Визначення розподілу напруги вздовж гірлянди ізоляторів

 

Мета роботи - експериментально дослідити розподіл змінної напруги вздовж гірлянди ізоляторів для таких випадків:

1) гірлянда ізоляторів не має своєму складі пошкоджених,

2) гірлянда ізоляторів має в своєму складі один пошкоджений,

3) гірлянда ізоляторів підтримує розщеплений провід,

4) гірлянда має арматуру для вирівнювання розподілу напруги.

 

Теоретичні положення

 

В ізоляційних конструкціях, що складаються з кількох елементів, наприклад, у гірляндах ізоляторів, колонках опорних ізоляторів, робоча напруга розподіляється по ємностях елементів конструкції, а також по часткових ємностях відносно землі та струмоведучих частин.

Ланцюги ємностей складаються з послідовно підключених ємностей К₁, К₂,..., К_n - власних ємностей ізоляторів, а також ємностей С₁, С₂,..., С_n-1 - поперечних ємностей між проміжними електродами 1, 2, 3... і землею; ємностей С₁", C₂",…, C_n-1" - між проміжними електродами 1, 2, 3... і електродом під напругою.

Припустимо, що до лінійного електрода прикладено змінну напругу, внаслідок чого крізь ємнісний ланцюг проходить змінний струм.

Позначимо через DU_К напруги на ємностях К і через U напруги на ємностях С, тобто напруги відносно землі (потенціали) проміжних електродів.

У разі відсутності ємностей С' і С" та однакових ємностях K₁=K₂=K₃=…=K_n напруги DU_k також однакові, тому розподіл напруги U вздовж ланцюга рівномірний (рис.13.1.а).

У разі присутності ємностей С' > 0, С" = 0 від кожного проміжного електрода відтікає струм на землю, внаслідок чого струми через ємності K1, K2, K3,…,K_n зменшуються з віддаленням від лінійного електрода. Відповідно DU₁ > DU₂ > DU₃ > ...DU_n. Розподіл напруги вздовж ланцюга для цього випадку зображено на рис.13.1,б.

Чим більші ємності С', тим більші струми, що витікають, i тим крутіше знижується крива розподілу напруги. Максимальною буде напруга, що прикладена до першої ємності ланцюжка К₁.

У присутності ємностей С" через них від лінійного електрода протікає струм до проміжних електродів, унаслідок чого виникає часткова компенсація струму, що витікає по ємностях С'. Крива розподілу напруги біля лінійного електрода вирівнюється, як це зображено на рис.13.2. Зважимо на те, що ємність С₁', по якій струм витікає, знаходиться під напругою u₁, а ємність С₁", по якій струм втікає, під значно нижчою напругою: u - u₁. Такі самі міркування дійсні і для інших найближчих до лінійного електрода ємностей.

Звідси для ефективної компенсації струмів, що витікають, тобто для досить ефективного вирівнювання кривої розподілу напруги, ємності С" поблизу лінійного електрода мають бути значно більші за ємності С'.

 

 

Рис.1З.1. Схема заміщення гірлянди ізоляторів

 

Поблизу заземленого електрода ємність С' знаходиться під малою напругою, а ємності С" - під напругою, що близька до U, внаслідок цього втікаючий струм перевищує витікаючий. Через це струми і напруги на ємностях K поблизу заземленого електрода трохи зростають. Залежно від співвідношення ємностей K, С' та С" крива розподілу напруги в ізоляційній конструкції має ту чи іншу форму.

Звичайно, якщо відсутні спеціальні вирівнюючі пристрої, ємності С" малі й розподіл напруги різко нерівномірний біля лінійного електрода.

Застосуванням спеціальних електродів - екранів, що приєднуються до лінійного кінця, досягається таке збільшення ємностей С", завдяки якому крива розподілу напруги біля лінійного електрода вирівнюється.

Ємність K підвісних фарфорових ізоляторів коливається у межах 30...70 пФ, С' = 4...5пФ; С" = 1пФ.

 

 

 

Рис.1З.2. Розподіл напруги вздовж гірлянди 110 кВ

 

Опір витоку R сухого ізолятора значно більший за ємнісний опір 1/wK елемента гірлянди, тому в разі аналізу розподілу напруги по сухій гірлянді ізоляторів не враховується.

У лабораторних умовах розподіл напруги вздовж гірлянди при змінній напрузі на проводі вимірюється за допомогою іскрового вольтметра з незмінною відстанню між кулями.

Іскровий вольтметр по черзі підключається паралельно кожному елементу гірлянди. На провід подається напруга від випробувального трансформатора, яка підвищується до виникнення іскрового пробою проміжку.

Запропонована методика вимірювання справедлива у разі виконання основного припущення про незалежність характеру розподілу напруги вздовж гірлянди від прикладеної до проводу напруги. Тут не враховано вирівнюючу дію на розподіл напруги вздовж гірлянди корони на проводі.

Визначають розподіл напруги вздовж гірлянди фарфорових ізоляторів, щоб знайти пошкоджені ізолятори. Напруга на пошкодженому ізоляторі (пробитому) значно знижується. Такі ізолятори іноді називають “нульовими”.

 

Експериментальна установка і методика виконання роботи

 

Схему установки зображено на рис.13.2. Джерелом високої змінної напруги є випробувальний трансформатор типу ВОМ-І00/25 потужністю 25 кВ×А з номінальними напругами U_н.н = 380 В; U_в.н = 100 кВ. Напруга на обмотку низької напруги ВОМ-100/25 подається через узгоджуючий трансформатор 220/380 В Т2, на який в свою чергу напруга подається від автотрансформатора ТЗ типу РНО-250.

Схему випробувань збирають у такій послідовності: автоматом максимального струму SF напругу подають на рубильник S1, ввімкнення якого дає змогу зібрати коло для роботи контактора K1. Живлення останнього можливе, якщо блок-контакти S3 дверей огорожі випробувального поля замкнені.

 

Рис.13.3. Схема експериментальної установки

 

Контроль за напругою на стороні НН випробувального трансформатора здійснюється вольтметром pV1, напруга, що подається на гірлянду, вимірюється статичним кіловольтметром pV2.

Вимірювальна штанга. У польових умовах розподіл напруги вздовж гірлянди та виявлення пошкоджених ізоляторів вимірюють за допомогою вимірювальної штанги, яка має іскровий вольтметр із змінним проміжком. Після торкання металевої арматури ізоляторів у гірлянді відстань між електродами зменшується до виникнення пробою. Цій відстані між електродами відповідає величина пробивної напруги, яку показує стрілка на шкалі штанги.

 

Завдання

 

1. Визначити розподіл змінної напруги вздовж гірлянди із семи елементів типу ПС-6А

2. Визначити розподіл змінної напруги вздовж гірлянди, яка має вирівнюючу арматуру у вигляді кільця.

3. Визначити розподіл змінної напруги вздовж гірлянди, яка має один пошкоджений ізолятор.

4. Сумістити на одному графіку результати пп. 1-3.

 

Контрольні запитання

 

1. Чому розподіл змінної напруги вздовж гірлянди однотипних ізоляторів нерівномірний?

2. Як зміниться розподіл напруги в разі зволоження поверхні ізоляторів?

3. Як зміниться розподіл напруги вздовж гірлянди ПЛЕП з розщепленим проводом; захисною арматурою?

4. Який ізолятор у гірлянді називають нульовим?

ЗМІСТ

 

ТЕХНІКА БЕЗПЕКИ ПРИ ВИКОНАННІ ЛАБОРАТОРНИХ РОБІТ .......... 3

І. ВИПРОБУВАЛЬНІ ПРИСТРОЇ ВИСОКОЇ НАПРУГИ ............................. 7

Лабораторна робота № І. Імпульсні випробування ізоляції ВН ................... 7

Лабораторна робота № 2. Випрямляч змінного струму високої напруги... 16

Лабораторна робота № 3. Випробувальні трансформатори та методи

випробування ізоляції напругою промислової частоти ................................ 26

Лабораторна робота № 4. Випробувальна установка для повторного

пробою та руйнування дефектних ізоляторів.................................................. 36

2. ВИЗНАЧЕННЯ РІВНІВ ІЗОЛЯЦІЇ............................................................... 40

Лабораторна робота № 5. Визначення рівнів ізоляції повітряних

проміжків при змінній і постійних напругах ................................................. 40

Лабораторна робота № 6. Визначення рівнів ізоляції повітряних

проміжків при імпульсній напрузі .................................................................. 48

Лабораторна робота № 7. Визначення рівнів ізоляції по поверхні

твердої ізоляції ................................................................................................. 51

Лабораторна робота № 8. Дослідження вольт-секундних характеристик

ізоляторів .......................................................................................................... 53

3. ПРОФІЛАКТИЧНІ ВИПРОБУВАННЯ ІЗОЛЯЦІЇ ................................... 60

Лабораторна робота № 9. Вимірювання опору ізоляції та коефіцієнта

абсорбції ............................................................................................................ 60

Лабораторна робота № 10. Профілактичні випробування ізоляції

кабелів високої напруги .................................................................................... 64

Лабораторна робота № 11. Контроль ізоляції трансформаторів методом

хроматографічного аналізу газів, ар розчинені в маслі ................................. 67

4. ПЕРЕНАПРУГИ В ЕЛЕКТРИЧНИХ УСТАНОВКАХ .............................. 72

Лабораторна робота № 12. Дослідження на моделі зон захисту

стержневих блискавковідводів ........................................................................ 72

Лабораторна робота №13 Визначення розподілу напруги вздовж

гірлянди ізоляторів ............................................................................................ 80