ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

федеральное государственное бюджетное образовательное

Учреждение высшего профессионального образования

«ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСТИТЕТ

ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ»

(ОмГУПС (ОмИИТ))

Кафедра «Электроснабжение железнодорожного транспорта»

Изоляция при импульсном и переменном напряжении. Электрические характеристики изоляторов

Отчет по лабораторной работе №2

по дисциплине «Техника высоких напряжений и электротехнические материалы»

ИНМВ. 600003.00

Студент гр.42Г

В. В. Кузьмин

Руководитель –

доцент кафедры ЭЖТ

Е. А. Кротенко

Омск 2013

Цель работы.

Приобретение практических навыков в высоковольтных испытаниях изоляторов и определение их основных электрических характеристик.

Краткие теоретические сведения.

Для электрической изоляции и механического крепления токоведущих частей в установках низкого и высокого напряжения применяются изоляторы различных типов. Все изоляторы должны иметь определенную электрическую и механическую прочность.

Нарушение электрической прочности изолятора может произойти вследствие наличия дефектов в фарфоре или разряда в воздухе, проходящего по поверхности изолятора. В первом случае изолятор полностью выходит из строя, во втором ( после отключения линии и гашения дуги ) его можно оставить в работе.

Оценка электрической прочности изоляторов делается на основе пяти характеристик: сухоразрядное напряжение при промышленной частоте тока, мокроразрядное напряжение при промышленной частоте тока, коронное напряжение, пробивное напряжение, вольт-секундная характеристика при стандартной волне напряжения.

Сухоразрядным напряжением называется такое наименьшее напряжение промышленной частоты, при котором происходит искровой разряд по сухой и чистой поверхности изолятора при нормальных атмосферных условиях. Если во время испытания атмосферные условия отличаются от нормальных, то результат измерения принимается с учетом поправки:

(1)

где U_разр- наименьшее напряжение промышленной частоты, при котором происходит искровой разряд по поверхности изолятора.

Мокроразрядным напряжением называется такое наименьшее напряжение промышленной частоты, при котором происходит искровой разряд по поверхности изолятора, подверженной действию дождя силой 3 мм/мин при температуре +20ºС и направлении струй воды под углом 45º к горизонту. Мокроразрядное напряжение меньше сухоразрядного.

Значение мокроразрядного напряжения определяется по формуле:

(2)

Коронное напряжение характеризует качество и состояние поверхности всех изоляторов.

Пробивное напряжение характеризует качество фарфора.

Вольт-секундная характеристика (импульсное напряжение) применяется для оценки электрической прочности изоляторов при атмосферном перенапряжении.

Для электрической изоляции и механического крепления токоведущих частей в установках низкого и высокого напряжения применяются изоляторы различных типов. Все изоляторы должны обладать определенной электрической и механической прочностью.

Оценка электрической прочности изоляторов делается на основе пяти характеристик:

1. сухоразрядное напряжение при промышленной частоте;

2. мокроразрядное напряжение при промышленной частоте;

3. коронное напряжение;

4. пробивное напряжение;

5. вольт-секундная характеристика при стандартной волне напряжения.

Сухоразрядное напряжение – такое напряжение промышленной частоты, при котором происходит искровой разряд по сухой и чистой поверхности изолятора при нормальных атмосферных условиях. Величина этого напряжения определяется величиной разрядного расстояния, то есть кратчайшего расстояния между электродами изолятора.

Мокроразрядное напряжение – наименьшее напряжение промышленной частоты, при котором происходит искровой разряд по поверхности изолятора, подверженной действию дождя силой 3 мм/мин при t = + 20С и направлением струй под углом 45 к горизонту. Это напряжение меньше сухоразрядного.

Коронное напряжение характеризует качество и состояние поверхности всех изоляторов.

Пробивное напряжение характеризует качество фарфора.

Вольт-секундная характеристика (импульсное напряжение) служит для оценки электрической прочности изоляторов при атмосферных перенапряжениях.

Перед проведением высоковольтных испытаний изоляторов проводится профилактический осмотр на наличие сколов, трещин, следов перекрытия разрядов. Электрические характеристики изоляторов определяются во время заводских испытаний. При эксплуатации изоляторов производятся профилактические испытания, которые включают в себя только проверки на сухоразрядное напряжение, мокроразрядное напряжение и исследование вольт-секундной характеристики.

Изолятор считается выдержавшим испытание, если полученное во время испытания разрядное напряжение окажется больше напряжения, указанного в табл.1.

Таблица 1

Электрические характеристики изоляторов

Тип изолятора	Напряжение, кВ
	рабочее	коронное	сухо- разрядное	мокро- разрядное	пробивное	импульсное
ПФ-70	15	18	75	40	90	145
ШФ-10	10	15	64	36	80	130

Испытания изоляции оборудования стандартными грозовыми импульсами, имеющими длительность фронта 1.2 мкс и длительность до полуспада 50 мкс, проводят с помощью генераторов импульсных напряжений (ГИН). Схемы ГИН достаточно разнообразны, однако испытания изоляции обыкновенно проводят генераторами с емкостными накопителями, обладающими весьма небольшими паразитными индуктивностями элементов. Стандартный грозовой импульс в емкостном ГИН получают путем разряда высоковольтного конденсатора на резистор, а сравнительно пологий фронт в 1.2 мкс формируют за счет заряжения вспомогательного конденсатора через дополнительный резистор.

Для формирования стандартного грозового импульса требуется, чтобы постоянная времени разряда основного конденсатора была много больше постоянной времени заряжения конденсатора фронта . Рассмотрим принцип работы на примере четырехступенчатого ГИНа, схема которого приведена на рис. 1. ГИН имеет зарядное устройство на трансформаторе T1, сопротивлении R_защ, основные конденсаторы C1, шаровые разрядники ШР1- ШР5, демпфирующие резисторы R_д и элементы формирования фронта R2,C2. Расстояния между шарами промежутков ШР1- ШР4 подобраны так, что их пробивное напряжение немного больше зарядного напряжения. Символами C_П обозначены паразитные емкости оборудования, играющие существенную роль в работе генератора.

Рисунок 1 - Схема четырехступенчатого ГИНа

Конденсаторы ГИН заряжаются от высоковольтного выпрямителя через зарядные резисторы R_зар параллельно до одинакового напряжения U₀. На промежуток ШР1 подается дополнительный поджигающий импульс напряжения, так что ШР1 пробивается. Потенциал точки 3 практически мгновенно становится равным U₀, поскольку величина сопротивления резистора R_д мала и мала постоянная времени цепочки R_дC_П. Потенциал точки 4 по отношению к земле при этом равен сумме потенциала точки 3 и напряжения U₀, а потенциал точки 5 остается нулевым, поскольку паразитная емкость C_П не успевает зарядиться через сравнительно высокоомный резистор R_зар. Напряжение на промежутке ШР2 оказывается равным 2U₀ и промежуток ШР2 пробивается, что приводит в первый момент времени к появлению напряжения 3U₀ на промежутке ШР3. Аналогично пробивается и промежуток ШР4, так что все четыре конденсатора оказываются соединенными последовательно через искровые промежутки и резисторы R_д. Резистор R_д используется для демпфирования колебаний в контуре C1- ШР1-Cп, в котором из-за наличия индуктивностей проводов могут возникнуть затухающие колебания с большой амплитудой.

При изменении зарядного напряжения требуется перенастройка искровых промежутков. В качестве измерительной схемы используется омический делитель напряжения и запоминающий осциллограф.

Схема лабораторной установки для определения основных электрических характеристик изоляторов на переменном токе приведена на рис.2, где ИО – испытуемый (объект) изолятор, ИП – изолирующая подставка.

Рисунок 2 – Схема лабораторной установки для определения электрических характеристик изоляторов.