Министерство науки и высшего образования Российской федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» |
Инженерная школа энергетики
Направление 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника»
Отделение Электроэнергетики
Отчет по лабораторной работе № 6
«Распределение напряжения по гирлянде подвесных изоляторов»
по дисциплине: Техника высоких напряжений
Выполнили
Студенты группы 5А94 ______________ Милёшкин А.А.
Кудряков А.А.
Кузякин А.В.
Еремеев Д.С.
(дата, подпись)
Проверил преподаватель: _____________ Пустынников С.В
(дата, подпись)
Томск — 2022
Цель работы: изучить распределение напряжения по элементам гирлянды подвесных изоляторов, ознакомиться с применением высоковольтной измерительной штанги.
Краткие сведения
На линиях электропередачи ВН для подвески проводов применяются тарелочные и стержневые изоляторы. Электрические характеристики изоляторов непосредственно зависят от размеров и формы изолирующей тарелки. Тарельчатая форма конструкции подвесных изоляторов предусмотрена для увеличения пути поверхностного электрического разряда. Кроме этого, нижняя поверхность тарелки для увеличения длины пути тока утечки, равной расстоянию по поверхности изолятора от одного электрода к другому, и повышения мокроразрядного напряжения выполняется ребристой. Верхняя часть тарелки имеет гладкую поверхность, наклоненную под углом 5 – 10º к горизонтали для того, чтобы обеспечить стекание воды во время дождя.
Изолирующие свойства поверхности изоляторов определяются величиной удельной поверхностной проводимости, зависящей от степени увлажнения, загрязнения и способности самоочищения. Механическая прочность изоляторов проверяется на растяжение, изгиб и сжатие.
Напряжение по элементам гирлянды подвесных изоляторов распределяется неравномерно, т.е. на первом от провода элементе падение напряжения будет больше, чем на любом из следующих. При включении гирлянды изоляторов на переменное напряжение каждый элемент гирлянды можно представить некоторой емкостью С = 50 ÷ 70 пкФ.
Кроме того, каждый изолятор будет обладать некоторой емкостью по отношению к земле С1 = 4÷5 мкФ и емкостью к проводу С2 = 0,5÷1 пкФ. Токи, идущие через емкости С1 и С2, можно назвать поперечными, а ток по цепочке емкостей С – продольным током.
Степень неравномерности распределения напряжения ΔUi по элементам гирлянды зависит главным образом от отношения С1/С. Чем меньше это отношение, тем, очевидно, равномерней будут нагружены изоляторы, т.е. ослабляется влияние поперечных емкостных токов гирлянды на ее продольный емкостный ток по цепочке изоляторов.
Отношение С2/С оказывает значительно меньшее влияние на распределение напряжения по элементам из-за меньшего значения С2 по сравнению с С1; но в длинных гирляндах влияние С2 проявляется более отчетливо, и величина ΔUi на элементах гирлянды, ближайших к траверсе, увеличивается. Чем больше емкость С изолятора гирлянды, тем равномернее распределение напряжения по ее элементам.
Имеется несколько путей улучшения распределения напряжения по элементам гирлянды:
а) применяют изоляторы большой собственной емкости, например, стеклянные;
б) используют изоляторы, покрытые полупроводящей глазурью, что увеличивает активную составляющую продольного тока гирлянды и снижает влияние поперечных емкостных токов;
в) применяют защитную арматуру в виде экранных колец, рогов, восьмерок, которые монтируют на обоих или только на линейном конце гирлянды;
г) расщепление фазы линии;
д ) расщепление гирлянды изоляторов;
е) изменение расстояния от нижнего изолятора до верхних составляющих расщепленного провода.
Для контроля состояния гирлянд изоляторов могут быть использованы различные методы:
1. Распределение падения напряжения по элементам гирлянды.
2. Высокочастотная дефектоскопия.
3. Электроакустический метод.
Рисунок 1 – Схема для изучения распределения напряжения по гирлянде подвесных изоляторов: АТ – автотрансформатор; Т – высоковольтный трансформатор; Rзащ – защитное сопротивление; V1 и V2 – вольтметры; Р – разрядник; ДН – делитель напряжения
Рисунок 2 – Экспериментальные данные для определения падения напряжения на каждом элементе гирлянды изоляторов
Таблица 1 – Экспериментальные данные для определения падения напряжения на каждом элементе гирлянды изоляторов
Номер элемента |
Показания вольтметра на стороне высокого напряжения трансформатора, U2, кВмакс |
Напряжение на элементе, ΔU, кВмакс по табл. МЭК |
Относительная величина напряжения на элементе, ΔUi’, % |
Относительная величина напряжения на элементе с поправкой, ΔUi, %
|
Примечания |
|||||||
1 |
2 |
3 |
среднее |
|||||||||
1 |
12 |
14 |
10 |
12 |
4,7 |
39,16 |
38,3 |
Целые изоляторы |
||||
2 |
20 |
20 |
20 |
20 |
23,5 |
23 |
||||||
3 |
26 |
20 |
24 |
23 |
20,4 |
19,9 |
||||||
4 |
28 |
24 |
26 |
26 |
18 |
17,6 |
||||||
5 |
28 |
24 |
30 |
27 |
17,4 |
17 |
||||||
6 |
32 |
32 |
30 |
31 |
15,16 |
14,84 |
||||||
1 |
12 |
10 |
10 |
11 |
4,7 |
42,7 |
41,8 |
Дефект на 3-ом изоляторе |
||||
2 |
18 |
16 |
17 |
17 |
27,65 |
27 |
||||||
3 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
||||||
4 |
22 |
20 |
20 |
20 |
23,5 |
23 |
||||||
5 |
24 |
24 |
24 |
24 |
19,6 |
19,2 |
||||||
6 |
26 |
26 |
26 |
26 |
18 |
17,6 |
||||||
1 |
20 |
18 |
18 |
18 |
4,7 |
26,1 |
25,5 |
Выравнивающее кольцо |
||||
2 |
22 |
22 |
22 |
22 |
21,4 |
20,9 |
||||||
3 |
24 |
24 |
24 |
24 |
19,6 |
19,2 |
||||||
4 |
25 |
26 |
24 |
25 |
18,8 |
18,4 |
||||||
5 |
24 |
22 |
22 |
22 |
21,4 |
20,9 |
||||||
6 |
24 |
24 |
22 |
23 |
20,4 |
19,9 |
||||||
Температура окружающей среды: t=23ºC;
Атмосферное давление: P =754 мм.рт.ст.
Пример расчета:
Рисунок 3 – Кривые относительного падения напряжения на элементах гирлянды
Определение в кВ потенциала на шапке каждого изолятора гирлянды
где 
– потенциал на шапке изолятора,
– напряжение,
приложенное к гирлянде.
Исправная гирлянда без кольца, при =20 кВ,
Проверим правильность результатов экспериментов:
Исправная гирлянда:
Гирлянда с дефектом на 2 изоляторе:
Гирлянда с выравнивающим кольцом:
Заметим, что значения получились больше 100%. На это мог повлиять человеческий фактор при записи показаний с вольтметра.
Вывод:
в ходе данной
лабораторной работы было изучено
распределение напряжения по элементам
гирлянды подвесных изоляторов. По
полученным данным был построен график
для каждого из трех опытов. Сравнивая
графики зависимостей первого и третьего
опыта можно сделать вывод о том, что
выравнивающее кольцо оказывает
значительное воздействие на распределение
напряжения по гирлянде изоляторов, т.е.
напряжение выравнивается.
Сумма относительной величины напряжения на элементе гирлянды во всех трех опытах оказалась больше 100%. Неправильность полученных результатов объясняется человеческим фактором при фиксации показаний вольтметра.
Чем больше емкость С изолятора гирлянды, тем равномернее распределение напряжения по ее элементам. Появление дефектного элемента уменьшает количество изоляторов и емкость гирлянды, так как отсутствует емкость, в месте, где находится дефект.