne hodnoty přeskokového napětí jiskřiště KJ, dochází k výboji a primární kmitavý obvod se rozkmitá s frekvencí
Protože vinutí L1 a L2 jsou magneticky vázané, rozkmitá se i kmitavý obvod sekundárního vinutí transformátoru s frekvencí
tlumí. K útlumu přispívá i rezistance jiskřiště, která je v důsledku negativní charakteristiky elektrického oblouku tím větší, čím je vrcholová hodnota kmitu menší. Když primární obvod přestane kmitat, je vrcholová hodnota kmitů v sekundárním obvodu nejvyšší.
Joulovými ztrátami a ztrátami v dielektriku kondenzátoru C2 a připojeném zkoušeném objektu se i sekundární kmity utlumují. Transformátor tedy vyrábí tlumené kmity vysokého napětí a průběh kmitavého napětí závisí na těsnosti vazby M mezi vinutími L1 a L2 vzduchového transformátoru. Je-li vazba příliš těsná, přenáší se energie z primárního vinutí na sekundární a zpět. Tento stav je pro provoz rezonančního transformátoru nežádoucí. Při volné vazbě se přenáší energie pouze jedním směrem z primárního vinutí na sekundární. Koeficient vazby lze měnit osovým posouváním primárního vinutí vůči sekundárnímu.
Transformátor pracuje v optimálním režimu tehdy, když primární a sekundární obvod jsou v rezonanci, tj. když f1 = f2, z čehož plyne:
L1C1 = L2C2
Napětí na kondenzátoru C2 ve vysokonapěťovém obvodu a tedy i na svorkách vysokonapěťové strany transformátoru bude
V praxi jsou rezonanční transformátory stavěny buď jako vzduchové nebo olejové. Dosahují napětí až několika MV a kmitočet se pohybuje v rozsahu 10 kHz až 100 kHz.
4) Zkušební zdroje SS vn
Vysoké stejnosměrné napětí se používá v laboratořích vn pro zkoumání vlastností izolačních systémů zařízení o vysoké kapacitě,např. kondenzátory a kabely,pro vyšetřování fyzikálních vlastností převážně nehomogenních elektrických polí,v technické praxi pro rentgenové zařízení, elektrické odlučovače,zařízení na rozstřikování nebo rozprašování laků, prášků apod. Vysoké stejnosměrné napětí dostaneme usměrněním střídavého proudu, násobením tohoto základního napětí v kaskádních zapojeních, případně elektrostatickými generátory.
Jako usměrňovací prvky se pro vysokonapěťové zdroje používají:
- vysokovakuové elektronkové usměrňovací ventily – kenotrony,
- plynem plněné usměrňovací ventily – gazotrony,
- rtuťové usměrňovací ventily,
- polovodičové usměrňovací ventily.
a) Elektrostatické generátory
jsou zdroji stejnosměrného napětí až do 25 MV a proudu několika desítek mA,výkon je malý. Použití-tam, kde je proudové zatížení nepatrné, např. při napájení elektrostatických urychlovačů
V technice-pro při nanášení barev v elektrostatickém poli, při elektrostatickém třídění
Z prvního a z druhého Maxwellova zákona plynou dvě možnosti přeměny mechanické energie v energii elektrickou.
Kondenzátorové gen.- změnou elektrického pole vyvolaného změnou vzájemné kapacity
nabitých těles získáme el.proud
Každý elektrostatický generátor se skládá ze tří hlavních částí:
- zařízení, které zabezpečuje nabuzení nábojů na nosiči - nabíjecí systém,
- nosiče nábojů – transportéru,
- elektrody, která sbírá náboj z nosiče - sběracího systému.
Nabuzení nábojů na nosiči se může uskutečnit:
- prostřednictvím tření vhodného tělesa o transportér,
- elektrostatickou indukcí,
- přenesením nábojů na nosič z pomocného stejnosměrného zdroje, radioaktivního zářiče nebo ionizačního zařízení.
Rozdělení el-stat.gen:
Elektrostatické generátory: - s nevodivým nosičem - pásové (Van de Graaff)
- válcové
- kotoučové
- zvláštní
- s vodivým nosičem - kondenzátorové
5) Zkušební zdroje impulsního napětí a impulsního proudu:
Zařízení v provozu jsou namáhána:
- namáháním provozním napětím, kterému je zařízení vystaveno trvale, pokud je v provozu, a které musí snést libovolně dlouhou dobu,
- namáháním napětím vyšším než je napětí provozní, které trvá určitou omezenou dobu, a které se stručně nazývá přepětím.
Na rozdíl od přepětí vnitřních, která mívají charakter periodický tlumený, přepětí vnější mají charakter aperiodických jevů, které se neopakují a tvoří impuls.
Impuls je účelově přiložené aperiodické přechodné napětí nebo proud. Obvykle rychle narůstá do vrcholové hodnoty a potom pomaleji klesá bez podstatných oscilací. Impulsy jsou atmosférické a spínací a liší se dobou čela impulsu. Impulsy s dobou čela do 20 μs se definují jako atmosférické a impulsy s delší dobou čela se definují jako spínací impulsy.
Impulsy napětí a proudu,se vyrábějí v impu