Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться со схемой ГИН (рис.3.3).

2. Развести шары измерительного разрядника на расстояние 8-10 см.

3. Включить установку и установить зарядное напряжение 30 – 40 кВ по вольтметру V₁.

4. Изменяя расстояние между шарами ИП-1 ÷ ИП-3, подобрать такую амплитуду импульсов высокого напряжения, при которой возникает 4-6 разрядов на объекте испытания из 10 приложений импульсного напряжения.

5. Отключить объект испытания и провести измерение амплитуды полученных в п.4 импульсов с помощью измерительного шарового разрядника. Для получения 50%-ного импульсного разрядного напряжения изменяют расстояние между шарами ИШР таким образом, чтобы между ними возникало 4-6 пробоев из 10 приложений импульсного напряжения. Полагается, что в этом случае амплитудное значение напряжения соответствует 50% -ному разрядному напряжению и может быть определено из стандартных таблиц - U_табл50%, а с учетом относительной плотности воздуха – U_50% .

6. Отключить установку, изменить схему включения диода для получения импульсов другой полярности и повторить опыты по пп. 2-5.

7. Результаты опытов свести в таблицу 4.1.

Таблица 4.1.

Полярность импульса	Зарядное напряжение, кВ	Расстояние электродами ИШР, см	Uтабл50%, кВ макс	U50%, кВ макс
Положительная
Отрицательная

Примечание: P = ________ мм рт. ст. , t° = ________°C , Dш = ______ см.

Контрольные вопросы.

1. Как работает ГИН?

2. Какие параметры ГИН определяют длительность фронта импульса и длительность импульса?

3. Зачем в схеме ГИН применены успокоительные сопротивления R_у?

4. Какова роль зарядных сопротивлений R_зар?

5. Какова роль защитного сопротивления R_защ?

6. Как определяются параметры импульса и как определяются параметры стандартного импульса?

7. Как регулируется амплитуда импульса, выдаваемого ГИН?

8. Каковы составляющие времени разряда?

9. От каких факторов зависит статистическое время запаздывания разряда?

10. Дайте формулировку U_мин и U_50%.

Работа №5

Исследования распределения напряжения по элементам гирлянды изоляторов

Цель работы: изучить распределение напряжения по элементам гирлянды и убедиться в эффективности применения защитной арматуры.

Пояснения к работе

На линиях электропередачи высокого напряжения обычно применяются подвесные изоляторы тарельчатого типа, соединенные последовательно (гирлянда изоляторов), а на подстанциях – колонки изоляторов, состоящие из последовательно соединенных элементов.

В соответствии с ПУЭ количество подвесных тарельчатых изоляторов в поддерживающих гирляндах для ВЛ на металлических и железобетонных опорах должно определяться по формуле

где L_и(см) - длина пути утечки одного изолятора по стандарту или техническим условиям на изолятор конкретного типа (табл. 1), если расчет m не дает целого числа, то выбирают следующее целое число; L (см) - длина пути утечки изоляторов и изоляционных конструкций из стекла и фарфора.

Длина пути утечки изоляторов определяется по формуле

L = _Н  U_ФМ  k,

где _э — удельная нормированная длина пути утечки по табл. 5.1, см/кВ; U_фм  - наибольшее рабочее фазное напряжение, кВ; k — результирующий корректирующий коэффициент.

Величина U_фм рассчитывается как наибольшее рабочее напряжение электроустановок по ГОСТ 1516.3, деленное на √3 . Наибольшее рабочее напряжение для ЛЭП 35 - 220кВ составляет 1,15U_ном , для ЛЭП 330кВ – 1,1U_ном , для ЛЭП 500-750кВ – 1,05U_ном.

Таблица 5.1.

Степень загрязнения	Н см/кВ (не менее), при номинальном напряжении, кВ
	до 35 включительно	110-750
1	3,3	2,8
2	4,1	3,5
3	5,3	4,4
4	7,2	5,5

Коэффициент k для одноцепных гирлянд, составленных из однотипных подвесных тарельчатых изоляторов равен корректирующему коэффициенту на использование длины пути утечки

k = k_L

Корректирующие коэффициенты k_L подвесных тарельчатых изоляторов по ГОСТ 27661 со слабо развитой нижней поверхностью изоляционной детали следует определять по таблице 5.2 в зависимости от отношения длины пути утечки изолятора L_И к диаметру его тарелки D.

Таблица 5.2.

Lи/d	KL
От 0,90 до 1,05 включительно	1,00
От 1,05 до 1,10 включительно	1,05
От 1,10 до 1,20 включительно	1,10
От 1,20 до 1,30 включительно	1,15
От 1,30 до 1,40 включительно	1,20

При включении гирлянды изоляторов на переменное напряжение каждый элемент гирлянды можно представить некоторой емкостью С₀ = 50 ÷ 70 пкФ (рис. 5.1). Кроме того, каждый изолятор будет обладать некоторой емкостью металлической арматурой элементов гирлянды и «землей» (опорой, траверсой) С₁ = 4 ÷ 5 мкФ и емкостью между металлической арматурой элементов гирлянды и проводом линии С₂ = 0,5 ÷ 1 пкФ. Емкость С₂<<С₁, т.к. геометрические размеры провода по сравнению с размерами опоры малы (при одном проводе в фазе).

Падение напряжения на i-м элементе гирлянды будет равно

,

где I_i – ток через i–ый изолятор.

По 1-му закону Кирхгофа ток через 2-ой изолятор

I₂ = I₁ – I₁₁ + I₁₂.

Ток I₁₂меньше тока I₁₁ из-за меньшей ёмкости и из-за меньшего приложенного напряжения, поэтому I₂ < I₁ и ΔU₂ < ΔU₁. Аналогично, I₃ < I₂ , ΔU₃ < ΔU₂ и т.д.

Существенное различие величин емкостей С₁ и С₂ является основной причиной уменьшения основного тока, протекающего по элементам гирлянды изоляторов. Однако, на последних изоляторах гирлянды (считая от провода) ток через изоляторы и падение напряжения возрастает. Это обусловлено возрастанием напряжения, приложенного к емкостям С₂, и уменьшением напряжения приложенного к емкостям С₁.

Рис. 5.1. Гирлянда изоляторов (а) и её схема замещения (б)

На рис.5.2 показано распределение напряжения на гирлянде из 22 изоляторов линии 500 кВ; на один изолятор приходится от 9 до 29 кВ при среднем значении 13 кВ.

Рис. 5.2. Распределение напряжения по изоляторам гирлянды ЛЭП500 из 22 изоляторов

При таком неравномерной распределении^: напряжения на первых от провода перегруженных по напряжению элементах может появиться корона. Напряжение появления короны зависит от типа изолятора и лежит в пределах 20-25 кВ. Корона на изоляторах недопустима, так как она вызывает коррозию металлической арматуры изоляторов вследствие разрушения защитного цинкового покрытия и как следствие приводит, к выходу изолятора из строя из-зa образования ржавых потёков на его поверхности; создаются также радиопомехи, мешающие не .только радиосвязи, но и обнаружению дефектных изоляторов в гирлянде радиотехническими методами. Поэтому при напряжениях 330 кВ и выше, когда на первых изоляторах напряжение превышает 20-25 кВ необходимо предусматривать меры по выравниванию напряжения на элементах гирлянды.

Выравнивание распределение напряжения по элементам гирлянды изоляторов может производиться несколькими способами:

а) увеличение собственных ёмкостей элементов ( применением диэлектрика с большой величиной диэлектрической проницаемости, изменением конструкции изолятора и т.п.);

б) составление гирлянд из элементов разных конструкций (разных ёмкостей);

в) включение возле проводов двух параллельно соединенных элементов; сопротивление уменьшается вдвое, что уменьшает напряжение на таком спаренном элементе ( в практике не нашло применения);

г)применение металлической защитной арматуры (кольца, полукольца, овалы), которая при установке её у провода увеличивает ёмкости С₂ (рис. 5.1) и токи через эти ёмкости.

Распределение напряжения по элементам гирлянды или колонки изоляторов в значительной мере зависит от атмосферных условий и состояния поверхности изоляторов. При загрязнении и увлажнений поверхности изоляторов, дожде или тумане распределение напряжения будет определяться главным образом поверхностными сопротивлениями отдельных изоляторов, а не их ёмкостями.

Для выявления дефектных изоляторов в гирляндах используются измерительные штанги, позволяющие измерять напряжение на отдельном изоляторе в рабочем режиме линии электропередачи.

В лабораторной работе используется иной метод, основанный на возможности измерения напряжения на всей гирлянде изоляторов и применении шарового разрядника с неизменным расстоянием между электродами (рис. 5.3).

Рис. 5.3. Схема испытательной установки для измерения распределения напряжения по элементам гирлянды изоляторов.

От испытательного трансформатора на гирлянду изоляторов подаётся плавно регулируемое напряжение, величина которого контролируется электростатическим киловольтметром. К элементам гирлянды поочередно подключается шаровой разрядник ШР, пробивное напряжение которого неизвестно. Если U_ШР - пробивное напряжение шарового разрядника, то для i-го элемента гирлянды относительное напряжение α_i составляет α_i= U_ШР / U_i , где U_i – напряжение на всей гирлянде в момент пробоя промежутка шарового разрядника, установленного на i-ом элементе.

Поскольку при изменении напряжения гирлянды распределение напряжения на ней не изменяется (если не появляется корона), то сумма всех α_i как относительных напряжений на изоляторах должна быть равна единице:

α₁ + α₂ ...+α_i +…. α_n =1.

Заменяя α_i отношениями напряжений, получим:

Из последнего выражения можно определить напряжение пробоя шарового разрядника

Затем после подсчёта U_ШР можно определить долю напряжения на элементах гирлянды изоляторов α_i в процентах

α_i= U_ШР /U_i ·100.