Контрольные вопросы

1. Почему разрядное напряжение по поверхности твердого диэлектрика ниже разрядного напряжения чисто воздушного промежутка?

2. Объясните разряд по поверхности с преобладанием тангенциальной составляющей напряженности поля. Приведите пример реальной изоляционной конструкции.

3. Объясните разряд по поверхности с преобладанием нормальной составляющей напряженности поля. Приведите пример реальной изоляционной конструкции.

4. Объясните влияние удельной поверхностной емкости на развитие разряда по поверхности диэлектрика.

5. Как измеряются высокие напряжения при выполнении лабораторной работы?

6. Какие меры применяются для увеличения напряжения перекрытия изоляторов?

Лабораторная работа № 3 Распределение напряжения по гирлянде изоляторов Предварительные сведения

Переменное и импульсное напряжения распределяются по изоляторам гирлянды неравномерно. Если не принять специальных мер, на линиях высокого напряжения (200 кВ и более) 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.

(3–2)

Рис. 3—1. Гирлянда подвесных изоляторов (а) и схема замещения гирлянды (б)

Кроме собственной емкости подвесного изолятора С, в цепи г

(3–3)

(3–4)

ирлянды имеются емкости C₁ — арматуры изоляторов относительно заземленных частей опоры и С₂ — арматуры изоляторов относительно провода линии электропередачи. Обычно гирлянды комплектуются из однотипных изоляторов, поэтому их собственные емкости С=30...70 пФ имеют одинаковую величину. При чистой и сухой поверхностях изоляторов сопротивления утечки R >> 1 / ωC. Поэтому распределение напряжения зависит от емкостей С, С₁ и C₂ (проводимостями утечки при этом можно пренебречь). Если бы емкостей С₁ и C₂ не было, напряжение распределялось бы по изоляторам равномерно. В реальных условиях С₁ = 4...5 пФ, C₂ = 0,5...1,0 пФ, поэтому величина тока, протекающего через емкости С изоляторов, не останется постоянной. Наибольший ток протекает через собственную емкость ближайшей к проводу изолятора, наименьший – через емкости С изоляторов, расположенных в середине гирлянды, и немного повышенный – через емкости С изоляторов, ближайших к заземленной конструкции.

Соответственно наибольшее напряжение ложится на изоляторы, расположенные около провода, наименьшее – на изоляторы в середине гирлянды и немного повышенное – на изоляторы, ближайшие к заземленной конструкции. С увеличением числа изоляторов в гирлянде неравномерность распределения напряжения по гирлянде возрастает. Распределение напряжения по изоляторам гирлянды, когда поверхности изоляторов чистые и сухие (R = ∞), определяется по выражению

(3.1)

где

(3.2)

(3.3)

Напряжение, приходящееся на i-й изолятор гирлянды

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

(3.4)

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

Отсюда следует, что с ростом числа изоляторов n в гирлянде напряжение на ближайшем к проводу изоляторе уменьшается не обратно пропорционально n, как 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 напряжений (свыше 220 кВ), так как без специальных мер напряжение ΔU₁ независимо от числа изоляторов в гирлянде растет почти пропорционально рабочему напряжению U₀ линии.

Для создания более равномерного распределения напряжения вдоль гирлянды и снижения величины ΔU₁ / 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 ΔU₁. 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.

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:

(3.5)

где Up – пробивное напряжение разрядника Р при неизменном расстоянии между шарами; U_i – напряжение на гирлянде при замыкании разрядника на i-м изоляторе.

Из уравнения (3.5) U_p можно исключить. Тогда падение напряжения на каждом изоляторе:

Напряжения U₁, U₂,...,U_n определяются по данным измерений.

Приведенная методика измерения распределения напряжение 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.