Ответы для лабораторных / Техника Высоких напряжений 3 лаба

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Тольяттинский государственный университет»

Институт химии и энергетики

Кафедра «Электроснабжение и электротехника»

ОТЧЕТ

ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ № 3

«Распределение напряжения по гирлянде изоляторов»

Студент: Назаров М.О.

Группа: ЭЭТб-1901а

Преподаватель: Федяй О.В.

Отметка о допуске		Дата
Отметка о выполнении		Дата
Отметка о защите		Дата

Тольятти 2022

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Тольяттинский государственный университет»

Институт химии и энергетики

Кафедра «Электроснабжение и электротехника»

ОТЧЕТ

ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ № 3

«Распределение напряжения по гирлянде изоляторов»

Студент: Бойченко Е. А.

Группа: ЭЭТб-1901а

Преподаватель: Федяй О.В.

Отметка о допуске		Дата
Отметка о выполнении		Дата
Отметка о защите		Дата

Тольятти 2022

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Тольяттинский государственный университет»

Институт химии и энергетики

Кафедра «Электроснабжение и электротехника»

ОТЧЕТ

ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ № 3

«Распределение напряжения по гирлянде изоляторов»

Студент: Печенкин Е. С.

Группа: ЭЭТб-1901а

Преподаватель: Федяй О.В.

Отметка о допуске		Дата
Отметка о выполнении		Дата
Отметка о защите		Дата

Тольятти 2022

Предварительные сведения

Переменное и импульсное напряжения распределяются по изоляторам гирлянды неравномерно. Если не принять специальных мер, на линиях высокого напряжения (200 кВ и выше) часть изоляторов в гирлянде может оказаться под таким напряжением, что на них уже при рабочем напряжении и нормальных атмосферных условиях возникнет корона, которая явится источником радиопомех, причиной ускоренной коррозии арматуры и вызовет дополнительные потери энергии.

Рисунок 1 - Гирлянда подвесных изоляторов (а) и схема замещения.

Кроме собственной емкости подвесного изолятора 𝐶, в цепи гирлянды имеются емкости 𝐶1 – арматуры изоляторов относительно заземленных частей опоры и 𝐶2 арматуры изоляторов относительно провода линии электропередачи. Обычно гирлянды комплектуются из однотипных изоляторов, поэтому их собственные емкости 𝐶 = 30 … 70 пФ имеют одинаковую величину. При чистой и сухой поверхностях изоляторов

сопротивления утечки 𝑅≫1/𝜔𝐶. Поэтому распределение напряжения зависит от емкостей 𝐶, 𝐶₁, и 𝐶₂ (проводимостями утечки при этом можно пренебречь). Если бы емкостей 𝐶₁ и 𝐶₂ не было, напряжение распределялось бы по изоляторам равномерно. В реальных условиях 𝐶₁ = 4 … 5 пФ, а 𝐶₂ = 0,5 … 1,0 пФ, поэтому величина тока, протекающего через емкости 𝐶 изоляторов, не останется постоянной. Наибольший ток протекает через собственную емкость 𝐶, ближайшего к проводу изолятора, наименьший – через емкости 𝐶 изоляторов, расположенных в середине гирлянды, и немного повышенный — через емкости 𝐶 изоляторов, ближайших к заземленной части конструкции.

Соответственно наибольшее напряжение ложится на изоляторы, расположенные около провода, наименьшее на изоляторы в середине гирлянды и немного повышенное на изоляторы, ближайшие к заземленной части конструкции. С увеличением числа изоляторов в гирлянде неравномерность распределения напряжения по гирлянде возрастает.

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 напряжений (свыше 220 кВ), так как без специальных мер напряжение ∆𝑈₁ независимо от числа изоляторов в гирлянде растет почти пропорционально рабочему напряжению 𝑈₀ линии.

Для создания более равномерного распределения напряжения вдоль гирлянды и снижения величины ∆𝑈1⁄𝑈0 используется специальная арматура в месте подвески провода в виде колец, восьмерок, овалов.

С помощью этой арматуры увеличивается емкость 𝐶₂ изоляторов, ближайших к проводу, что приводит к снижению напряжения ∆𝑈₁. При расщеплении проводов емкость 𝐶₂ значительно увеличивается. Поэтому применение расщепленных проводов, а также сдвоенных гирлянд, у которых емкость 𝐶₂ увеличивается в большей степени, чем емкость 𝐶₁, способствует выравниванию распределения напряжения вдоль гирлянды изоляторов.

Защитная арматура, кроме того, предохраняет поверхность изолятора от обгорания и сами изоляторы от разрушения при перекрытии гирлянды на землю. При сильном загрязнении и увлажнении поверхностей изоляторов 𝑅 ≪ 1⁄𝜔𝐶, поэтому распределение напряжений вдоль гирлянды определяется главным образом сопротивлением утечки. Если изоляторы гирлянды загрязнены и увлажнены одинаково и равномерно по всей поверхности, то происходит выравнивание распределения напряжения.

При выполнении лабораторной работы распределение напряжения по изоляторам в гирлянде определяется при помощи шарового разрядника Р, который последовательно прикладывается к каждому изолятору в гирлянде как показано на рисунке 2.

Рисунок 2 - Установка шарового разрядника для проведения измерений.

При неизменном расстоянии между шарами разрядника напряжение на нем повышается до пробоя искрового промежутка, который производится при замыкании шарового разрядника на напряжение каждого изолятора гирлянды. Шары разрядника, образующие искровой промежуток, закрепляются на изолирующей штанге, которая называется жужжащей.

Падение напряжения на каждом изоляторе:

(1.1)

где 𝑈𝑖 – напряжение, прикладываемое к гирлянде изоляторов при замыкании разрядника на 𝑖-м изоляторе гирлянды; 𝑈р – пробивное напряжение разрядника P, определяется по табличным данным в зависимости от диаметров шаров и расстояния между ними.

Если исключить пробивное напряжение разрядника 𝑈р, то падение напряжения на каждом изоляторе гирлянды можно определить по выражению:

(1.2)

где 𝑈𝑖 – напряжение, прикладываемое к гирлянде изоляторов при замыкании разрядника на 𝑖-м изоляторе гирлянды; 𝑛 – число изоляторов в гирлянде; 𝑈𝑛 – напряжения каждого изолятора гирлянды при замыкании на них шарового разрядника Р, определяется по опытным данным.

Приведенная методика измерения распределения напряжения пригодна только тогда, когда емкость между электродами штанги мала по сравнению с емкостью изолятора, и измерения осуществляются при отсутствии короны на изоляторах и подводящих проводах.

Описание лабораторной установки

Принципиальная электрическая схема установки представлена на рисунке 3.

Рисунок 3 - Схема лабораторной установки.

Объектом испытания (ОИ) является гирлянда подвесных изоляторов. Высокое напряжение подается на гирлянду изоляторов ОИ от высоковольтного трансформатора Т. Напряжение его регулируется автотрансформатором АТ и измеряется на стороне низкого напряжения вольтметром V.

Выключатель Q1 служит для коммутации напряжения испытательной установки. Контактор КМ предназначен для дистанционного отключения и включения высоковольтного трансформатора. Испытательная схема снабжена лампочкой, сигнализирующей о подаче напряжения на высоковольтный трансформатор Т. Высоковольтная часть установки расположена за ограждением. Двери ограждения снабжены блокировкой, контакты которой включены в цепь управления контактором КМ.

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться со схемой установки, с расположением ее элементов и объектов испытания, порядком проведения измерений и правилами безопасной работы.

2. Измерить распределение напряжения вдоль гирлянды из семи изоляторов без арматуры и с арматурой. По полученным данным построить график зависимости Δ𝑈𝑖 (%) =𝑓(𝑖).

3. Измерить распределение напряжения вдоль гирлянды из пяти изоляторов без арматуры и с арматурой. По полученным данным построить график зависимости Δ𝑈𝑖 (%) =𝑓(𝑖).

Таблица 7 - Распределение напряжения вдоль гирлянды из семи изоляторов без арматуры.

Параметр	Номер изолятора, 𝑖
	1	2	3	4	5	6	7
𝑈𝑖, В	30	40	60	80	80	100	100
∆𝑈𝑖 (%)	27,778	20,833	13,899	10,417	10,417	8,333	8,333

Таблица 8 - Распределение напряжения вдоль гирлянды из семи изоляторов с арматурой.

Параметр	Номер изолятора, 𝑖
	1	2	3	4	5	6	7
𝑈𝑖, В	40	50	60	70	80	90	100
∆𝑈𝑖 (%)	22,818	18,254	15,512	13,039	10,417	10,141	8,333

Таблица 9 - Распределение напряжения вдоль гирлянды из пяти изоляторов без арматуры.

Параметр	Номер изолятора, 𝑖
	1	2	3	4	5	6	7
𝑈𝑖, В	30	40	50	60	60	-	-
∆𝑈𝑖 (%)	23,851	22,988	17,91	14,925	14,925	-	-

Таблица 10 - Распределение напряжения вдоль гирлянды из пяти изоляторов с арматурой.

Параметр	Номер изолятора, 𝑖
	1	2	3	4	5	6	7
𝑈𝑖, В	30	40	50	60	60	-	-
∆𝑈𝑖 (%)	29,851	22,988	17,91	14,925	14,925	-	-

График 1 - Распределение напряжения (Ui, В) вдоль гирлянды из семи изоляторов без арматуры.

График 2 - Распределение напряжения (Ui, В) вдоль гирлянды из семи изоляторов с арматурой.

График 3 - Распределение напряжения (Ui, В) вдоль гирлянды из пяти изоляторов без арматуры.

График 4 - Распределение напряжения (Ui, В) вдоль гирлянды из пяти изоляторов с арматурой.

Вывод:

В ходе данной лабораторной работы было изучено распределение напряжения по элементам гирлянды подвесных изоляторов от 5 до 7. По полученным данным был построено несколько графиков зависимостей начального напряжения от напряжения при замыкании шестовым разрядником и количества изоляторов для каждого из четырех опытов. Сравнивая графики зависимостей первого и второго или третьего и четвертого опыта, можно сделать вывод о том, что арматура оказывает значительное воздействие на распределение напряжения по гирлянде изоляторов, т.е. напряжение, без арматуры, распределяется равномерно, чем с ней.

Сумма относительной величины напряжения на элементе гирлянды во всех четырех опытах оказалась меньше или приближённое 100 %. Неправильность полученных данных объясняется большим минусом человеческого фактора при фиксации и снятии показаний с вольтметра, а конкретнее неопытность и невнимательность.

В первом опыте наблюдается скачок пробивного напряжения между 4 и 6 изолятором, значит можно сделать вывод о том, что изолятор 4 и 5 загрязнен или имеет небольшой дефект.