22. Гирлянды изоляторов. Распределение напряжения по элементам гирлянды.

На напряжение 35 кВ и выше подвесные изоляторы собираются в гирлянды (рис. 2.10а). Шарнирное соединение элементов гирлянды обеспечивает гибкость гирлянды, что снижает механические нагрузки на изоляторы при обрыве провода и сильном ветре, а также создает удобства монтажа.

Рис. 2.10 – Гирлянды изоляторов: а – схема подвеса на портале; б – схема замещения гирлянды изоляторов; в – распределение напряжения по элементам гирлянды

Гирлянды подразделяются на поддерживающие и натяжные. Поддерживающие гирлянды монтируются на промежуточных опорах, их нагрузка определяется весом проводов и возможными осадками, (гололедом). Для подвеса проводов концевых, угловых и анкерных опор используются натяжные гирлянды изоляторов, которые кроме веса провода и гололеда воспринимают нагрузки, определяемые тяжением провода. Поэтому они располагаются почти горизонтально. При использовании проводов больших сечений применяются сдвоенные и строенные гирлянды.

Основными электрическими характеристиками гирлянды являются сухоразрядное и мокроразрядное напряжения перекрытия. Значения этих напряжений зависят от типа и количества используемых изоляторов.

Проведенные исследования и опыт эксплуатации показывают, что величины разрядных напряжений гирлянды не равны сумме разрядных напряжений отдельных изоляторов. Это объясняется тем, что при перекрытии гирлянды дуга может на отдельных участках отрываться от поверхности изолятора. Кроме того, в процессе эксплуатации имеет место загрязнение поверхности изолятора продуктами уноса промышленных предприятий и пылью, что снижает величину поверхностного сопротивления и увеличивает вероятность перекрытия.

Поэтому электрическую прочность гирлянды принято оценивать по величине эффективной длины пути утечки и коэффициенту удельной эффективной длины утечки

, (2.2)

где – амплитуда линейного напряжения.

Вероятность перекрытия будет тем меньше, чем больше значение .

Значение зависит от геометрических размеров изолятора и и для внешней изоляции может быть определено по выражению

. (2.3)

Коэффициент зависит от отношения . Значение коэффициента лежит в пределах 1,0–1,4. нормируется и приводится в таблицах для районов с различной степенью загрязнения.

Для надежной работы изоляции необходимо, чтобы длина утечки была

, (2.4)

где – наибольшее длительно допустимое напряжение между фазами.

Второй отличительной особенностью работы изоляторов в гирлянде является неравномерность распределения напряжения по отдельным элементам гирлянды.

Электрическая схема замещения гирлянды приведена на рис. 2.1б. Здесь – собственная емкость изолятора; – емкость изолятора относительно опоры; – емкость изолятора относительно провода. Для используемых в эксплуатации тарельчатых изоляторов значения емкостей колеблются в пределах = 30–70 пФ; = 4–5 пФ, = 0,5–1,0 пФ.

Рассмотрим характер изменения напряжения по гирлянде изоляторов для случая, когда провод имеет положительный потенциал относительно опоры. Направление токов для этого случая показано на рис. 2.10б.

Допустим, что , а . Тогда наибольший ток будет протекать через первый от провода изолятор (емкость ). По мере приближения к опоре, токи протекающие через изоляторы, будут уменьшаться в результате шунтирующего влияния емкостей и через последний изолятор будет протекать минимальный ток. В этом случае характер распределения по элементам гирлянды будет иметь вид кривой 1 (рис. 2.10в).

Для случая и наибольший ток будет протекать через изолятор, расположенный у опоры, а наименьший – через первый изолятор за счет шунтирующего влияния емкостей . Поэтому характер распределения напряжения по элементам гирлянды будет иметь вид кривой 2.

При и токи, протекающие через изоляторы (емкости ) будут определяться соотношением токов и . Т.к. , то и напряжение на первом от провода изоляторе будет больше, чем на последующих.

При значительном количестве изоляторов ( ) ток, протекающий через изолятор, может быть больше тока через за счет соотношения токов и . В этом случае напряжение на изоляторе может быть больше, чем на -ом., а характер распределения напряжения по гирлянде будет иметь вид кривой 3. Таким образом, причиной неравномерного распределения напряжения по изоляторам является влияние емкостей и .

При количестве изоляторов 6 и более на первый изолятор от провода приходится 20–25 % полного фазного напряжения. Неравномерность распределения напряжения не снижает электрическую прочность гирлянды, однако при напряжении 154 кВ и более на первом изоляторе возможно возникновение короны. Корона увеличивает потери энергии, вызывает коррозию металла и создает значительные радиопомехи. Поэтому требуются специальные меры по выравниванию напряжения на гирлянде изоляторов.

Наиболее эффективным способом выравнивания напряжения является использование защитной арматуры в виде металлических колец, овалов, восьмерок, укрепленных на обоих концах гирлянды или только на линейном конце. Арматура увеличивает емкость изоляторов относительно провода, что приводит к выравниванию напряжения.

Сравнительно равномерное распределение напряжения имеет место и при использовании расщепленных проводов. При дожде неравномерность распределения напряжения уменьшается за счет увеличения токов утечки по поверхности изоляторов, а при сухой погоде уменьшение неравномерности достигается за счет интенсивной ионизации у наиболее загруженного по напряжению изолятора.

При использовании более массивных изоляторов или сдвоенных гирлянд неравномерность уменьшается за счет увеличения значения сквозного тока, протекающего через собственные емкости изоляторов . Защитная арматура предохраняет фарфоровую поверхность изолятора от повреждения дугой при перекрытиях, так как разряд отводится от поверхности изолятора и дуга горит на кольцах защитной арматуры. Разрядные характеристики гирлянд, снабженных арматурой, практически не отличаются от характеристик гирлянд без арматуры.