Электроснабжение. Изоляция и перенапряжения (стр. 6 )

2.  Таблицы опытных и расчетных данных.

3.  Расчет зависимостей и .

4.  Рисунки с опытными и расчетными зависимостями согласно указаниям в предыдущем разделе.

5.  Анализ и выводы согласно подразделу «Порядок работы».

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.  Объясните механизм развития скользящих разрядов по поверхности диэлектриков.

2.  По каким причинам напряжение перекрытия меньше напряжения пробоя воздушного промежутка при одинаковых расстояниях между электродами?

3.  Каким может быть воздействие разрядов по поверхности на изоляторы?

4.  От каких факторов и как зависит величина напряжения перекрытия по поверхности твердого диэлектрика в однородном поле?

5.  Какова конструкция опорных и проходных изоляторов на 35 и 110 кВ?

6.  Какие меры применяются для увеличения напряжения перекрытия опорных и проходных изоляторов?

7.  Как влияет поверхностная емкость на напряжение перекрытия изоляторов?

8.  Как влияет влажность окружающего воздуха на величину напряжения перекрытия по поверхности твердого диэлектрика?

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Техника высоких напряжений: Изоляция и перенапряжения в электрических системах: Учебник для вузов / , , ; Под общ. ред. . – М.: Энергоатомиздат, 1986. – С. 50, 52, 79-89, 93-95, 143-144, 171-177, 432-438.

2. Техника высоких напряжений / Под ред. . – М.: Энергия, 1976. – С. 65-74, 80-81.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ И РЕГУЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ ВО ВНЕШНЕЙ ИЗОЛЯЦИИ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК

Цель работы – изучить распределение напряжения по гирлянде подвесных изоляторов воздушной линии электропередач и опорной колонке изоляторов.

Теоретические сведения

При номинальном напряжении установки 110 кВ и выше из опорных изоляторов составляют колонки, а при напряжении 35 кВ и выше подвесные изоляторы соединяют в гирлянды. Переменное и импульсное напряжения распределяются по изоляторам гирлянды или колонки неравномерно, и чем больше изоляторов соединено последовательно, тем более неравномерно распределяется напряжение. Каждый отдельный изолятор в схеме замещения можно представить активным резистором, параллельно которому включена электрическая емкость (конденсатор). Сопротивление резистора R настолько велико, что токами утечки в нормальных условиях можно пренебречь. Вследствие того, что однотипные изоляторы идентичны, величины емкостей C одинаковы, и малые токи утечки через каждый отдельно взятый изолятор равны.

Р и с. 4.1. Гирлянда изоляторов и ее схема замещения

При соединении изоляторов в гирлянды (колонки) и установке их на опоры для подвески проводов ЛЭП картина меняется. Обратимся к рис. 4.1. Рассмотрим схему замещения, где C – собственная емкость изолятора, С1 – емкость изолятора по отношению к заземленным элементам опоры, С2 – емкость изолятора по отношению к проводу ВЛ. Для гирлянды изоляторов эти емкости имеют значения: C = 50-70 пФ, C1 = 4-5 пФ, C2 = 0,5-1 пФ.

Если бы общая емкость изоляторов гирлянды , где n – число изоляторов в гирлянде, существенно превосходила C1 и C2, распределение напряжения вдоль гирлянды было бы равномерным. Однако емкости имеют практически один порядок, особенно при длинных гирляндах, и токи, растекающиеся по емкостям, соизмеримы. Если предположить отсутствие емкости C2, то при наличии разности потенциалов между проводом и опорой («землей»), что имеет место, токи утечки будут растекаться по цепям через последовательно соединенные емкости C. Ток через все последовательно соединенные изоляторы был бы одинаков, но ток ответвляется через емкость C1. Поэтому через второй от провода изолятор будет протекать меньший ток, через третий изолятор ток будет еще меньше. Следовательно, на первом от провода изоляторе будет большее падение напряжения, и далее падение напряжения снижается. По этой же причине при C1 = 0 и C2 ≠ 0 и наибольшее падение напряжение было бы на первом от траверсы изоляторе, а далее оно постепенно снижалось бы. В реальных условиях C1 > C2, поэтому падение напряжения максимально на первом от провода изоляторе и уменьшается с удалением от него, но при приближении к траверсе опять несколько возрастает (рис. 9.4, Л.1).

Неравномерное распределение напряжения по гирлянде или колонке изоляторов может привести к коронированию при рабочем напряжении, что недопустимо, так как корона вызывает коррозию металлических частей, а также создает помехи высокочастотной связи по проводам ЛЭП и линиям связи, параллельным ЛЭП.

Для снижения неравномерности распределения напряжения применяется защитная арматура в виде колец или восьмерок. Установка защитной арматуры у концов гирлянды увеличивает емкость крайних изоляторов относительно провода. Это уменьшает долю напряжения, приходящегося на ближние к проводу, особенно первый, изоляторы. Кроме того, защитная арматура улучшает условия отвода дуги, образующейся при перекрытии гирлянды, чем защищает фарфор от ожога.

Пример распределения напряжения по гирлянде изоляторов приведен на рис. 4.2.

Р и с. 4.2. Распределение напряжения по изоляторам гирлянды:

1 – без защитной арматуры и 2 – с защитной арматурой

При увлажнении гирлянды и использовании изоляторов с полупроводящей глазурью распределение напряжения по гирлянде улучшается, так как в этом случае увеличивается ток утечки по цепочке изоляторов; влияние емкостей при этом снижается.

Распределение напряжения по гирлянде или колонке изоляторов определяется при помощи «жужжащей» штанги (рис. 4.3), имеющей электроды в виде металлической вилки. Между этими электродами включен шаровой разрядник F.

Р и с. 4.3. Эскиз «жужжащей» штанги

Вилка электродов «жужжащей» штанги прикладывается к арматуре изолятора, затем производится замер напряжения.

Если установить некоторое постоянное для данной серии измерений расстояние между сферами разрядника и прикладывать штангу по очереди ко всем изоляторам, то, обозначив их номерами 1, 2, … n (начиная с первого от провода), можно найти соответствующие напряжения на всей гирлянде (колонке) U1, U2, … Un, при которых напряжение на данном изоляторе будет равно пробивному напряжению UF разрядника штанги.

Очевидно, что отношение напряжения на данном изоляторе, равного во всех опытах одной и той же величине UF, к полным напряжениям на гирлянде (колонке) U1, U2, ... Un , дает искомое распределение напряжения по изоляторам. Это распределение может быть найдено и без численного определения величины UF. Если обозначить относительные значения напряжения на отдельных изоляторах через а1, а2, … аn, можно записать следующее , , …. Складывая эти равенства и имея в виду, что , получим , откуда . Подставляя это выражение в выражение для определения коэффициентов а, можно получить их значения для каждого находящегося в гирлянде изолятора:

, , … .

Вместо величин Ui можно использовать соответствующие значения первичных напряжений трансформатора, так как в формулу входят только отношения напряжений.

Данная методика измерения распределения напряжения пригодна только в тех случаях, когда емкость между электродами штанги мала по сравнению с емкостью изолятора.

Описание лабораторной установки

Схема испытательной установки приведена на рис. 4.4. Высокое напряжение от трансформатора TV подается на гирлянду (или колонку). Оно регулируется с низкой стороны с помощью лабораторного автотрансформатора (ЛАТР).

Р и с. 4.4. Схема испытательной установки:

T – лабораторный автотрансформатор регулируемый

(ЛАТР), TV – повышающий трансформатор, PV – вольтметр,

F – шаровой разрядник «жужжащей» штанги

Напряжение следует увеличивать плавно (от нуля) до тех пор, пока в разряднике «жужжащей» штанги не появится искрение (разряд). Следует зафиксировать начало появления разряда. В этот момент напряжение регистрируется по вольтметру PV. Штангу следует держать ниже заземленного кольца, обязательно в диэлектрических перчатках, стоя на резиновом коврике и плотно прижимая ее к металлическим элементам арматуры изолятора.

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться со схемой испытательной установки, ее конструкцией и отдельными элементами. Проверить заземление охранного кольца штанги. Подключить провод от нижнего (первого) изолятора гирлянды к повышающему трансформатору.

2. Приложить вилку штанги к арматуре первого изолятора, плавно повышать напряжение с помощью ЛАТРа. Увидев (услышав) прерывистый разряд в разряднике штанги, зафиксировать показания вольтметра. Снизить напряжение до нуля, провести повторный, более точный замер напряжения разряда. Записать напряжение U1.