2 лаба

Цель работы: приобретение практических навыков высоковольтных испытаний изоляторов, 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 по-верхности 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 ха-рактеристик: сухоразрядное напряжение при промышленной частоте, мокро-разрядное напряжение при промышленной частоте, коронное напряжение, про-бивное напряжение, вольтсекундная характеристика при стандартной волне напряжения.

Сухоразрядное напряжение применяют для оценки электрической прочности изоляторов, предназначенных для внутренней установки при коммутационном перенапряжении. Сухоразрядным напряжением U_ср изолятора называется такое наименьшее напряжение промышленной частоты, при котором происходит искровой разряд по сухой и чистой поверхности изолятора при нормальных атмосферных условиях. Значение этого напряжения определяется разрядным расстоянием, т. е. кратчайшим расстоянием между электродами изолятора. Если во время испытания атмосферные условия отличаются от нормальных, то результат измерения принимается с учетом поправки:

Uср =	Uразр	,	(8)
	δ

где U_разр – наименьшее напряжение промышленной частоты, при котором проходит искровой разряд по поверхности изолятора.

Мокроразрядное напряжение служит для оценки электрической прочности изоляторов, предназначенных для наружной установки при коммутационном перенапряжении.

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

Значение мокроразрядного напряжения определяется по формуле:

Uмр =		Uразр			.	(9)
			Р
0,5		1+
			760

Коронное напряжение характеризует качество и состояние поверхности всех изоляторов (в лабораторной работе коронное напряжение рекомендуется определять визуально).

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

Перед проведением высоковольтных испытаний изоляторов проводится профилактический осмотр их на наличие сколов, трещин, следов перекрытия разрядов. Ремонт изоляторов проводится по мере необходимости. При межремонтных испытаниях проводятся измерение сопротивления изоляторов мегаомметром на напряжение 2500 В и испытание напряжением промышленной частоты 50 кВ в течение одной минуты (в лабораторной работе данные испытания не проводятся). Электрические характеристики изоляторов определяются во время типовых заводских испытаний.

При эксплуатации изоляторов производятся профилактические испытания, при которых определяются только три электрические характеристики изоляторов: сухоразрядное и мокроразрядное напряжение и вольтсекундная ха-рактеристика при стандартной волне напряжения.

В лабораторной работе исследуются электрические характеристики изо-ляторов двух типов: ПФ-70 и ШФ-10, которые используются на магистральных электрифицированных железных дорогах и высоковольтных ЛЭП. Первая буква в маркировке изоляторов обозначает способ крепления (П – подвесной, Ш – штыревой), вторая – материал диэлектрика (Ф – фарфор), далее следует значение максимальной нагрузки в килоньютонах (кН), которую может выдержать изолятор до разрушения.

Изолятор считается выдержавшим испытание, если полученное во время испытания разрядное напряжение окажется больше напряжения, указанного в табл. 3.

Tаблица3

Электрические характеристики изоляторов

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

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 разнообразны, однако испытания изоляции обычно проводят генераторами с емкостными накопителями, имеющими незначительные паразитные индуктивности элементов. Стандартный грозовой импульс в емкостном ГИН получают путем разряда высоковольтного конденсатора на резистор, а пологий фронт испытательного импульса в 1,2 мкс формируют за счет заряда вспомогательного конденсатора через дополнительный резистор. Для формирования стандартного грозового импульса требуется, чтобы постоянная времени разряда основного конденсатора (τ₁ = C₁R₁) была много больше постоянной времени заряда конденсатора фронта (τ₂ = C₂R₂). Рассмотрим принцип работы, например, четырехступенчатого ГИНа, схема которого приведена на рис. 2. ГИН имеет зарядное устройство (трансформатор T1 и диод VD1), сопротивление R_защ, основные конденсаторы C1, шаровые разрядники ШР1 – ШР5, демпфирующие резисторы R_д и элементы формирования фронта R2, C2. Расстояния между шаровыми разрядниками ШР1 – ШР4 подобраны так, что их пробивное напряжение немного больше зарядного напряжения. Паразитные емкости оборудования C_п играют существенную роль в работе генератора.

Рис. 2. Схема четырехступенчатого ГИНа

Конденсаторы ГИНа заряжаются от высоковольтного выпрямителя через за-рядные резисторы R_зар параллельно до одинакового напряжения U₀. На раз-рядник ШР1 подается дополнительный поджигающий импульс напряжения, в результате этого ШР1 пробивается. Потенциал точки 3 практически мгновенно становится равным U₀, поскольку незначительны сопротивление резистора R_д и постоянная времени цепочки R_дCп. 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 высокоомный резистор R_зар. Напряжение на разряднике ШР2 оказывается равным 2U₀, и он пробивается, что приводит в первый момент времени к появлению напряжения 3U₀ на разряднике ШР3. Аналогично пробивается и разрядник ШР4, в результате чего все четыре конденсатора оказываются соединенными последовательно через шаровые разрядники и резисторы R_д. Один из резисторов Rд используется для демпфирования колебаний в контуре C1 – ШР1– C_п, в котором из-за наличия индуктивностей проводов могут возникнуть затухающие колебания с большой амплитудой. При изменении зарядного напряжения требуется перенастройка искровых промежутков шаровых разрядников. В качестве измерительной схемы для регистрации амплитуды и формы импульса используется запоминающий осциллограф N.

Схема лабораторной установки для определения основных электрических характеристик изоляторов на переменном токе приведена на рис. 3, где ИО – испытуемый объект (изолятор), ИП – изолирующая подставка.

Рис. 3. Схема лабораторной установки для определения электрических

характеристик изоляторов

Таблица 4

Тип изолятора	Напряжение, кВ									Заключение о годности изолятора
	рабочее	коронное		сухоразрядное			мокроразрядное
		паспорт	опыт		паспорт	опыт		паспорт	опыт
ПФ-70	15	18	74,76		75	87,36		40	54,6	годен
ШФ-10	10	15	69,72		64	82,32		36	62,16	годен

Контрольные вопросы

1) С какой целью проводятся испытания изоляции повышенным напряжением?

1) Испытание изоляции повышенным напряжением производится с целью выявить скрытые дефекты изоляции и убедиться в ее надежности.

2) Почему скорость увеличения напряжения при испытании на промышленной частоте должна быть постоянной?

2) При проведении опытов напряжение следует поднимать от нуля до про­бивного значения со скоростью 1кВ/с, т.к. при большей скорости показания вольтметра U, будут занижены вследствие инерционности стрелки вольтметра за счет влияния переходных процессов.

3) Чем объяснить увеличение электрической прочности изоляторов при импульсном напряжении в сравнении с напряжением переменной частотой 50 Гц?

3) Так как при импульсном напряжении нагрузка на изолятор и время ее воздействия меньше чем при постоянном перенапряжении, то электрическая прочность выше при импульсном напряжении.

Вывод.

В ходе проведения лабораторной работы были получены навыки проверки электрических изоляторов на перенапряжения некоторых видов. Итогом проверки является заключение о годности обоих проверенных изоляторов к эксплуатации.

7