Зависимость пробивного напряжения от расстояния между электродами

а, см	U1, В				U2н, кВ	U2, кВ	Примечание
	1	2	3	Среднее
							Р = … мм рт. ст. T = … °К Dш = … см σ =

По п. 2. 1 – к выходным зажимам генератора импульс­ных напряжений (ГИН) или 2 – к выводам высоковольтного трансформатора параллельно подключают испытуемый изо­лятор и ШР с дистанционным приводом. Расстояние между шарами ШР выбирают заведомо большим, чем то, при котором ожи­дается разряд.

Включив ГИН или высоковольтный трансформатор, за­дают напряжение, незначительное уменьшение которо­го уже не вызывает перекрытия по поверхности испытуемого изолятора. Это минимальное напряжение перекрытия необхо­димо измерить. Для этого уменьшают расстояние между ша­рами ШР до тех пор, пока за определенный промежуток вре­мени не сравняется число разрядов на изоляторе и в искро­вом промежутке ШР. Далее измеряют расстояние между ша­рами, по таблицам определяют напряжение перекрытия изо­лятора.

По п. 3. Собрать схемы, изображенные на рис. 1, 3 и 4, подключить параллельно источнику высокого напряжения. Данные измерений по каждому прибору для различных ис­точников высокого напряжения занести в табл. 3.

Таблица 3

Измерение высокого напряжения

Регистрирующий прибор	Высокое напряжение, В
	Промышленной частоты	Однополу-периодное выпрямление	Двухполу-периодное выпрямление	Импульсное
1. Микроамперметр 2. Вольтметр низковольтный электростатический 3. Вольтметр высоковольтный статический 4. Вольтметр пиковый 5. Шаровой разрядник

Содержание отчета

1. Программа работы;

2. Схемы испытаний;

3. Конструкция высоковольтного электростатического вольтметра;

4. Таблицы наблюдений;

5. Градировочная кривая U₂ – f(U₁) для испытательно­го трансформатора;

6. Данные измерений напряжения перекрытия по поверх­ности различных типов изоляторов;

7. Выводы по работе.

Лабораторная работа 9 распределение высокого напряжения по цепи изоляторов

Цель работы – исследование неравномерности распределения напряжения по изоляторам гирлянд и опорных колонок; ознакомление со способами выравнивания распределения напряжения.

Общие сведения. В высоковольтных электрических сетях и установках с номинальным напряжением свыше 10 кВ токоведущие части крепятся с помощью изоляторов, собираемых в подвесные гирлянды и опорные колонки.

Распределение напряжения по изоляторам гирлянды можно установить с помощью схемы замещения (рис. 1). На этой схеме R – сопротивление утечки по поверхности изоляторов; K – собственные емкости изоляторов; C_з – емкости между промежуточными электродами изоляторов и землей; C_п – емкости между промежуточными электродами и линейным проводом.

а) б) в)

Рис. 1. Гирлянда изоляторов (а), схемы замещения (б) и кривые распределения напряжения по ее элементам (в):

1 – равномерное распределение напряжения;

2 – распределение напряжения с учетом С_з;

3 – реальная кривая распределения напряжения

Обычно гирлянды и опорные колонки комплектуются из однотипных изоляторов. Их собственные емкости К = 50…70 пФ имеют одинаковую величину. При чистой и сухой поверхности изоляторов R >> 1 / K, поэтому распределение напряжения зависит только от емкостей К, C_з и C_п. Величины емкостей C_з и C_п зависят от места расположения изоляторов, в среднем емкость C_з = 2…5 пФ, а C_п = 0,5…1 пФ.Если предположить, что собственные емкости К равны между собой, а емкости C_з и C_п равны нулю, то очевидно, что приложенное напряжение равномерно распределится по элементам цепочки (U₁ = U₂ = . . . = U_n) (рис. 1, кривая 1). Наличие емкостей C_з и обусловленных ими поперечных токов смещения I_з влияет на величину продольных токов I_к. Продольные токи I_к уменьшаются по мере приближения рассматриваемого изолятора к земле, вследствие чего падение U_i = 1 / jK  I_кi на элементах цепочки также снижается и U₁ > U₂ > ... > U_n (рис. 1, кривая 2). Токи I_п, протекающие через емкости C_п, частично компенсируют поперечные токи I_з и тем самым способствуют выравниванию распределения напряжения по элементам цепочки (рис. 1, кривая 3). Однако идеального выравнивания напряжения не происходит, так как C_з > C_п. Это обусловливает неравномерность распределения напряжения, особенно на элементах, ближайших к линейному проводу. С увеличением числа изоляторов в гирлянде неравномерность возрастает. Если не принять специальных мер, то на ЛЭП высокого напряжения (220 кВ и выше) часть изоляторов в гирляндах может оказаться под таким напряжением, что на них уже при рабочем напряжении и нормальных атмосферных условиях возникает корона, которая является источником радиопомех и причиной ускоренной коррозии арматуры и вызывает дополнительные потери энергии.

Выровнять распределение напряжения вдоль цепочки изоляторов можно с помощью специальной арматуры в виде экранных колец, восьмерок и овалов, укрепляемых в месте подводки линейного провода. Такая защитная арматура увеличивает емкость C_п и тем самым уменьшает долю напряжения, приходящуюся на ближние к проводу изоляторы.

Если в гирлянде имеются поврежденные изоляторы, то распределение напряжения становится еще более неравномерным: на поврежденном изоляторе уменьшается до нуля, а на других возрастает. Своевременное выявление поврежденных изоляторов в линейной и подстанционной изоляции – важное условие безаварийной работы электроустановок. Периодическая проверка изоляторов в гирляндах и колонках производится с помощью специальных штанг.

При сильном загрязнении и увлажнении поверхностей изоляторов R << I / jK, поэтому распределение напряжения вдоль гирлянды определяется, главным образом, сопротивлениями утечки. Если изоляторы загрязнены и увлажнены одинаково и равномерно по всей поверхности, то распределение напряжения выравнивается.

Распределение напряжения по изоляторам гирлянды для случая, когда поверхности изоляторов сухие и чистые, можно рассчитать по формуле

,

где U_x – напряжение в точке относительно земли;

U₀ – напряжение, приложенное ко всей гирлянде;

n – число изоляторов в гирлянде;

i – номер изолятора, считая от провода;

.

Программа работы

1. С помощью высоковольтного электростатического киловольтметра снять кривую распределения напряжения по гирлянде, состоящей из семи подвесных изоляторов типа ПФ6-А;

2. Измерить распределение напряжения вдоль гирлянды при наличии одного пробитого изолятора;

3. Измерить распределение напряжения вдоль гирлянды с защитной арматурой;

4. С помощью искрового промежутка снять кривую распределения напряжения по колонке, состоящей из опорных изоляторов.

Порядок выполнения работы

При выполнении всех пунктов программы гирлянда и колонка изоляторов подключаются к выводам высоковольтного испытательного трансформатора (рис. 2).

Рис. 2. Принципиальная схема для исследования распределения напря­жения по цепи изоляторов

Для построения кривой распределения напряжения по гирлянде используется метод поочередного измерения потенциалов ее промежуточных электродов V2 по отношению к земле с помощью электростатического киловольтметра типа С-100. Перед началом измерений по киловольтметру устанавливается величина напряжения, подводимого ко всей гирлянде, равная 50 кВ. В дальнейшем при всех измерениях потенциалов величина подводимого напряжения остается неизменной, что контролируется по вольтметру V1 в первичной обмотке ИТ. По полученным данным, записанным в таблицу, строится кривая распределения напряжения по изоляторам гирлянды.