Лабораторна робота № 4 Випробувальна установка для повторного пробою та руйнування дефектних ізоляторів

Мета роботи - набути практичних навичок знаходити дефектні штирьові ізолятори ПЛЕП 10 кВ імпульсним методом.

Теоретичні положення

Найбільш поширеними дефектами штирьових фарфорових ізоляторів є капіляри та тріщини. Тріщини можуть бути наскрізними або ненаскрізними. Суха тріщина у штирьовому ізоляторі знижує пробивну напругу, проте опір ізоляції та струм витоку можуть не змінюватися. Тому при профілактичних випробуваннях, що базуються на вимірюванні цих величин, не можна виявити дефектні ізолятори ПЛЕП 10 кВ. Перспективним методом профілактичних випробувань є імпульсний метод, що дає змогу зруйнувати дефектний ізолятор і, таким чином, виявити його. Імпульсний метод базується на тому, що в капілярі дефектного ізолятора під час повторного імпульсного розряду виникає ударна хвиля, від якої за певних умов ізолятор руйнується на кілька частин і його штир звільняється.

Основний наслідок дії імпульсного струму, що протікає в капілярі дефектного ізолятора, визначається енергетичним ефектом, який виражається інтегралом:

(4.1)

де R_i - активний опір циліндричного стовпчика плазми в капілярі. Величина R_i залежить від геометричних розмірів і питомої провідності плазми:

(4.2)

δ - питома провідність; ρ - питомий опір плазми, ρ = δ^–1.

Опір R_i становить кілька десятків Ом, а для ізоляторів одного типу його можна вважати сталим.

Формою імпульсу струму є різниця двох експонент:

(4.3)

де T₁ і T₂ - сталі часу розрядного кола, які для глибокоаперіодичних розрядів зв’язані з довжиною фронту τ_ф та довжиною хвилі струму τ_В співвідношеннями:

(4.4)

Рівняння для визначення енергії, що вводиться в капіляр:

(4.5)

Зв’язок критичного тиску в капілярі з характеристиками матеріалу ізолятора та його розмірами, за якого тангенціальні напруги на кінці тріщини перевищують значення, до якого тріщина ще стійка:

, (4.6)

де δ_прил - границя міцності фарфору; r₁ - відстань від осі капіляра до вільної поверхні ізолятора; r₀ - радіус капіляра; r_* - відстань від цієї самої осі до кінця капілярної тріщини, де може порушитись рівновага між механічною напругою і опором розвиванню тріщини.

Критична довжина тріщини, що зростає в радіальному напрямі від дефекту у фарфоровому ізоляторі, r_* = 7·10 ^–3м. Критична густина енергії, що відповідає цьому тиску,

, (4.7)

де - стала для кожного типу ізоляторів величина.

Спільне розв'язання (4.5) і (4.7) дає неповну нерівність

, (4.8)

з якої легко визначити критичну амплітуду імпульсного струму крізь капіляр дефектного ізолятора, що необхідна і достатня для його механічного руйнування одним імпульсом:

(4.9)

Розв'язуючи зворотну (4.9) нерівність, одержуємо акустичний ефект від розряду в капілярі дефектного ізолятора.

Експериментальна установка

Структурну схему установки зображено на рис.4.1. Зарядний пристрій зібрано з випробувального трансформатора Т₁ і випрямляча VD. Розрядне коло генератора імпульсних струмів /ГІС/ складається з імпульсних конденсаторів ІК-50, які мають номінальну напругу 50 кВ і номінальну ємність 2 мкФ. ГІС зв’язаний із зарядним пристроєм через струмообмежуючий опір R_T. Стала часу заряду ГІС не перевищує 5 с.

У пристрої використано чотириелектродний комутатор з дистанційним керуванням. Об’єкт випробувань - дефектний фарфоровий ізолятор - розміщено в гетинаксовому циліндрі, чим запобігається розльот частин зруйнованого ізолятора.

Рис. 4.1. Структурна схема пристрою для руйнування дефектних ізоляторів

Завдання

1. Зняти осцилограму імпульсного струму крізь дефектний ізолятор.

2. За осцилограмою визначити амплітуду струму, що пройшов крізь дефект.

3. Підрахувати кількість шматків ізолятора після випробувань.

Контрольні запитання

1. Найхарактерніші дефекти штирьових ізоляторів,

2. Як формуються ударні хвилі під час повторного пробою дефектного ізолятора?

3. Як визначити опір шунта, що використовується для осцилографування?