Villamos kapcsolókészülékek BMEVIVEA336

Átírás

1 Villamos kapcsolókészülékek BMEVIVEA336

2 Szigetelések feladatai, igénybevételei

3 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

4 A szigetelés jelentősége Pl. műanyag szigetelésű kábel esetén Névleges fesz. [kv] A szigetelés anyag és gyártási költsége a teljes ár %-ában (kb.)

5 A tudatos tevékenységhez ismernünk kell: A szigetelőanyagokban lejátszódó folyamatokat Az üzem és a gyártás során fellépő igénybevételeket A szigetelések ellenőrzésének módszereit

6 A szigeteléseket érő igénybevételek Villamos igénybevételek Hőigénybevétel Mechanikai igénybevétel Környezeti igénybevételek

7 Villamos igénybevételek Átütés Átívelés Részkisülés

8 Szigetelések típusai Beágyazott típusú szigetelés

9 Szigetelések típusai Támszigetelő típusú szigetelés

10 Szigetelések típusai Részben beágyazott típusú szigetelés

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

12 A szigeteléseket érő túlfeszültségek

13 Próbafeszültségek Ipari frekvenciájú próbafeszültség Lökőhullámú próbafeszültség Kapcsolási hullámú próbafeszültség

14 A szigetelés próbafeszültségei U pr Lökőhullámú Kapcsolási hullámú Ipari frekvenciájú próbafeszültség

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

16

17 A koordinált feszültségszintek viszonya

18 Biztonsági tényező b = szigetelési szint / védelmi szint A: 3 35 kv b = 1,4 (1,2) B: kv b = 1,4 1,2 C: 400 kv b = 1,1 1,2

19 Hálózatok koordinációja A: 3 35 kv közvetve földelt csp. tartós ip. fr-ájú túlfesz. Upr~ B: kv mereven földelt csp. Upr lökő C: 300 kv Upr kapcsolási

20 Transzformátorszigetelés koordinációja Un kv Upr~/Un Uv/Un Usz/Un 10 2,8 4,35 7,5 20 2,5 4,3 6, ,29 4,17 5, ,92 3,33 4, ,8 2,95 4, ,58 2,75 3,56

21 Védőeszközök Túlfeszültség-levezető Oltócső Koordináló szikraköz

22 Túlfeszültség-levezető

23 Túlfeszültség-levezető Szikraközös túlfeszültséglevezető helyettesítő kapcsolása és potenciáleloszlása

24 Túlfeszültség-levezető Szilíciumkarbid ellenállás áram-feszültség jelleggörbéje

25 Túlfeszültség-levezető Cinkoxid ellenállás áram-feszültség jelleggörbéje

26 Oltócső szerkezete

27 Koordináló szikraközök és ívvédő szerelvények

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

29 KÖSZÖNÖM A FIGYELMET!

31 A villamos igénybevételre méretezés alapjai

32 U E E max = f(u, geometria) E megengedett E üt E max E megengedett = E üt / b

33 A biztonsági tényező látható biztonság: U pr / U üz látszólagos biztonság: U üt méretezési / U üz valódi biztonság: U üt / U üz

34 A biztonsági tényező ipari frekvencián: b: gáz 1,2 2,0 folyadék 1,5 3,0 szilárd 2,0 5,0 lökőfeszültségen: lökési tényező: l = 2 E 1 E ütváltó l: gáz 1 1,5 folyadék 1 2,0 szilárd 2 3,0

35 Vákuumban rot E = 0 div D = ρ D = ε 0 E ε 0 = 8, As/Vm J = 0

36 Szigetelőanyag esetén D = ε 0 εe J = γe div(j + D/ t) = 0 dw/dv = 1/2 ED

37 Az elektrosztatika Gauss-tétele div D = ρ div DdV = V V ρdv V div DdV = D da A ρ dv = V Q D da A = Q

38

39 Az eltolás szemléltetése

40 A térerősség és az erőhatás E = D /ε 0 ε E = Q / Aε 0 ε = Q / 4 πεε 0 r 2 F = E q F = k Qq / r 2 COULOMB-törvény

41 Energia és potenciál dw = -qe dx W AB = q A B E dx

42 Energia és potenciál W AB = W A - W B W AB A = q Edx = qu B U AB = W / q A = B E dx

43 Energia és potenciál U AB = W / q = E = - du/dx = - grad U E = - ( U/ x i + U/ y j + U/ z k) [E] = V / m A B E dx

44 Laplace-Poisson egyenlet D = ε 0 εe = -ε 0 ε grad U -ε 0 ε div grad U = ρ U = -ρ/ε 0 ε

45 Síkkondenzátor DA = Q E = Q / ε 0 ε A U AB = Q / (ε 0 εa) dx = Q a / ε 0 εa Q = ε 0 εa U / a

46 Síkkondenzátor kapacitása Q εε 0 A = a U Q = CU C = εε 0 a A

47 Síkkondenzátor kapacitása C = εε 0 a A [C] = As / V = F (farad) E = U / a

48 Kondenzátor energiája dw = U dq dq = C du dw = C U du W U = CU du = CU 2

49 Ez a kép most nem jeleníthető meg. Kondenzátor energiája C W = εε 0 A a 1 2 CU = és U = Ea W = 1 εε W = 2 E 2 2 DEV V

50 Pontszerű töltés erőtere

51 Pontszerű töltés erőtere Gauss tv.: D da A = Q 2 D 4 x π = Q Potenciál: x R = Q dx U E dx = 2 4 π εε 0 x R x E = Q 1 4 π εε x 0 2 U = Q 4 π εε 0 1 x 1 R R h U = 1 4 π εε o Q x

52 Pontszerű töltésekre visszavezethető erőterek = R x εε π Q U Adott: U, geometria Kérdés: E, ha r b x r k = r b r k εε π Q U U r r r r b k b k = 0 4 εε π Q x εε π Q E = 2 1 x r r r r U b k b k = E(x) (Q = C U ) b k b k r r r r U = 1 E max

53 Végtelen hosszú egyenes vonaltöltés erőtere

54 Végtelen hosszú egyenes vonaltöltés erőtere Gauss tv.: D da A = Q D 2 π x l = Q E = Q 2 π εε 0 l 1 x Potenciál: x U = E R dx Q dx Q U = = 2 π εε 0 l x 2 π εε 0 x R l ln R x R h Értelmetlen!

55 Végtelen egyenes vonaltöltésre visszavezethető erőterek Adott: U, geometria Kérdés: E, ha r b x r k U = Q 2 π εε 0 l ln R x U = Q 2 π εε 0 l ln R r ln R b r k Q = U 2 π εε 0 l 1 r ln r k b (Q = C U ) Q 1 E ( x) = = 2 π εε l x 0 x U ln r r k b E max = b U r ln r r k b

56 Végtelen kiterjedésű töltött sík

57 Végtelen kiterjedésű töltött sík Gauss tv.: D da A = Q D A = Q E = Q εε 0 A Potenciál: U x = E a dx = Q εε o A ( a x)

58 Több pontszerű töltésből álló rendszer U P = 1 4 π εε o n i= 1 Qi dp i

59 Több pontszerű töltésből álló rendszer n U 1 1 = AB 4 π εε Q i o i 1 da 1 db = i i

60 Erőterek többféle szigetelőanyaggal D da A = Q D 1 = D 2 D = ε 0 εe E E 1 2 = ε 2 ε 1

61 Erőterek többféle szigetelőanyaggal E 1 = E 2

62 Erőterek többféle szigetelőanyaggal E 1t = E2t és E E 1n 2n = ε 2 ε 1 tgα1 tgα 2 = E E 1t 1n E E 2n 2t = ε1 ε 2

63 Keresztirányú hengeres rétegezés U = Q 2 π εε 0 l ln R x U AB = Q 1 r1 1 r2 1 r ln + ln + ln 2πε ol ε1 ra ε 2 r1 ε 3 r B 2

64 Keresztirányú rétegezés Q = C1 U1 = C2 U2 = C3 U3 =... = C er U er

65 Két közös tengelyű henger rétegezett szigeteléssel Q = C1 U1 = C2 U2 = C3 U3 = C er U er

66 Szigetelések gazdaságos kihasználása

67 Szigetelések gazdaságossága b x = U üt / U x

68 Szigetelés gazdaságossága Szigetelés és a villamos gép ára Szigetelés üzembiztonsága Szigetelés élettartama

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

70 Névleges feszültség Műanyagszigetelésű kábelek árában a szigetelésre jutó részarány 10 kv 10 % 20 kv 15 % 35 kv 20 % 120 kv 38 kv

71 Szigetelés kihasználtsága Akkor jó, ha minden pontban E üzemi = E megengedett Ez a gyakorlatban lehetetlen!

72 Szigetelések jobb kihasználtságát elősegítő módszerek 1) Kedvező alaptípus választása

73 Szigetelések típusai Beágyazott típusú szigetelés

74 Szigetelések típusai Támszigetelő típusú szigetelés

75 Szigetelések típusai Részben beágyazott típusú szigetelés

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

77 A legjobb kihasználás feltétele pontszerű töltésre visszavezethető erőtérben E max = U 1 r r k b r r k b r k = áll U = Emax 1 r k r b ( r k r b ) / r b U ' 1 = Emax [ rk rb + rb r k ( 1)] 2 rk = 2r Emax rk b = = 4 2 E r min b

78 A legjobb kihasználás feltétele hengeres erőtérben U = E max r ln b r r k b r k = áll U ' = 0 r r k = b e E E max min = r r k = b e

79 A szigetelések jobb kihasználását elősegítő módszerek E ε r = állandó

80 Szigetelések jobb kihasználtságát elősegítő módszerek 1)Kedvező alaptípus választása 2)Jól számítható elrendezés 3) Hengeres erőtérben: -optimális sugárarány választása - rétegzés 4)Homogén erőtérben: NE legyen rétegzés

81 A szigetelések jobb kihasználását elősegítő módszerek Példa: a sz = 4 mm ε sz = 5 a lev = 0,2 mm ε sz = 1 U n = 10,5 kv U = Un 3 = 6 kv E lev = U a sz ε lev ε + sz a lev ε sz = 60 kv/ cm > E üt lev = 52,5 kv/ cm

82 A szigetelések jobb kihasználását elősegítő módszerek Megoldás: E sz = U a sz = 6 kv 4 mm = 15 kv/cm E üt sz = 240 kv/cm E üt sz >> E sz

83 Szigetelések jobb kihasználtságát elősegítő módszerek 1)Kedvező alaptípus választása 2)Jól számítható elrendezés 3) Hengeres erőtérben: -optimális sugárarány választása - rétegzés 4) Homogén erőtérben: NE legyen rétegzés 5) Gáz v. folyékony szigetelésben: burkolat a burkolat lehet: - szigetelő: ε burkolat > ε környezet - fém: cél a görbületi sugár növelése

84 Nagy görbületű elektródok burkolása szigetelőanyaggal

85 Nagy görbületű elektródok burkolása fémmel (árnyékolás)

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

87 Válaszfal

88 Válaszfal

89 Ernyő

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

91 Felületi térerősség csökkentése nagyellenállású vezetőréteggel

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

93 Felületi térerősség csökkentése fóliaelektródok beépítésével

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

95 Felületi térerősség csökkentése kúpos potenciálvezérlő elektródokkal

98 A szigetelésekben végbemenő fizikai folyamatok

99 Villamos jelenségek szigetelőanyagokban Villamos jelenségek Nagy térerősségek esetén Kis térerősségek esetén Átütés, átívelés Vezetés Polarizáció

100 Vezetés

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

102 Szigetelőanyagok villamos vezetése Vezetés gázokban I. arányos szakasz II. telítési szakasz III. elektron lavina (A = 100 cm 2, a = 1 cm, homogén erőtér)

103 Vezetés gázokban Töltéshordozók: elektronok, ionok Nagy a külső ionozó hatások szerepe N = ion/cm 3 Normál levegőben: E = 10 V/cm j = A/cm 2

104 Szigetelőanyagok villamos vezetése Vezetés folyadékokban Ionos vezetés J = dn qiδ dt q i : egy ion töltése dn/dt: a térerősség irányába mozgó ionok száma egységnyi idő alatt

105 Töltéshordozók: ionok Vezetés folyadékokban 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 < /Ωcm

106 Szigetelőanyagok villamos vezetése Vezetés folyadékokban Disszociáció

107 Szigetelőanyagok villamos vezetése A vezetés térerősségfüggése a.) technikai tisztaságú b.) extrém tisztaságú

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

109 Szilárd szigetelőanyagok villamos vezetése Vezetés amorf anyagokban Nincs általános összefüggés Hasonló a folyadékokéhoz

110 Szilárd szigetelőanyagok villamos vezetése Töltéshordozók: ionok Fajlagos vezetőképesség: γ = Ae -B/T ahol: A, B: anyagtól függő állandók T: hőmérséklet, K Fajlagos vezetőképesség: γ = ae be ahol: a, b: anyagtól függő állandók E: térerősség

111 Polarizáció

112 A polarizáció A polarizáció makro-jellemzői

113 A polarizáció Q = Q o + Q = Q sz + Q k Q sz : szabad töltések Q k : kötött töltések

114 A polarizáció A polarizáció makro-jellemzői

115 A polarizáció Q Q sz Q = Q o + Q = Q sz + Q k = ε Q Q = Qsz + Qk = + Q ε k Q k ε = = Q Q sz Q 1-1 ε = U a = Q ac = Q sz sz E o sz aεε o A a = Q Aε o = σ ε o ε E = σ D = Q A Qk = σ P = = σ k A

116 A polarizáció Q = Q o + Q = Q sz + Q k σ = σ sz + σ k D = ε o E + P mivel D = ε ε o E ε o E + P = εε o E P = (ε - 1) ε o E

117 A polarizáció M = Q k a = σ k A a = P V P = M / V a térfogategységre jutó dipólusmomentum

118 A polarizáció A polarizáció fajtái Elektroneltolódási polarizáció τ = s

119 A polarizáció A polarizáció fajtái Ioneltolódási polarizáció τ = s

120 A polarizáció A polarizáció fajtái Ioneltolódási polarizáció (báriumtitanát)

121 A polarizáció A polarizáció fajtái Hőmérsékleti ionpolarizáció τ = s

122 A polarizáció A polarizáció fajtái Állandó dipólusok

123 A polarizáció A polarizáció egyéb fajtái Hőmérsékleti orientációs polarizáció τ = s Rugalmas orientációs polarizáció τ = s

124 A polarizáció A polarizáció fajtái Elektrétek és ferroelektromos anyagok Báriumtitanát ε r hőmérsékletfüggvénye

125 A polarizáció A polarizáció egyéb fajtái Határréteg polarizáció

126 A polarizáció A polarizáció egyéb fajtái Téröltéses polarizáció

127 A belső térerősség A polarizáció

128 A belső térerősség A polarizáció

129 A polarizáció Ion helyváltoztatását meghatározó körülmények

130 A polarizáció Hőmérsékleti ionpolarizáció keletkezése

131 A polarizáció D eltolás és polarizáció alakulása

132 A polarizáció A polarizációs spektrum

133 Szigetelőanyagok helyettesítő kapcsolása C i /C o = ε i / ε o τ i = R i C i

134 Szigetelőanyagok helyettesítő kapcsolása

135 Egyenfeszültségen fellépő jelenségek

136 Egyenfeszültségen fellépő jelenségek J c kapacitív töltőáram J p polarizációs áram J v vezetési áram

137 Egyenfeszültségen fellépő jelenségek J c kapacitív töltőáram J p polarizációs áram J v vezetési áram t P t E E t D E J + + = + = o ε γ γ p c v J J J J + + =

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

139 Egyenfeszültségen fellépő jelenségek 1/R = i A / U = K C t -n Hogyan definiáljuk a szigetelő ellenállását? J(t) = J + J ( t) + J ( t) v c p J(t) = J v + J p (t) J( 0) = J + Jp (0) J( ) = Jv = v = + E γ E γ E β γ = β = J( ) E J p ( 0 E ) ohmos vezetőképesség polarizációs vezetőképesség

140 Egyenfeszültségen fellépő jelenségek 1/R = i A / U = K C t -n Hogyan definiáljuk a szigetelő ellenállását? J(t) = J + J ( t) + J ( t) v c p J(t) = J v + J p (t) J( 0) = J + Jp (0) J( ) = Jv = v = + E γ β = E γ E β γ = J( ) E J( 0)- J( ) Jp( 0) = E E ohmos vezetőképesség polarizációs vezetőképesség

142 Egyenfeszültségen fellépő jelenségek A kisülési és a visszatérő feszültség ohmos vezetőképesség γ = M k U ε o M k a kisülési feszültséggörbe kezdeti meredeksége polarizációs vezetőképesség β = M v U ε o M v a visszatérő feszültséggörbe kezdeti meredeksége

143 Egyenfeszültségen fellépő jelenségek A kötött töltések átalakulása szabad töltéssé a rövidzár bontása után

144 Egyenfeszültségen fellépő jelenségek Rétegzett szigetelés

145 Egyenfeszültségen fellépő jelenségek t D J t D J J J + = + = v v U E a E a 2 2 = = τ τ ε ε ε t - 2 t - 2 e a a e a a U t E ) ( γ γ γ = τ τ ε ε ε t - 2 t - 2 e a a e a a U t E ) ( γ γ γ + + = γ 2 γ 2 a a a a ε ε τ

146 Egyenfeszültségen fellépő jelenségek t = 0 E 1(0) ε D 1( 0) = D2(0) 2 = E2(0) ε1 Jv (0) γ 1 ε 2 = J (0) γ ε v2 1 > t = E D1 ( ) ε1 γ 2 1( ) γ = < 2 = D ( ) 1 2 ε 2 γ 1 E2( ) γ 1 J v ) = J ( ) 1( v2

148 Egyenfeszültségen fellépő jelenségek Rétegzett szigetelőanyag határrétegein keletkező töltések

149 Váltakozófeszültségen fellépő jelenségek Szigetelőanyag egyszerűsített fazorábrája Veszteségi tényező: tgδ = I I w c = I I pw f + I + I v pc

150 Váltakozófeszültségen fellépő jelenségek Veszteségi tényező tgδ = I I w c anyag 10 4 tg δ csillám 2-5 PE 2 5 trafó olaj 20 porcelán 150 PVC

151 Váltakozófeszültségen fellépő jelenségek Áramsűrűségek fazorábrája

152 Váltakozófeszültségen fellépő jelenségek I c I w S = UI P = UI = w UI cosϕ Q = UI = c UI sinϕ látszólagos teljesítmény hatásos teljesítmény meddő teljesítmény Csak I c számítható könnyen: I c = ωcu I w I c φ I I tgδ = ω C U w = c 2 P = ω C U tgδ tgδ dielektromos veszteség

153 Váltakozófeszültségen fellépő jelenségek Szigetelőanyag vesztesége dielektromos veszteség fajlagos veszteség térfogati veszteségi szám 2 P = ω C U tgδ P p p ' = (2πf )( εε P V p = E = o A a )( a 2 = ωεε E tgδ o = ωεε o tgδ 2 E 2 ) tgδ A dielektromos veszteség homogén erőtérben: inhomogén erőtérben: P = = ' 2 ' 2 = pv = p E V P p dv p E dv V V

154 Váltakozófeszültségen fellépő jelenségek Példa szigetelőanyag veszteségére a) f = 50 Hz, ε = 4, tg δ = p = P / V = 5, W/cm 3 b) f = 1 MHz, ε = 3, tg δ = p = P / V = 0,42 W/cm 3

155 Váltakozófeszültségen fellépő jelenségek Reális szigetelés gyakorlati helyettesítő kapcsolásai Párhuzamos helyettesítő kapcsolás Soros helyettesítő kapcsolás

156 Váltakozófeszültségen fellépő jelenségek Párhuzamos helyettesítő kapcsolás I = v U R p és I c = ω C p U I I v p tg = = = δ c U/R ω C U p 1 ω R C p p P = U R 2 p R p = U P 2 2 P P = ωcpu tgδ Cp = 2 ωu tgδ

157 Váltakozófeszültségen fellépő jelenségek Soros helyettesítő kapcsolás U R = IR s és U c = I / ω C s tg U U R s δ = = = c IR I/ ω C s ω R s C s P = 2 2 U U R 2 = sin δ Rs R R = s s U P 2 sin 2 δ 2 2 P 1 P = IUR = CsU cos δ tgδ Cs = 2 ωu tgδ cos ω 2 δ

158 Váltakozófeszültségen fellépő jelenségek A párhuzamos és soros helyettesítő kapcsolások összehasonlítása R s = R p 2 sin δ C s = C p 1 2 cos δ δ Mivel δ kicsi, ezért cos 1 és sin δ << 1 R s << R p Cs C p

159 A veszteségi tényező és a dielektromos állandó mérése Schering híd Z Z Z Z n 1 = 2 x Z 1 = R 1 Z x = R x + 1 jωc x 1 Z 2 = 1 R 2 + jω C a 1 Z n = jωc n

160 A veszteségi tényező és a dielektromos állandó mérése Schering híd x n x n a R C j C C R C j R R ω ω + = x n C C R R = 2 1 x n a R C R C = R R C C n x = x x x n a R C R R R C C R ω ω ω = = tg ω R 2 C a δ =

161 Kisülési jelenségek

162 Kisülések Gázokban Szilárd szigetelőanyagokban Folyadékokban

163 Kisülések alaptípusai

164 Gázkisülések Térerősség hatására a gázokban folyó áram

165 Az ütközési ionozás Townsend elmélet W i : ionizációs energia x i : ionozási út λ: átlagos szabad úthossz α: Townsend tényező

166 Az ütközési ionozás tényezője levegőben

167 Elektronlavina

168 Elektronlavina dn = αndx dn/ n = αdx n dn n x = 1 0 = e α( x) dx x n 0 α( x) dx n( x ) = n o e αx n = e αx

169 Szekunder katódemisszió n e = γn i+

170 Önfenntartó kisülés n( a) = n o e αx n i+ = αx n( a) n = n ( e 1) o o x n2 = γ ni+ = n γ α o ( e 1) n2 n o γ ( e αx 1) 1

171 U-I karakterisztika homogén erőtérben

172 Ez a kép most nem jeleníthető meg. Paschen-törvény U ü = ln B δ A a δ ln 1 + a 1 γ

173 Paschen-görbe levegőre

174 Az elektronlavina átalakulása homogén erőtérben

175 Az elektronlavina által okozott erőtértorzulás

176 Az anódirányú csatorna fejlődése

177 A katódirányú csatorna fejlődése

178 A kisülés fejlődésének képe

179 Negatív kisülésben keletkező fénylő góc szerkezete

180 A csatorna végén lévő pamatos kisülés potenciálviszonyai

181 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

182 A térerősség változása forgási hiperboloid alakú csúcs előtt

183 Koronakisülés pozitív csúcson

184 Koronakisülés negatív csúcson

185 Koronakisülés váltakozó feszültségen

186 750 kv-os távvezeték térerősségének alakulása

187 A távvezetéken keletkező koronaveszteség alakulása

188 A körülmények hatása az átütőfeszültségre Az elektródok alakjának hatása inhomogenitási tényező: f = E max / E átl

189 Az átütési térerősség homogén erőtérben

190 Az átütőfeszültség változása erősen inhomogén erőtérben

191 A feszültségnövelés meredekségének hatása

192 Az idő szerepe

193 Az átütés késése

194 Az átütés gyakorisága

195 Az átütés jelleggörbéjének meghatározása lökőfeszültséggel

196 A polaritás hatása

197 Kisülések szilárd szigetelőanyagokban

198 Tisztán villamos átütés kősókristályban

201 Nagyfeszültség előállítása

202 Vizsgálófeszültségek fajtái: Váltakozó feszültség, egyenfeszültség, aperiodikus feszültséghullám, nagyfrekvenciás, csillapodó feszültséghullám.

203 Ipari frekvenciájú váltakozófeszültség előállítása

204 Próbatranszformátorok

205 Ipari frekvenciájú váltakozófeszültség előállítása Próbatranszformátor lépcsős felépítésű nagyfeszültségű tekercse:

206 Lépcsős felépítésű nagyfeszültségű tekercselés, áramirányok feltüntetésével szigetelés nagyfeszültségű tekercs kisfeszültségű tekercs

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

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

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

210 Ipari frekvenciájú váltakozófeszültség előállítása Szigetelő házba épített olajszigetelésű transzformátor:

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

212 nagyfeszültségű oldal kisfeszültségű oldal szigetelő talpak

213 Ipari frekvenciájú váltakozófeszültség előállítása Lépcsős transzformátorok:

214 Ipari frekvenciájú váltakozófeszültség előállítása Dessauer-féle lépcsős transzformátor kapcsolása:

215 Ipari frekvenciájú váltakozófeszültség előállítása Dessauer-féle lépcsős transzformátor kapcsolása:

216 Ipari frekvenciájú váltakozófeszültség előállítása Kaszkád transzformátor kapcsolása:

217 Ipari frekvenciájú váltakozófeszültség előállítása Kaszkád transzformátor kapcsolása:

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

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

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

221 Nagy egyenfeszültség előállítása

222 Nagy egyenfeszültség előállítása Egyenfeszültség paraméterei: Hullámosság: h = U CS U max CS min 2 Lineáris középérték: U = U CS min + h Polaritás: A földhöz viszonyítva pozitív vagy negatív.

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

224 Nagyfeszültségű egyenirányítók Diódákból összeállított nagyfeszültségű egyenirányító feszültségvezérlő ellenállásokkal és kondenzátorokkal

225 Nagyfeszültségű egyenirányítók Dióda árama kondenzátor feltöltésekor: W i = 0 i 2 dt I = U R e t RC 1 2 Wi = CU = 2R W R C

226 Nagyfeszültségű egyenirányítók Nagyfeszültségű vákuumdióda:

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

228

229 Nagyfeszültségű egyenirányítók Fűtőtranszformátor vákuumdiódához:

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

231 Nagyfeszültségű egyenirányítók Egyutas egyenirányító:

232 Nagyfeszültségű egyenirányítók Graetz-kapcsolású (2 utas) egyenirányító:

233 Feszültségnövelő egyenirányító kapcsolások Villard-kapcsolás: U = = U C + U CS sinω t = U (1 + CS sinωt)

234 Feszültségnövelő egyenirányító kapcsolások Villard-kapcsolás:

235 Feszültségnövelő egyenirányító kapcsolások Greinacher-kapcsolású egyenirányító:

236 Feszültségnövelő egyenirányító kapcsolások Greinacher-kapcsolású egyenirányító:

237 Feszültségnövelő egyenirányító kapcsolások Kaszkád egyenirányító:

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

239 Aperiodikus feszültséghullám előállítása

240

241 A lökőfeszültség és a kapcsolási hullám előírt jellemzői T h [µs] T f [µs] Lökőhullám 1,2 50 Kapcsolási túlfeszültség (Tesztáramok) E M C Surge: 8/20 áramhullám ESD: meredek felfutású, néhány ns-os impulzus Burst: néhány ns-os impulzusokból álló csomag

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

243 A feszültséghullám analitikai kifejezése Ideális lökőfeszültség-hullám előállítása két, exponenciálisan csökkenő feszültségből: U ( t) = U 0 ( e at e bt )

244 Lökésgerjesztő áramkörök Általános elvi kapcsolás

245 Lökésgerjesztő áramkörök Működése: U tölti R T -n keresztül a C L kapacitást U CL feszültség növekszik, amikor U CL eléri a szikraköz(sz) átütési feszültségét, akkor a szikraköz átüt R T >>R CS ezért C L C T -t tölti R CS -n és SZ-n keresztül mivel R K >R CS miatt C L töltésének legnagyobb része C T -be töltődik át, kialakul a hullám homloka Uc L = U ki esetén mindkét kondenzátor (C L, C T ) kisül, kialakul a hullám háta

246 ) ( 1 1 ) ( bt at t cs ki e e a b C R U t U = CS T L T L h R C C C C T b + = 1 K T L f R C C T a + = ) ( 1 1 A lökéshullám és a lökésgerjesztő paramétereinek meghatározása: U ki : a szikraköz távolságának állításával változtatható U: változtatása az impulzusok gyakoriságát befolyásolja

247 Lökésgerjesztő áramkörök Sokszorozó kapcsolás:

248 Lökésgerjesztő áramkörök Négyfokozatú lökésgerjesztő konkrét elemei:

249

250 Lökésgerjesztők szerkezete Gyújtószikraköz indításának vázlata: