Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться со схемой ГИН (рис.4.3).

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 путём регулирования расстояния между шарами ИШР таким образом, чтобы между ними возникало 4-6 пробоев из 10 приложений импульсного напряжения. Измерение должно начинаться с приложения 10 импульсов, не вызывающих разрядов. 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 п.п. 2-5.

7. Результаты опытов свести в таблицу 4.1.

Таблица 4.1.

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

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

δ = _________, D_ш = ______ см.

Контрольные вопросы

1. Какими параметрами характеризуется импульс? Каковы параметры стандартного полного грозового импульса?

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

3. Какова роль успокоительных R_у и зарядных сопротивлений R_зар?

4. Как регулируется амплитуда импульса, выдаваемого ГИН? Как можно изменить частоту подачи импульсов?

5. Каковы составляющие времени разряда?

6. От каких факторов зависит статистическое время запаздывания разряда?

7. Дайте формулировку U_мин иU_50%.

Лабораторная работа № 5

Исследование 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.

Р ис.5.1 Подвесной изолятор тарельчатого типа

На рис. 5.1 показана конструкция подвесного изолятора. Его основу составляет фарфоровое или стеклянное тело – тарелка (1), средняя часть которой вытянутая кверху, называется головкой. На головке крепится шапка из ковкого чугуна (2), а в гнездо, расположенное внутри головки, заделывается стальной стержень (3). Каждый изолятор гирлянды можно представить некоторой «паразитной» ёмкостью. Как известно, величина электрической ёмкости для плоских электродов площадью S, расположенных на расстоянии dв среде с относительной диэлектрической проницаемостью ε_ср

C =ε₀ε_срS/d.

Собственная ёмкость подвесного изолятора, электродами которой являются металлические шапка и стержень (рис. 5.1), составляет величину порядкаС₀ = 50 ÷ 70 пкФ. Кроме того, каждый изолятор обладает некоторой ёмкостью между металлической арматурой элементов гирлянды и «землей» (опорой, траверсой)С₁ = 4 ÷ 5 пкФ и ёмкостью между металлической арматурой элементов гирлянды и проводом линииС₂ = 0,5 ÷ 1 пкФ (рис. 5.2). Ёмкость С₂<<С₁, т.к. геометрические размеры провода по сравнению с размерами опоры малы (при одном проводе в фазе).

Рис. 5.2. Гирлянда изоляторов(а) и её схема замещения(б)

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 I₁₁из-за меньшей ёмкости и из-за меньшего приложенного напряжения, поэтому I₂<I₁ и ΔU₂<ΔU₁. Аналогично, I₃<I₂,ΔU₃<ΔU₂и т.д.

Существенное различие величин емкостей С₁и 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.

При этом на первых от провода перегруженных по напряжению элементах гирлянды может появиться корона и частичные разряды в объемах изоляции, что в конечном итоге является причиной появления начальных дефектов и последующего развития повреждения изоляции. Напряжение появления короны зависит от типа изолятора и лежит в пределах 20-25 кВ. Корона на изоляторах не допустима, так как она вызывает коррозию металлической арматуры изоляторов вследствие разрушения защитного цинкового покрытия и, как следствие, приводит к выходу изолятора из строя из-за образования ржавых подтёков на его поверхности. При короне создаются также помехи, мешающие не только радиосвязи, но и обнаружению дефектных изоляторов в гирлянде радиотехническими методами. Поэтому при напряжениях 330 кВи 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. 5.2) и токи через эти ёмкости.

На ЛЭП напряжением 750 кВ и выше экранные кольца на гирляндах, как правило, не устанавливаются, так как выравнивающий эффект достигается за счет расщепления проводов в фазе.

Для защиты гирлянды от нежелательных воздействий силовой дуги, возникающих при перекрытии изоляторов, на обоих концах гирлянды устанавливаются защитные рога, конфигурация и размеры которых способствуют отрыву дуги от гирлянды и выносу ее в воздушную среду.

Стеклянные изоляторы обладают большей ёмкостью, поэтому в гирлянде со стеклянными изоляторами напряжение делится более равномерно по сравнению с гирляндой из аналогичных фарфоровых изоляторов (ε_ст>ε_ф). Стеклянные изоляторы выдерживают большие электромеханические нагрузки по сравнению с фарфоровыми, а возможные при эксплуатации внутренние дефекты стеклянных изоляторов легко выявляются визуально, так как при пробое стеклянная юбка изолятора рассыпается на мелкие кусочки и при этом изолятор продолжает нести механическую нагрузку.

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 для исследования распределения напряжения по элементам гирлянды изоляторов используется иной метод, основанный на возможности измерения напряжения на всей гирлянде изоляторов и применении шарового разрядника с неизменным расстоянием между электродами(рис. 5.3).

От испытательного трансформатора на гирлянду изоляторов подаётся регулируемое напряжение, величина которого контролируется киловольтметром kV. 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_ГИРi,

где U_ГИРi– напряжение на всей гирлянде в момент пробоя промежутка шарового разрядника, установленного на i-ом элементе.

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

Поскольку при изменении напряжения, приложенного к гирлянде изоляторов, распределение напряжения по её элементам не изменяется (если не появляется корона), то сумма всех α_iкак относительных напряжений на изоляторах должна быть равна единице:

α₁ + α₂ ...+α_i +….α_n =1.

Заменяя α_iотношениями напряжений, получим:

Из последнего выражения можно определить напряжение пробоя шарового разрядника

(1)

После расчёта U_ШР можно определить относительное значение напряжения на каждом элементе гирлянды изоляторов в процентах от напряжения на всей гирлянде

(2)