3 лаба

Цель работы: ознакомление с распределением напряжения вдоль гирлянды, состоящей из подвесных изоляторов, и со способами выравнивания напряжения вдоль гирлянды изоляторов.

3.1. Краткие теоретические сведения

Вследствие различных причин, вызванных атмосферным или внутренним перенапряжением, на гирлянде изоляторов может возникнуть разряд, который, образовав дугу, своим термическим воздействием может повредить элементы гирлянды.

Напряжение по изоляторам гирлянды распределяется неравномерно.

Наибольшее напряжение приходится на изоляторы, расположенные вблизи провода, наименьшее – на изоляторы, находящиеся в середине гирлянды, напряжение на изоляторах, размещенных вблизи заземленной траверсы, также значительно. Гирлянду, собранную из отдельных подвесных изоляторов, с электрической точки зрения можно представить состоящей из ряда последовательно включенных емкостей в виде схемы замещения, представленной на рис.4, где С – собственная емкость одного элемента гирлянды, С₁ – емкость одного изолятора относительно земли, С2 – емкость изолятора по отношению к проводу. Собственная емкость с одного изолятора равна 40-70 пФ. Паразитные емкости С1 и С2 составляют 4-5 пФ каждая. Если бы паразитных емкостей не было, то весь поток смещения в виде зарядного тока проходил бы по гирлянде, не меняя своей величины, тогда падение напряжения на отдельных изоляторах было бы одинаково и, следовательно, на каждый изолятор приходилось бы одинаковое напряжение:

U = (10)

где U₀ – напряжение, подведённое к гирлянде;

n – число изоляторов в гирлянде.

За счет ответвления части зарядного тока на паразитные емкости через каждый изолятор будет протекать ток, уменьшаясь к середине гирлянды. При неравномерном распределении напряжения на изоляторах гирлянды может возникнуть корона. Корона считается недопустимым явлением, так как создает дополнительные потери энергии на ионизацию воздуха, усиливает коррозию металла, увеличивает радиопомехи, поэтому при наличии на рабочем проводе напряжения свыше 154 кВ, когда на первый изолятор приходится 20 кВ и более, необходимо применять меры по выравниванию напряжения. Это можно выполнить несколькими способами:

- применением изоляторов, имеющих различную емкость, тогда паразитные емкости станут меньшими по сравнению с емкостью изолятора;

- увеличением емкости всей гирлянды путем применения экранирующих колец Пика;

- расщеплением проводов в фазе.

На высоковольтных линиях с расщепленными фазами утапливают ближайшие изоляторы между проводами расщепленной фазы.

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

Схема лабораторной установки для определения распределения напряжения вдоль элементов гирлянды подвесных изоляторов приведена на рис. 5, где

ГИ – гирлянда изоляторов; ШР – переносной шаровой разрядник.

Для самостоятельной теоретической подготовки рекомендуется использовать литературные источники [1, 2, 5, 8].

Рис. 5. Схема лабораторной установки для определения неравномерности распределения напряжения по гирлянде изоляторов

3.2. Порядок выполнения работы

1) Присоединить разрядник (расстояние между шариками задается преподавателем) ко вторичной обмотке высоковольтного трансформатора (см. рис. 5, пунктирная линия). Повышая напряжение, определить пробивное напряжение разрядника U_к (опыт повторить три раза и вычислить среднее значение напряжения).

2) Присоединить гирлянду из n изоляторов (число изоляторов задается преподавателем) гибкими проводниками (точки 1 и 2) ко вторичной обмотке высоковольтного трансформатора.

3) Не меняя расстояния между шариками, присоединить разрядник параллельно первому изолятору гирлянды. Плавно повышая напряжение до пробоя разрядника, определить значение напряжения U₀ на гирлянде с пересчетом через коэффициент трансформации.

4) Повторить задания, приведенные в п. 3, присоединяя разрядник к каждому изолятору.

5) На основании полученных данных вычислить значение разницы напряжений на каждом изоляторе в процентах по формуле:

6) Укрепить защитную арматуру на гирлянде и, не меняя расстояния между шарами, повторить задание п. 2 – 5.

7) Результаты измерений записать в табл. 5.

8) Построить кривые распределения напряжения на элементах гирлянды без защитной арматуры и с ней.

Таблица 5

Результаты измерений распределения напряжения

на элементах гирлянды изоляторов

Номер изолятора в гирлянде	Расстояние между шариками разрядника, мм	Собственное пробивное напряжение разрядника, Uк, кВ	Пробивное напряжение на гирлянде при срабатывании разрядника U0, кВ				∆U, %		Примечание
			измерение
			1-е	2-е	3-е	ср.
Без защитной арматуры
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.	13 13 13 13 13 13 13	24 24 24 24 24 24 24	140 170 200 174 172 130 94	141 172 198 172 178 131 95	139 164 184 174 176 132 95	140 168,6 194 173,3 175,3 131 94,4		17,14 14,23 12,37 13,84 13,7 18,32 25,42
С защитной арматурой
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.	13 13 13 13 13 13 13	24 24 24 24 24 24 24	150 160 204 192 202 180 164	150 162 196 184 200 172 162	148 156 202 150 198 172 152	149,3 159,3 200,6 175,3 200 174,6 159,3		16,07 15,06 11,96 13,7 12 13,74 15,06

Результаты измерений распределения напряжения

на элементах гирлянды изоляторов

3.3. Контрольные вопросы

1) Из каких элементов состоит схема замещения гирлянды?

Схема замещения гирлянды состоит из емкостей, представляющих собой сами изоляторы и емкостей между металлическими креплениями изоляторов и заземленными частями линии, а также токоведущими частями (Рисунок 1). Значения двух последних емкостей (С1 и С2) зависят от положения изолятора в гирлянде.

2) Какие меры применяют для выравнивания распределения напряжения?

а) увеличение собственной емкости изоляторов, когда паразитные емкости станут меньшими по сравнению с емкостью изолятора;

б) применение изоляторов, имеющих различную емкость;

в) увеличение емкости всей гирлянды путем применения специальной арматуры в виде колец, восьмерок и овалов.

3) Как загрязнение и дождь влияют на характер распределения напряжения вдоль гирлянды?

При смачивании изоляторов дождем, а также при загрязнении их проводящими осадками распределение напряжения определяется главным образом проводимостями по поверхностям изоляторов и в основном имеет более равномерный характер.

4) К чему приводит наличие дефектного изолятора в гирлянде?

Наличие дефектного изолятора в гирлянде приводит к тому, что изменяются значения емкостей изоляторов относительно токоведущих частей и земли в эквивалентной схеме замещения гирлянды. В результате увеличивается напряжение, приходящееся на один изолятор, и снижается напряжение, которое может выдержать гирлянда.

Вывод

Проведя лабораторную работу, мы ознакомились с одним из способов выравнивания напряжения вдоль гирлянды изоляторов и получили распределение данного напряжения с применением данного метода и без него. Полученные результаты приведены в таблице 1 и на рисунке 2. Из них следует, что кольца Пика существенно снижают напряжение на крайних изоляторах гирлянды.

7