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

Szigetelések típusai Támszigetelő típusú szigetelés

Szigetelések típusai 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 U pr 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) Védőeszközök! Nem veszélyeztetett berendezések (kábelhálózatok berendezései)

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

Túlfeszültség-levezető Szikraközös túlfeszültséglevezető helyettesítő kapcsolása és potenciáleloszlása

Túlfeszültség-levezető Szilíciumkarbid ellenállás áram-feszültség jelleggörbéje

Túlfeszültség-levezető 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!

Villamos kapcsolókészülékek BMEVIVEA336

A villamos igénybevételre méretezés alapjai

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

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

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

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

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

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

Az eltolás szemléltetése

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

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

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

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

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

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

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 W U = CU du = 1 0 2 CU 2

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

Pontszerű töltés erőtere

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

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

Végtelen hosszú egyenes vonaltöltés erőtere

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!

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

Végtelen kiterjedésű töltött sík

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)

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

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

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

Erőterek többféle szigetelőanyaggal E 1 = E 2

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

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

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

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

Szigetelések gazdaságos kihasználása

Szigetelések gazdaságossága b x = U üt / U x

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 E üzemi = E megengedett Ez a gyakorlatban lehetetlen!

Szigetelések jobb kihasználtságát elősegítő módszerek 1) Kedvező alaptípus választása

Szigetelések típusai Beágyazott típusú szigetelés

Szigetelések típusai Támszigetelő típusú szigetelés

Szigetelések típusai 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 = 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

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

A szigetelések jobb kihasználását elősegítő módszerek E ε r = állandó

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

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

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

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

Nagy görbületű elektródok burkolása szigetelőanyaggal

Nagy görbületű elektródok burkolása fémmel (árnyékolás)

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)

Válaszfal

Válaszfal

Ernyő

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

Felületi térerősség csökkentése nagyellenállású vezetőréteggel

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

Felületi térerősség csökkentése fóliaelektródok beépítésével

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)

Felületi térerősség csökkentése kúpos potenciálvezérlő elektródokkal

KÖSZÖNÖM A FIGYELMET!

Villamos kapcsolókészülékek BMEVIVEA336

A szigetelésekben végbemenő fizikai folyamatok

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

Vezetés

Szigetelőanyagok villamos vezetése γ = J 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 cm 2, a = 1 cm, homogén erőtér)

Vezetés gázokban Töltéshordozók: elektronok, ionok Nagy a külső ionozó hatások szerepe N = 10 3 10 4 ion/cm 3 Normál levegőben: E = 10 V/cm j = 10-15 10-16 A/cm 2

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

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 < 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 = ae be ahol: a, b: anyagtól függő állandók E: térerősség

Polarizáció

A polarizáció A polarizáció makro-jellemzői

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

A polarizáció A polarizáció makro-jellemzői

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

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

A polarizáció M = Q k 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 ε r hőmérsékletfüggvénye

A polarizáció A polarizáció egyéb fajtái Határréteg polarizáció

A polarizáció A polarizáció egyéb fajtái Téröltéses polarizáció

A belső térerősség A polarizáció

A belső térerősség A polarizáció

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 C i /C o = ε i / ε o τ i = R i C i

Szigetelőanyagok helyettesítő kapcsolása

Egyenfeszültségen fellépő jelenségek

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

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 + + =

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

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

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

Egyenfeszültségen fellépő jelenségek

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

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

Egyenfeszültségen fellépő jelenségek Rétegzett szigetelés

Egyenfeszültségen fellépő jelenségek t D J t D J J J + = + = 2 2 1 1 2 1 v v U E a E a 2 2 = + 1 1 + + + = τ τ ε ε ε t - 2 t - 2 e a a e a a U t E 1 2 1 2 1 2 1 2 1 1 ) ( γ γ γ + + + = τ τ ε ε ε t - 2 t - 2 e a a e a a U t E 1 2 1 1 1 2 1 1 2 1 ) ( γ γ γ + + = 1 2 1 1 2 1 γ 2 γ 2 a a a a ε ε τ

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 > 2 1 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

Egyenfeszültségen fellépő jelenségek

Egyenfeszültségen fellépő jelenségek Rétegzett szigetelőanyag határrétegein keletkező töltések

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

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 1000-1500

Váltakozófeszültségen fellépő jelenségek Áramsűrűségek fazorábrája

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

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

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

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

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

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

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

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

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 + = + 1 2 1 x n C C R R = 2 1 x n a R C R C = 1 1 2 R R C C n x = x x x n a R C R R R C C R ω ω ω = = 1 2 2 tg ω R 2 C a δ =

Kisülési jelenségek

Kisülések Gázokban Szilárd szigetelőanyagokban Folyadékokban

Kisülések alaptípusai

Gázkisülések Térerősség hatására a gázokban folyó áram

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

Az ütközési ionozás tényezője levegőben

Elektronlavina

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

Szekunder katódemisszió n e = γn i+

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

U-I karakterisztika homogén erőtérben

Ez a kép most nem jeleníthető meg. Paschen-törvény U ü = ln B δ A a δ ln 1 + a 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 = E max / E átl

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

KÖSZÖNÖM A FIGYELMET!

Villamos kapcsolókészülékek 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: h = U CS U max CS min 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: W i = 0 i 2 dt I = U R e t RC 1 2 Wi = CU = 2R W R C

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 sinω t = U (1 + CS sinωt)

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 [µs] T f [µs] Lökőhullám 1,2 50 Kapcsolási túlfeszültség 250 2500 (Tesztáramok) E M C Surge: 8/20 áramhullám ESD: meredek felfutású, néhány ns-os impulzus 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 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

) ( 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

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!