1.3. Контрольные вопросы

1. Чем испытательный трансформатор отличается от силового?

2. Какие требования необходимо соблюдать при регулировке напряжения автотрансформатором?

3. Для чего предназначено основное оборудование испытательной уста-

новки?

10

Лабораторная работа 2

ИЗОЛЯЦИЯ ПРИ ИМПУЛЬСНОМ И ПЕРЕМЕННОМ НАПРЯЖЕНИИ. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИЗОЛЯТОРОВ

• е л ь р а б о т ы: приобретение практических навыков высоковольтных испытаний изоляторов, определение их основных электрических характе-ристик.

2.1. 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 вследст-вие 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, вольт-секундная характеристика при стандартной волне напряжения.

Сухоразрядное напряжение применяют для оценки электрической проч-ности изоляторов, предназначенных для внутренней установки при коммутаци-онном перенапряжении. Сухоразрядным напряжением U_ср изолятора называет-ся такое наименьшее напряжение промышленной частоты, при котором проис-ходит искровой разряд по сухой и чистой поверхности изолятора при нормаль-ных атмосферных условиях. Значение этого напряжения определяется разряд-ным расстоянием, т. е. кратчайшим расстоянием между электродами изолятора. Если во время испытания атмосферные условия отличаются от нормальных, то

11

результат измерения принимается с учетом поправки:

Uср =	Uразр	,	(8)
	δ

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

Мокроразрядное напряжение служит для оценки электрической проч-ности изоляторов, предназначенных для наружной установки при коммутаци-онном перенапряжении.

Мокроразрядным напряжением называется такое наименьшее напря-жение промышленной частоты, при котором проходит искровой разряд по по-верхности изолятора, подверженной действию дождя силой 3 мм/мин при тем-пературе +20^оС и направлении струй воды под углом 45^о к горизонту. Мокро-разрядное напряжение меньше сухоразрядного.

Значение мокроразрядного напряжения определяется по формуле:

U мр =		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 перенапря-жении.

Перед проведением высоковольтных испытаний изоляторов проводится профилактический осмотр их на наличие сколов, трещин, следов перекрытия разрядов. Ремонт изоляторов проводится по мере необходимости. При межре-монтных испытаниях проводятся измерение сопротивления изоляторов ме-гаомметром на напряжение 2500 В и испытание напряжением промышлен-ной

12

частоты 50 кВ в течение одной минуты (в лабораторной работе данные испыта-ния не проводятся). Электрические характеристики изоляторов определяются во время типовых заводских испытаний.

При эксплуатации изоляторов производятся профилактические испыта-ния, при которых определяются только три электрические характеристики изо-ляторов: сухоразрядное и мокроразрядное напряжение и вольт-секундная ха-рактеристика при стандартной волне напряжения.

• 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 бук-ва в маркировке изоляторов обозначает способ крепления (П – подвесной, Ш – штыревой), вторая – материал диэлектрика (Ф – фарфор), далее следует значе-ние 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.

• а б л и ц а 3

Электрические характеристики изоляторов

			Напряжение, кВ
Тип изоля-
			сухоразряд-	мокрораз-	пробивное	импульс-
тора
	рабочее	коронное	ное	рядное		ное
ПФ-70	15	18	75	40	90	145
ШФ-10	10	15	64	36	80	130

Испытания изоляции оборудования стандартными грозовыми импульса-ми, 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 гене-раторами 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 вспомо-гательного конденсатора через дополнительный резистор. Для формирования

13

стандартного грозового импульса требуется, чтобы постоянная времени разряда основного конденсатора (τ₁ = C₁R₁) была много больше постоянной времени за-ряда 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, ос-новные 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 обо-рудования C_п играют существенную роль в работе генератора.

Рис. 2. Схема четырехступенчатого ГИНа

Конденсаторы ГИНа заряжаются от высоковольтного выпрямителя через зарядные 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_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 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

14

разрядник ШР4, в результате чего все четыре конденсатора оказываются соеди-ненными последовательно через шаровые разрядники и резисторы R_д. Один из резисторов R_д используется для демпфирования колебаний в контуре C1 – ШР1

– C _п, в котором из-за наличия индуктивностей проводов могут возникнуть зату-хающие колебания с большой амплитудой. При изменении зарядного напря-жения требуется перенастройка искровых промежутков шаровых разрядни-ков. 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

Для самостоятельной теоретической подготовки рекомендуется использо-вать литературные источники [1, 5, 8, 9].