Введение

Эксплуатация изоляции наружных электроустановок систем электроснабжения железных дорог в условиях загрязнения и увлажнения сопряжена с перекрытиями изоляторов. При увлажнении загрязненной поверхности высоковольтных изоляторов возникает частичная дуга. Затем, в зависимости от ряда факторов, частичная дуга либо фиксируется в определенном положении (горит стабильно), либо укорачивается и гаснет, либо удлиняется и перекрывает весь изолятор. Перекрытия изоляторов, как правило, приводят к перерывам в электроснабжении и нередко создают аварийные ситуации.

В данной работе рассматривается влияние на длину частичной дуги таких факторов как: напряжение, приложенное к изолятору, некоторые геометрические характеристики изолятора и степень загрязнения его поверхности.

Цель работы: Изучение студентами разрядных процессов при увлажнении загрязненной поверхности высоковольтных изоляторов.

Сведения из теории

Протекание тока утечки по увлажненному слою загрязнения сопровождается выделением в нем тепла. При этом происходит испарение воды со слоя загрязнения, наиболее интенсивное в области наибольшей плотности тока (у тарельчатых изоляторов вблизи стержня). Первоначально подсыхает небольшое пятно, где плотность тока наибольшая. Ток обтекает подсушенное место, при этом плотность тока в направлении перпендикулярном пути тока утечки увеличивается, в этом направлении происходит образование подсушенной кольцевой зоны. Резко возрастает неравномерность распределения напряженности в области подсушенной кольцевой зоны и создаются условия для электрического пробоя воздушного промежутка над ней – происходит так называемый частичный разряд.

Следует отметить, что и в случае гладкого цилиндрического изолятора с постоянным вдоль длины пути утечки диаметром, из-за неизбежных локальных неравномерностей увлажненного слоя загрязнения, формируется подсушенная зона.

Частичный разряд, шунтирующий подсушенную кольцевую зону, носит дуговой характер, с падающей вольтамперной характеристикой (ВАХ). Сопротивление такого частичного разряда или, как принято называть, частичной дуги сравнительно невелико и ее появление резко снижает общее сопротивление изолятора, величина которого теперь определяется, в основном, сопротивлением неперекрытой части изолятора. Далее в зависимости от условий, процесс разряда может развиваться в двух направлениях.

Частичная дуга удлиняется, а ее опорная точка, проскальзывая по увлажненной поверхности изолятора со скоростью порядка 50 м/с, замыкает электроды, завершая дуговое перекрытие изолятора. Если частичная дуга не перекрывает весь изолятор, а фиксируется, достигая определенной длины, то при продолжающемся увлажнении кольцевая подсушенная зона вновь увлажняется, дуга гаснет, после чего процесс многократно повторяется – наблюдается так называемый режим перемеживающихся дужек. В таком режиме (при коротких частичных дугах с током до нескольких десятков мА) изолятор может находиться в течение всего процесса увлажнения. Из изложенного выше очевидна доминирующая роль энергетических процессов в перекрытии загрязненных и увлажненных изоляторов.

Рассмотрим ситуацию, когда в процессе увлажнения загрязненного изолятора вблизи одного из электродов образовалась кольцевая подсушенная зона, и произошло ее перекрытие с возникновением стабильно горящей частичной дуги. Причем, опорная точка частичной дуги на поверхности изолятора совсем необязательно располагается на границе подсушенной зоны. Для режима стабильно горящей частичной дуги может быть использована упрощенная схема замещения, представленная на рис.1.

Рис.1. Схема замещения стабильно горящей частичной дуги

В схеме замещения приняты следующие обозначения: U, A×I^-n×x,U×I – соответственно падения напряжения на изоля­торе в целом, на дуге и на участке изолятора, не зашунтированном частичной дугой; R – поверх­ностное сопротивление участка изолятора незашун­тированного частичной дугой; I – ток утечки; L – длина пути утечки изолятора; x – длина стабильно горящей частичной дуги; A и n – постоянные коэффициенты падающей ВАХ частичной дуги.

Согласно схеме замещения

. (1)

Условие стабильного горения частичной дуги может быть записано как

, (2)

где P =(U-I×R)×I –мощность, потребляемая частичной дугой от источника.