41

Федеральное агентство по образованию

Саяно–Шушенский филиал

Красноярского государственного технического университета

Кафедра гидроэнергетики,

гидроэлектростанции, электроэнергетических систем

и электрических сетей

Изоляция и перенапряжения

Методические указания по выполнению

лабораторных работ

Саяногорск - 2006

УДК 621.3.027.3

И38

Изоляция и перенапряжения: Методические указания по выполнению лабораторных работ /Сост. М.И.Воронов; СШФ КГТУ. Саяногорск, 2006. 36 с.

Печатается по решению редакционно-издательского совета филиала

© СШФ КГТУ, 2006

Редактор Т.К. Дедова

Подп. в печать .04.06. Бумага ксероксная. Усл.- печ. л.2,4. Уч.-изд. 2,4. Тираж 50 экз. Заказ 27.

Введение

Настоящие методические указания составлены преподавателем кафедры ГГЭЭС Вороновым М.И.

Методические указания предназначены для студентов пятого курса специальности 140209.65 «Гидроэлектростанции» и посвящены изучению вопросов, связанных с работой изоляции оборудования высокого напряжения. Лабораторные работы позволяют изучить устройство высоковольтных испытательных установок, отработать методику проведения испытаний, измерения характеристик изоляции и измерения электрических величин на высоком напряжении. По результатам испытаний и измерений студенты должны оценить состояние оборудования в соответствии с действующей нормативно- технической документацией и сделать соответствующие заключения.

В разделе «Описание установки» приводится краткая характеристика, описание электрической схемы и порядок работы установки, на которой выполняется работа. В тех случаях, когда необходимо иметь более конкретные сведения о порядке переключений, об измерительных приборах, эти сведения приводятся в паспортах на соответствующие установки, имеющиеся в лаборатории.

Цель настоящих методических указаний: систематизировать, расширить и закрепить теоретические знания студентов, приобрести практические навыки работы на высоковольтном оборудовании по измерению изоляционных характеристик, научиться работать с нормативной документацией.

Методические указания обсуждены на кафедре ГГЭЭС СШФ КГТУ и рекомендованы для использования в учебном процессе Саяно-Шушенского филиала Красноярского государственного технического университета.

Лабораторная работа №1

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ ПО ЭЛЕМЕНТАМ

ИЗОЛЯЦИОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Предварительные сведения

Гирлянды изоляторов

Переменное и импульсное напряжения распределяются по изоляторам гирлянды неравномерно. С увеличением числа изоляторов в гирлянде неравномерность возрастает. Если не принять специальных мер, на линиях высокого напряжения (220 кВ и более) часть изоляторов в гирляндах может оказаться под таким напряжением, что на этих изоляторах уже при рабочем напряжении и нормальных атмосферных условиях возникает корона, которая является источником радиопомех и причиной ускоренной коррозии арматуры, вызывает дополнительные потери энергии.

Рис. 1. Гирлянда изоляторов (а) и схема замещения гирлянды (б)

Распределение напряжения по изоляторам гирлянды можно определить с помощью схемы замещения, показанной на рис. 1. На этой схеме:

К – собственные емкости изоляторов;

С₁ – емкости металлических элементов изоляторов относительно заземленных частей сооружения (опоры, заземленных тросов и т.д.);

С₂ – емкости этих же элементов относительно частей установки, находящихся под напряжением (проводов, арматуры);

R - сопротивления утечки по поверхности изоляторов.

Обычно гирлянды комплектуются из однотипных изоляторов, поэтому их собственные емкости имеют одинаковые значения (К = 30÷70 пФ). При чистой и сухой поверхности изоляторов R >> 1/ωК. Поэтому распределение напряжения зависит только от емкостей К, С₁ и С₂. Если бы емкости С₁ и С₂ отсутствовали, напряжение распределялось бы по изоляторам равномерно. В реальных условиях емкости С₁ = (4 ÷ 5) пФ и С₂ = (0,5 ÷ 1,0) пФ, т.е. не равны нулю, поэтому ток, протекающий через емкости К изоляторов, не остается постоянным.

Рис. 2. Влияние емкости С₁ на распределение напряжения

вдоль гирлянды

На рис. 2 приведена схема замещения для случаев С₁ ≠ 0 и C₂ = 0 и условно показано распределение токов. Через собственную емкость ближайшего к проводу изолятора протекает наибольший ток, а через емкость изолятора, ближайшего к “земле”, - наименьший. При этом напряжение вдоль гирлянды распределяется неравномерно.

В реальных условиях на распределение напряжения вдоль гирлянды оказывают влияние как емкости С₁, так и емкости С₂. При этом изоляторы, расположенные в средней части гирлянды, оказываются менее нагруженными, чем изоляторы у концов гирлянды. Вследствие того, что С₁ > С₂, наибольшее падение напряжения приходится на изоляторы, ближайшие к проводу.

Выравниванию распределения напряжения вдоль гирлянды способствует применение специальной арматуры в виде колец овалов, которые укрепляются в месте подвески провода. Такая арматура увеличивает емкость С₂ изоляторов, ближайших к проводу, и тем самым уменьшает долю напряжения, приходящуюся на эти изоляторы. Аналогичное влияние оказывает и расщепление проводов в фазе.

При сильном загрязнении и увлажнении поверхностей изоляторов R >> 1/ωК, поэтому распределение напряжения вдоль гирлянды определяется главным образом сопротивлениями утечки. Если изоляторы гирлянды загрязнены и увлажнены одинаково и равномерно по всей поверхности, то происходит выравнивание распределения напряжения.

Распределение напряжений по изоляторам гирлянды для случая, когда поверхности изоляторов чистые и сухие (R = ∞), получено с учетом того, что для гирлянды изоляторов емкости К¹, С¹_1, С¹₂ на единицу длины определяются через реальные емкости изоляторов К, С₁, С₂ (см. рис. 1):

К¹=Кh; С¹₁=С₁/h; С¹₂=С₂/h,

где h – строительная высота изолятора.

Кроме того учтено, что текущая координата x может принимать лишь дискретные значения х = ih,

где i – порядковый номер изолятора, считая от провода; наибольшее значение i = n, где n – число изоляторов в гирлянде;

hn = l – длина гирлянды.

Напряжение ΔU_i, приходящееся на i-й изолятор гирлянды, равно:

На изоляторе, ближайшем к проводу (i = 1), который работает в наиболее трудных условиях:

(1.1)

При неограниченном увеличении числа изоляторов т.е. при n → ∞:

Следовательно, на основании (1) при n → ∞:

(1.2)

Из (1.1) и (1.2) следует, что с ростом числа изоляторов в гирлянде напряжение на ближайшем к проводу изоляторе уменьшается не обратно пропорционально n, как было бы при равномерном распределении, а в меньшей степени, и стремится к некоторому пределу.

При n ≥ (10 ÷ 15) увеличение числа изоляторов в гирлянде практически не изменяет долю напряжения на ближайшем к проводу изоляторе. Это затрудняет выполнение изоляции для линий высокого и сверхвысокого напряжения (свыше 220 кВ), так как без специальных мер напряжение ΔU₁ независимо от числа изоляторов в гирлянде растет почти пропорционально рабочему напряжению линии U₀.

Для создания более равномерного распределения напряжения вдоль гирлянды и снижения отношения ΔU₁/ U₀ используют специальную арматуру в месте подвески провода. С помощью этой арматуры увеличивают емкость С₂ изоляторов, ближайших к проводу, что приводит к снижению ΔU₁. В случае расщепления проводов емкость С₂ значительно увеличивается. Поэтому применение расщепленных проводов, а также сдвоенных гирлянд, у которых К увеличивается в большей степени, чем С₁, способствует выравниванию распределения напряжения вдоль гирлянды изоляторов.