Предварительные сведения

ИЗОЛЯЦИЯ И ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ

В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ

Методические указания по выполнению лабораторных работ № 1-4

Саяногорск

СШФ СФУ

УДК 621.3.027

И39

Рецензент: В.В. Белобородов, инженер лаборатории технической диагностики ОАО «Саяно-Шушенская ГЭС имени П.С. Непорожнего», старший преподаватель кафедры ГГЭЭС Саяно-Шушенского филиала Сибирского федерального университета.

И39 Изоляция и перенапряжения в электрических системах: методические указания по выполнению лабораторных работ № 1-4 / сост. М.И. Воронов. - Саяногорск : Сибирский федеральный ун-т; Саяно-Шушенский филиал, 2008. – 56 с.

Рекомендовано к изданию

Редакционно-издательским советом Саяно-Шушенского филиала СФУ

Методические указания предназначены для студентов, обучающихся

по специальности 140209.65 «Гидроэлектростанции».

© Саяно-Шушенский филиал СФУ, 2007

Редактор А.А. Чабанова

Подп. в печать Формат 60х80/16. Бумага тип. №1. Офсетная печать. Усл. печ. л. 3,03. Уч.-изд. л. 2,0 . Тираж 150 экз. Заказ №73.

Сибирский федеральный университет; Саяно-Шушенский филиал СФУ

РХ, г. Саяногорск, пгт. Черемушки, д. 15.

Отпечатано на ризографе Саяно-Шушенского филиала СФУ

РХ, г. Саяногорск, пгт. Черемушки, д. 15.

ВВЕДЕНИЕ

Цель настоящих методических указаний: систематизировать, расширить и закрепить теоретические знания, приобрести практические навыки работы на высоковольтном оборудовании по измерению изоляционных характеристик и умение работы с нормативной документацией.

Лабораторные работы позволяют изучить устройство высоковольтных испытательных установок, отработать методику проведения испытания, измерения характеристик изоляции и измерения электрических величин на высоком напряжении. По результатам испытаний и измерений студент должен оценить состояние оборудования в соответствии с действующей нормативно-технической документацией и сделать соответствующее заключение.

В разделе «Схема испытательной установки» приводится краткая характеристика, описание электрической схемы и порядок работы установки на которой выполняется работа. В тех случаях, когда необходимо иметь более конкретные сведения о порядке переключений и об измерительных приборах, эти сведения приводятся в паспортах на соответствующие установки, имеющиеся в лаборатории.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ

ПО ЭЛЕМЕНТАМ ИЗОЛЯЦИОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Предварительные сведения

Гирлянды изоляторов. Переменное и импульсное напряжения распределяются по изоляторам гирлянды неравномерно. С увеличением числа изоляторов в гирлянде неравномерность возрастает. Если не принять специальных мер, на линиях высокого напряжения (220 кВ и более) часть изоляторов в гирляндах может оказаться под таким напряжением, что на этих изоляторах уже при рабочем напряжении и нормальных атмосферных условиях возникает корона, которая является источником радиопомех и причиной ускоренной коррозии арматуры, вызывает дополнительные потери энергии. Распределение напряжения по изоляторам гирлянды можно определить с помощью схемы замещения, показанной на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Гирлянда изоляторов (а) и схема замещения гирлянды (б)

– собственные емкости изоляторов; – емкости металлических элементов изоляторов относительно заземленных частей сооружения (опоры, заземленных тросов и т.д.);

– емкости этих же элементов относительно частей установки, находящихся под напряжением (проводов, арматуры); - сопротивления утечки по поверхности изоляторов.

Обычно гирлянды комплектуются из однотипных изоляторов, поэтому их собственные емкости имеют одинаковые значения (К=30÷70 пФ). При чистой и сухой поверхности изоляторов >> . Поэтому распределение напряжения зависит только от емкостей К, и . Если бы емкости и отсутствовали, напряжение распределялось бы по изоляторам равномерно. В реальных условиях емкости пФ и пФ, т.е. не равны нулю, поэтому ток, протекающий через емкости К изоляторов, не остается постоянным.

Рис. 1.2. Влияние ёмкости на распределение напряжения

вдоль гирлянды

На рис. 1.2 приведена схема замещения для случаев и , и условно показано распределение токов. Через собственную емкость ближайшего к проводу изолятора протекает наибольший ток, а через емкость изолятора, ближайшего к «земле» - наименьший. При этом напряжение вдоль гирлянды распределяется неравномерно.

В реальных условиях на распределение напряжения вдоль гирлянды оказывают влияние, как емкости , так и емкости . При этом изоляторы, расположенные в средней части гирлянды, оказываются менее нагруженными, чем изоляторы у концов гирлянды. Вследствие того, что > , наибольшее падение напряжения приходится на изоляторы, ближайшие к проводу.

Выравниванию распределения напряжения вдоль гирлянды способствует применение специальной арматуры в виде колец овалов, которые укрепляются в месте подвески провода. Такая арматура увеличивает емкость изоляторов, ближайших к проводу, и тем самым уменьшает долю напряжения, приходящуюся на эти изоляторы. Аналогичное влияние оказывает и расщепление проводов в фазе.

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

Распределение напряжений по изоляторам гирлянды для случая, когда поверхности изоляторов чистые и сухие , получено с учетом того, что для гирлянды изоляторов емкости на единицу длины определяются через реальные емкости изоляторов (рис. 1.1):

,

,

,

где h – строительная высота изолятора.

Кроме того учтено, что текущая координата x может принимать лишь дискретные значения:

,

где i – порядковый номер изолятора, считая от провода.

Наибольшее значение i = n (n – число изоляторов в гирлянде);

hn = l (длина гирлянды).

Напряжение D , приходящееся на i-й изолятор гирлянды, равно:

.

На изоляторе, ближайшем к проводу (i=1), который работает в наиболее трудных условиях:

. (1)

При неограниченном увеличении числа изоляторов, т.е. при n → ∞:

,

.

Следовательно, на основании (1) при n → ∞:

, (2)

.

Из (1) и (2) следует, что с ростом числа изоляторов в гирлянде напряжение на ближайшем к проводу изоляторе уменьшается не обратно пропорционально n, как было бы при равномерном распределении, а в меньшей степени, и стремится к некоторому пределу.

При n ≥ 10 ÷15 увеличение числа изоляторов в гирлянде практически не изменяет долю напряжения на ближайшем к проводу изоляторе. Что затрудняет выполнение изоляции для линий высокого и сверхвысокого напряжения (свыше 220 кВ). Так как без специальных мер напряжение независимо от числа изоляторов в гирлянде растет почти пропорционально рабочему напряжению линии .

Для создания более равномерного распределения напряжения вдоль гирлянды и снижения отношения используют специальную арматуру в месте подвески провода. С помощью этой арматуры увеличивают емкость изоляторов, ближайших к проводу, что приводит к снижению . В случае расщепления проводов емкость значительно увеличивается. Поэтому применение расщепленных проводов, а также сдвоенных гирлянд, у которых К увеличивается в большей степени, чем , способствует выравниванию распределения напряжения вдоль гирлянды изоляторов.