Высоковольтное испытательное оборудование и измерения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Техника высоких напряжений (ТВН) возникла в связи с необходимостью электропередачи больших электрических мощностей на дальние расстояния. В 1880 году профессор Петербургского лесного института Д. А. Лачинов разработал и изложил теорию передачи электроэнергии на большие расстояния -- повышение напряжения и уменьшение тока по мере увеличения дальности и передаваемой мощности.

Соответственно запросам энергетики развивалась техника высоких напряжений. Потребовалось создание промышленных высоковольтных установок переменного, постоянного и импульсного напряжений, а также установок для проведения исследований и испытаний изоляции при воздействии различных видов высокого напряжения. Повышение уровня напряжений требовало изучения физических явлений, механизмов воздействия электромагнитных полей высокого напряжения на изоляцию в различных условиях эксплуатации.

В настоящее время номинальное напряжение ЛЭП достигает 1 150 000 В, а передаваемая мощность по одной цепи такой линии составляет 6 Гигаватт. Общая протяженность электрических сетей в России с номинальным напряжением 35-1150 кВ превосходит 800 000 км. Чрезвычайно большое значение при этом приобретают вопросы создания и эксплуатации комплекса оборудования, необходимого для генерирования, передачи, преобразования и распределения электрической энергии: генераторов, трансформаторов, воздушных и кабельных линий, конденсаторов и др. аппаратов.

Высокие напряжения широко используются в электротехнологиях: окраска, электрофильтры, очистка воды, электрогидравлические и электроимпульсные технологии -- бурение, дробление, резание горных пород и др.; в электрофизических установках -- управляемый термоядерный синтез, ускорители, лазеры и др.

Поскольку основной причиной выхода из строя высоковольтного оборудования являются отказы изоляции, то наибольшие усилия направляются на сохранение ее в целостности. И здесь особую роль играет знание закономерностей зарождения и развития разрядов в диэлектриках (в изоляции).

В высоковольтном оборудовании используются газообразные, жидкие, твердые изоляционные материалы и их комбинации.

Изоляция разделяется на внешнюю (воздух и все, что находится в воздухе) и внутреннюю (эта изоляция отделена от окружающей среды корпусами и может быть газообразной, жидкой, твердой, комбинированной).

1. Высоковольтное испытательное оборудование и измерения

1.1 Установки для получения высоких переменных напряжений

Для получения высоких переменных напряжений применяются однофазные высоковольтные испытательные трансформаторы на напряжение до Uн = 1200 кВ. На большие напряжения используют каскадное соединение трансформаторов (Uн = 2200 кВ и более).

Особенностью испытательных трансформаторов являются: 1) кратковременность работы;

2) отсутствие атмосферных перенапряжений;

3) наличие бросков тока и резких спадов напряжения при пробоях и перекрытиях испытуемых объектов.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1 Конструкция однофазного трансформатора: 1 -- магнитопровод, 2 -- обмотка низкого напряжения, 3 -- обмотка высокого напряжения, 4 -- экран медный, 5 -- барьер электроизоляционный, 6 -- шайбы электроизоляционные

Как правило, между обмотками низкого и высокого напряжений расположен медный разрезанный экран, соединенный с баком трансформатора. Экран предназначен для защиты обмотки низкого напряжения от наведения высоких потенциалов при резких изменениях напряжения со стороны высоковольтной обмотки.

На напряжение более 1000 кВ применяются каскадное включение трансформаторов. Каскады трансформаторов обычно состоят из 23 высоковольтных испытательных трансформаторов, соединенных последовательно. Поскольку один вывод обмотки трансформатора соединен с корпусом, то корпус каждого последующего трансформатора находится под высоким напряжением предыдущего трансформатора.

Следовательно, все последующие трансформаторы, кроме первого, должны быть изолированы от земли и друг от друга.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 2 Упрощенная схема соединения каскада трансформаторов: 1 3 -- высоковольтные трансформаторы, 4 -- опорные изоляторы

Напряжение на выходе каскада, состоящего из n последовательно включенных трансформаторов:

UВН /nU2,

где U2 -- напряжение на выходе первого трансформатора.

1.2 Установки для получения высоких постоянных напряжений

Постоянное напряжение часто используют для испытаний конденсаторов, кабелей, вращающихся машин.

Для получения высоких напряжений постоянного тока используются различные выпрямительные установки. Все схемы выпрямления классифицируются по следующим признакам:

1) по форме выпрямленного напряжения -- одно и двухполупериодные схемы;

2) по схеме соединения выпрямителей -- мостовая схема, последовательно параллельные схемы;

3) по числу фаз -- одно, двух и трехфазные схемы; 4) схемы умножения напряжения.

Однополупериодная схема выпрямления приведена на рис. Выпрямление напряжения без фильтра по схеме рис. 3, а да

ет большую глубину пульсаций выпрямленного напряжения (рис. 3, в). Наличие фильтра (рис. 3, б) уменьшает глубину пульсаций (рис. 3, г) за счет подпитки от конденсатора СФ в течение времени отрицательного полупериода, когда выпрямитель V закрыт.



Рис. 3 Схема выпрямления однополупериодная: а), в) -- без фильтра; б), г) -- с фильтром; Т -- высоковольтный трансформатор; V -- выпрямитель; RН -- сопротивление нагрузки; СФ -- емкость фильтра

Двухполупериодная на рис. 4.

Рис. 4 Мостовая схема выпрямления: а), в) без фильтра, б), г) с фильтром

Четыре выпрямителя образуют мост, в одну диагональ которого включается нагрузка RН, а к другой диагонали подключается трансформатор. При "+" полупериоде открыты выпрямители V1 и V3, а при "" полупериоде -- V2 и V4. Следовательно, через нагрузку протекает ток в одном направлении в течение всего периода переменного тока (рис. 4,

а, в). Это основное достоинство двухполупериодной схемы выпрямления. Фильтр СФ уменьшает глубину пульсаций выпрямленного напряжения (рис. 4, б, г).

Включение однофазных схем выпрямления приводит к перекосу фаз в 3х фазной сети. Для исключения этого явления используют 3х фазные схемы выпрямления (рис 5, а). Кроме этого уменьшаются пульсации выпрямленного напряжения (рис. 5, б), особенно с применением фильтра СФ.

Рис. 5 Трехфазная однополупериодная схема выпрямления

Высокие выпрямленные напряжения удобно получать с помощью схем умножения выпрямленного напряжения. Различают:

1) схемы удвоения; 2) схемы утроения;

3) каскадные схемы умножения напряжения.

Простейшая однополупериодная схема удвоения напряжения приведена на рис. 6, а.

В один полупериод (положительный) выпрямитель пропускает ток. Емкость С заряжается до Um: обкладки имеют полярность "+" и "". Во втором полупериоде, когда сменилась полярность концов обмотки трансформатора, напряжение трансформатора "+" суммируется с напряжением на конденсаторе "". На нагрузке получается пульсирующее выпрямленное напряжение, изменяющееся от нуля до 2Um (рис. 6, б).

Рис. 6 Однополупериодная схема удвоения (а) и осциллограмма напряжения на нагрузке (б): 1 -- фазное переменное напряжение; 2 -- удвоенное выпрямленное напряжение

Выпрямитель оказывается также под двойным напряжением

Uобр = 2Um.

1.3 Каскадный генератор постоянного тока

Получение высоких напряжений постоянного тока в сотни и тысячи киловольт возможно с помощью схем выпрямления и умножения выпрямленных высоких напряжений (каскадный генератор).

Схема каскадного генератора постоянного тока состоит из схем удвоения напряжения, соединенных в многократной последовательности. Напряжение на выходе каскадного генератора равно:

Uвых /2*nUm ,

где n -- число ступеней (схем удвоения) в каскаде; Um -- амплитудное значение питающего трансформатора.

1.4 Импульсные испытательные установки

Для испытания изоляции высоковольтного электрооборудования грозовыми и коммутационными импульсами используются генераторы импульсных напряжений (ГИН).

Грозовые воздействия воспроизводятся стандартными импульсами напряжения: полной и срезанной волнами. Стандартные импульсы (1,2/50 или 2,0) можно получить на установке, схема которой приведена на рис. 7.

Зарядка емкостей С производится параллельно, а разряжаются они последовательно, что приводит к сложению зарядных напряжений ступеней.

Рис. 7 Принципиальная электрическая схема ГИН с односторонней зарядкой: Т -- высоковольтный трансформатор; V -- выпрямитель; RЗАЩ -- сопротивление для ограничения зарядного тока; R1--R20 -- зарядные сопротивления; F1--F11 -- искровые промежутки; С -- емкости ступени ГИН; CП -- "паразитные" емкости; RФ, СФ -- фронтовые сопротивление и емкость; RР -- разрядное сопротивление; RН -- сопротивление нагрузки

Для обеспечения практически одинаковой зарядки всех конденсаторов до U0 необходимо соблюдать условие: R1…R20 << Rзащ. При напряжении U0 пробивается только F1. Емкость разряжается в контуре С -- R2 -- F1, но R2 большое (десятки килоом). В первый момент разрядка идет по С -- СП' -- F1

Хс=1/С,

круговая частота порядка мегагерц, следовательно, Хс - малое). Сп быстро заряжается до U0. Тогда к F2 приложено удвоенное зарядное напряжение U0. Поэтому F2 может иметь расстояние в 2 раза больше, чем F1 и т.д.

Для регулирования параметров импульса напряжения и получения стандартной волны используются элементы RФ - фронтовое сопротивление, CФ - фронтовая емкость, RР - разрядное сопротивление.

Длину фронта формируют CФ и RФ, длину импульса -- R, т. е. RР совместно с Rн.

tф=3,24*Rф Сф

tв =0,7Сгин R.

Изменение амплитуды импульса регулируется изменением расстояния между шаровыми электродами F1, F2, … F10. Промежуток F11 служит для отделения зарядной емкости ГИН от нагрузки при зарядке конденсаторов постоянным напряжением, чтобы исключить воздействие постоянного зарядного напряжения на нагрузку.

ГИН используется для испытания изоляции высоковольтного оборудования. Внутренняя изоляция испытывается приложением 3х импульсов полных и 3х импульсов срезанных + и полярности.



Рис. 8

1.5 Генератор импульсных токов (ГИТ)

Генераторы импульсов тока используются для имитации воздейстсвия импульсов тока большой амплитуды. Электрическая схема ГИТ приведена на рис. 9.



Рис. 9 Электрическая схема ГИТ: V - высоковольтный выпрямитель; RЗАЩ - сопротивление для ограничения зарядного тока; С1 Сn - батарея конденсаторов; Р - разрядник управляемый; Rн - нагрузка; L - индуктивность разрядного контура

После срабатывания разрядника Р батарея конденсаторов разряжается на сопротивление нагрузки. Например, в канал разряда после пробоя. Величина тока определяется, в первую очередь, индуктивностью и емкостью разрядного контура

Im =U0 ,

где U0 - зарядное напряжение; L -- индуктивность контура; С = n

С1 (если С1=С2=…=Сn) -- емкость разрядного контура.

2. Измерение высоких напряжений

2.1 Шаровые разрядники

Для измерений высоких напряжений широко используются шаровые разрядники. Это универсальное измерительное устройство, которым можно измерять амплитудные значения постоянного, переменного, высокочастотного и импульсного напряжений.

Величина пробивного напряжения зависит от расстояния между шарами, их диаметра, способа подключения (симметричное или один шар заземлен), относительной плотности воздуха.

Для получения высокой точности необходимо выполнить ряд условий.

1. Расстояние между шарами не должно превышать S ? 0,5D, где D - диаметр шаров. Следовательно, для широкого диапазона измеряемых напряжений нужен набор шаров разного диаметра.

2. Поверхность шаров должна быть гладкой и чистой. Слой пыли снижает пробивное напряжение.

Расстояние от шаров до заземленных или находящихся под напряжением предметов должно быть не менее L >5 D.

4. Для получения стабильных результатов измерений необходимо облучение разрядного промежутка ультрафиолетовым излучением или радиоактивными изотопами, особенно при малых расстояниях между шарами.

5. Измерение следует производить 45 раз и за измеренную величину принимать среднее арифметическое значение, т.к. имеет место статистический разброс пробивных напряжений.

Измерение постоянных и переменных напряжений производится следующим образом. Вначале устанавливается заведомо большое расстояние между шарами, исключающее пробой при измеряемом напряжении. Затем на шаровой разрядник подается напряжение и расстояние между шарами плавно уменьшается до возникновения пробоя промежутка. Эта процедура повторяется 45 раз. Определяется среднее пробивное расстояние, затем по таблицам находится соответствующее напряжение.

При измерении амплитуды импульсного напряжения за пробивное расстояние между шарами принимают такое, при котором половина поданных импульсов, приложенных к разряднику, вызывает пробой промежутка, а половина нет. Это напряжение называют 50%ным пробивным напряжением. Величину пробивного напряжения определяют из таблиц по полученному пробивному расстоянию.

При измерении пользуются градуировочными таблицами, дающими связь пробивного напряжения с диаметром шаровых электродов и расстоянием между ними. В таблицах даны амплитудные значения пробивного напряжения. Таблицы Международной электротехнической комиссии (МЭК) составлены для нормальных атмосферных условий (Р=760 мм рт. ст. и T=20оС). В тех случаях, когда измерения проводятся в условиях, отличных от нормальных, вводится поправка на относительную плотность воздуха д. Тогда искомое значение напряжения будет равно

Uи = Uт

где Uт - табличное значение пробивного напряжения;

д = 0,386Р/(273+T),

где Р и T - соответственно давление в мм. рт. ст и температура в градусах Цельсия окружающей среды при проведении измерений. Кроме шаровых разрядников имеется еще целый ряд устройств и приборов для измерения высокого напряжения.

2.2 Электростатические вольтметры

Рассмотрим наиболее широко применяемые электростатические вольтметры.

Электростатические вольтметры измеряют действующее значение напряжения. Принцип действия основан на механическом перемещении одного из электродов вольтметра под действием электростатических сил. Измерение производится за счет уравновешивания этой механической силы грузом или пружиной

Схема устройства электростатического вольтметра А. А. Чернышева приведена на рис. 10.

Рис. 10 Устройство электростатического вольтметра А. А. Чернышева: А -- подвижный заземленный диск, В -- неподвижный высоковольтный диск, С -- охранное заземленное кольцо, N -- металлическое заземленное коромысло, k1, k2 -- контакты цепи гальванметра, Г -- гальванометр

Имеются шаровые вольтметры, например, вольтметр Соренсена, Гобсона и Рамо.

В технических электростатических киловольтметрах, например, С100 на напряжения до 75 кВ, уравновешивание подвижного электрода осуществляется упругой растяжкой, на которой укреплено зеркальце. Отсчет показаний производится за счет светового луча.

2.3 Делители напряжения (ДН)

ДН позволяют не только измерять напряжение, но и зафиксировать форму воздействующего сигнала при помощи электронного осциллографа

Рис. 11 Схема измерения высокого напряжения посредством делителя напряжения

Применяются делители: омические, емкостные и смешанные омическоемкостные.

Делитель характеризуется коэффициентом деления Кд -- отношение величины полного сопротивления делителя к величине сопротивления низковольтного плеча с учетом передающего кабеля Zк и измерительного устройства.

Требования, предъявляемые к делителям напряжения:

1. Коэффициент деления не должен зависеть от амплитуды, полярности, длительности измеряемого напряжения.

2. Коэффициент деления не должен зависеть от внешних электрических полей.

Делитель должен быть удобным в эксплуатации и относительно дешевым.

У каждого типа делителя есть свои достоинства и недостатки. Наиболее универсальным является третий тип делителя -- емкостноомический, правда, он и наиболее сложный.

2.4 Омический делитель (R1>>R2)

Схема омического делителя приведена на рис. 11.

В качестве сопротивления высоковольтного плеча R1 используют жидкостные или проволочные малоиндуктивные резисторы.

Жидкостные резисторы изготавливают, например, из раствора CuSO4 в дистиллированной воде.

Рис. 12 Схема замещения омического делителя

Недостатки жидкостных омических делителей: Кд зависит от температуры, от загрязнения посторонними ионами.

Проволочные резисторы изготавливают из высокоомной проволоки - нихрома, константана. Применяется малоиндуктивная бифилярная намотка с малым шагом. Индуктивность проволочных резисторов больше, чем жидкостных. Это приводит к искажению формы импульсов при коротких временах воздействия.

2.5 Емкостный делитель (C2>>C1)

Схема емкостного делителя напряжения приведена на рис. 12.

Рис. 13 Схема замещения емкостного делителя напряжения

Основной недостаток емкостного делителя: невозможно точно согласовать с передающим кабелем, что приводит к наличию отраженного сигнала и искажению основного. При коротких временах воздействия лучше, чем омический ДН. Сложности при расчете Кд.

2.6 Смешанный делитель напряжения

Схема смешанного делителя напряжения приведена на рис. 1

Рис. 14 Схема замещения смешанного делителя напряжения

Сложность в настройке смешанного делителя напряжения, т.к. Кд по С и R должны быть одинаковы.

Кд С = Кд R.

Сложно рассчитать Кд. Имеет достоинства омического и емкостного делителей, т.е. можно измерять короткие и длинные сигналы. Недостатки: сложность изготовления и дороговизна.

Делитель должен присоединяться непосредственно к объекту испытаний, а не через длинные подводящие шины (рис. 15).

Рис. 15 Схема присоединения высоковольтного делителя к объекту, на котором производится измерение высокого напряжения

Влияние времени приложения напряжения на электрическую прочность газовой изоляции (вольтсекундная характеристика -- ВСХ)

При кратковременных импульсах значение разрядного напряжения воздушных промежутков зависит от продолжительности воздействия. Если к промежутку приложено напряжение достаточное для пробоя, то для развития и завершения разряда в промежутке необходимо определенное время tр называемое временем разряда



Рис. 16 Временная структура развития разряда на импульсном напряжении

Развитие самостоятельного разряда начинается с появления в промежутке эффективного начальною электрона, что является случайным событием. Время ожидания эффективного электрона tc подверже

но разбросу и называется поэтому статистическим временем запаздывания разряда. Это первая составляющая времени разряда. Другой составляющей, имеющей также статистический характер является время формирования разряда tф, т.е. время от момента появления начального электрона до завершения пробоя промежутка. Называют временем запаздывания развития разряда. При достаточно большой длительности фронта импульса имеет значение также время t0, представляющее собой время подъема напряжения до значения UH. При увеличении напряжения повышается вероятность того, что появляющиеся в промежутке электроны станут эффективными, и tc уменьшается. Сокращается также и tф, поскольку при большем напряжении возрастает интенсивность разрядных процессов и скорость продвижения канала разряда в промежутке. Поэтому чем выше разрядное напряжение, тем меньше время разряда.

Зависимость максимального напряжения разряда от времени действия импульса называется вольтсекундной характеристикой изоляции. Поскольку начало и скорость развития ионизационных процессов зависят от значения напряжения, вольтсекундные характеристики зависят от формы импульса. С целью унификации испытаний и возможности сопоставления изоляционных конструкций установлен стандартный грозовой импульс с длительностью фронта (возрастания напряжения)

Рис. 17 Определение параметров импульса напряжения

Для экспериментального определения вольтсекундной характеристики к исследуемому промежутку прикладываются импульсы

стандартной формы. При каждом значении максимального напряжения импульса производится серия опытов. В силу статистического разброса времени разряда вольтсекундная характеристика получается в виде области точек (рис. 1.17), для которой указываются средняя кривая и границы разброса времени разряда.

Рис. 17 Построение вольтсекундной характеристики изоляции по опытным данным (грозовые импульсы): 1 -- импульс напряжения; 2 -- кривая средних значений пробивного напряжения; 3 -- границы разброса пробивных напряжений

Вид вольтсекундной характеристики зависит от степени неоднородности электрического поля в промежутке. Для промежутков с однородным или слабонеоднородным полем, вольтсекундная характеристика слабо зависит от tр (рис. 1.17, кривая 1), и только при временах разряда порядка 1 мкс и меньше разрядное напряжение увеличивается. Связано это с тем, что разряд в таких промежутках формируется за весьма малое время при напряжении равном начальному значению и отсутствует корона. Отмеченные свойства вольтсекундной характеристики позволяют использовать промежуток между шаровыми электродами, создающими практически однородное поле, если расстояние между электродами меньше их радиуса, в качестве универсального прибора для измерения максимальных значений напряжения.

Вольтсекундные характеристики промежутков с резконеоднородным полем (рис. 1.17, кривая 2) имеют достаточно большую крутизну, поскольку в таких промежутках время формирования разряда сильно зависит от значения приложенного напряжения. Для таких промежутков при грозовых импульсах характерны большие разрядные напряжения UP, чем при переменном напряжении промышленной частоты 50 Гц. Отношение

KИМП = UP (1.28)

называется коэффициентом импульса.



Рис. 19 ВСХ защитных разрядников и изоляции: 1 -- ВСХ вентильного разрядника (однородное поле); 2 -- ВСХ трубчатого разрядника (резконеоднородное поле); 3 -- ВСХ защищаемого объекта; 4 -- импульс напряжения

Промежутки с однородным и слабонеоднородным полями имеют коэффициент импульса KИМП =1 практически во всем диапазоне времен разряда.

Вольтсекундные характеристики широко используются для координации изоляции высоковольтного оборудования, т. е. для защиты от воздействия грозовых и коммутационных перенапряжений. С этой целью параллельно защищаемому объекту включается воздушный разрядник (например, вентильный разрядник) с пологой ВСХ. Надежная защита будет обеспечиваться, если ВСХ разрядника (рис. 1.17, кривая 1) лежит ниже ВСХ защищаемого оборудования (кривая 3) во всем диапазоне времен воздействующего напряжения.

3. Распределение напряжения по гирлянде подвесных изоляторов

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.

Тарелочные изоляторы для подвески проводов соединяются в последовательные цепочки (гирлянды).

Электрические характеристики изоляторов непосредственно зависят от размеров и формы изолирующей тарелки. Тарельчатая форма конструкции подвесных изоляторов предусмотрена для увеличения пути поверхностного электрического разряда. Форма тарелки определяется требованиями к электрическим характеристикам изоляторов и технологией производства изолирующих деталей. 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 - 10о к горизонтали для того, чтобы обеспечить стекание воды во время дождя.

В процессе конструирования изоляторов прежде всего обеспечивается достаточно малая вероятность его пробоя при воздействии перенапряжений различного рода. Чтобы электрический разряд обязательно проходил по поверхности изоляторов или по воздуху, отношение между пробивным напряжением и сухоразрядным напряжением изолятора должно быть не менее 1,5.

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. Изоляторы должны также обладать химической стойкостью по отношению к агрессивным внешним воздействиям в виде дымов и паров, содержащих в себе кислоты и щелочи или отложения морской соли, и не разрушаться при резких изменениях температуры.

Напряжение по элементам гирлянды подвесных изоляторов распределяется неравномерно, т.е. на первом от провода элементе падение напряжения будет больше, чем на любом из следующих.

Поэтому продольный ток во втором от провода изоляторе гирлянды будет меньше продольного тока, протекающего в первом изоляторе. В последних, ближайших к траверсе, изоляторах гирлянды соотношение величины емкостных токов на землю и на провод может оказаться другим: поперечные токи на землю, оттекающие от узла В через емкость С1, могут оказаться меньше поперечных токов от провода через емкость С2; разность их увеличит продольный ток, протекающий через емкость изолятора, ближайшего к траверсе.

Степень неравномерности распределения напряжения *Ui 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 изза меньшего значения С2 по сравнению с С1; но в длинных гирляндах влияние С2 проявляется более отчетливо, и величина *Ui на элементах гирлянды, ближайших к траверсе, увеличивается. Чем больше емкость С изолятора гирлянды, тем равномернее распределение напряжения по ее элементам.

Разрядные напряжения гирлянд изоляторов в загрязненном и увлажненном состоянии зависят от длины пути утечки, формы юбок, диаметра тарелки и других геометрических параметров изоляторов.

Исследования механизма разряда по загрязненной и увлажненной поверхности изоляторов показали, что разрядное напряжение гирлянды значительно повышается с увеличением пути утечки. Поэтому в современных конструкциях грязестойких изоляторов, изготавливаемых из фарфора и закаленного стекла, предусматривается повышенное отношение длины пути утечки к строительной высоте изолятора и в большинстве случаев одновременное уменьшение отношения строительной высоты к диаметру тарелки.

Высокие напряженности поля на изоляторах вблизи провода могут приводить к коронированию, вызывающему старение изоляционного тела изолятора, окислительные процессы на металлической арматуре и радиопомехи.

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.

Измерение распределения напряжения вдоль гирлянды изоляторов в эксплуатации производится с помощью высоковольтных контрольных или измерительных штанг. На электроды изолятора накладываются щупы, к которым подсоединен измерительный прибор или регулируемый искровой промежуток, которые крепятся на измерительной штанге. Перенося щупы штанги с одного изолятора на другой, поочередно измеряют напряжение *Uiна изоляторах гирлянды

Существует несколько типов штанг.

Наиболее совершенной является универсальная измерительная штанга, на конструкции которой мы остановимся подробнее, поскольку она используется в данной работе (рис.).

Основными элементами штанги являются: изоляционные бакелитовые свертываемые трубки 1 и 2 и измерительная головка Головка штанги представляет собой короткую изоляционную трубку, на которой закреплены два съемных щупа 4. Внутри этой трубки находится сопротивление 50 МОм. На бакелитовой трубке закреплен милливольтметр. Данная штанга предназначена для контроля изоляторов. При измерении напряжения на изоляторе переключатель прибора должен быть всегда в положении «5».

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 20 Общий вид измерительной штанги

Тогда напряжение на изоляторе в кВ можно найти по уравнению (1)

*Ui= показание прибора *5. (1)

Как контрольные, так и измерительные штанги позволяют установить наличие дефектных изоляторов, но не дают точного значения падения напряжения на каждом элементе гирлянды.

Распределение напряжения вдоль гирлянды изучается экспериментально с помощью шаровых разрядников с малым диаметром шаров (чтобы емкость разрядника была значительно меньше собственной емкости изолятора).

Для контроля состояния гирлянд изоляторов могут быть использованы различные методы:

1. Распределение падения напряжения по элементам гирлянды. 2. Высокочастотная дефектоскопия.

Электроакустический метод.

Порядок работы

1. С помощью шарового разрядника исследовать распределение напряжения по элементам гирлянды подвесных изоляторов. Для этого шаровой разрядник укрепляется на первом от провода изоляторе и на гирлянду подается напряжение от высоковольтного испытательного трансформатора. Напряжение, подводимое к гирлянде, постепенно повышается до появления пробоя в разряднике Р. Контроль за напряжением, подводимым к гирлянде, производится по вольтметру V2 со стороны высокого напряжения (рис. 4). У применяемого шарового разрядника нельзя изменять расстояние между шарами под напряжением и, следовательно, измерять распределение напряжения в абсолютных единицах.

Поэтому, не изменяя расстояния между шарами разрядника, следует поочередно переставлять его с первого от провода элемента до конца гирлянды, повышая напряжение, подаваемое на гирлянду, до возникновения разряда между шарами. Для каждого элемента гирлянды напряжение брать как среднее из трех значений. Результаты занести в таблицу.



Рис. 21 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

2.Укрепить на линейном конце гирлянды экранное кольцо и произвести измерение падения напряжения по элементам гирлянды в порядке, описанном в п. 1. Результаты занести в таблицу.

В порядке, изложенном в п.п. 1 и 2, измерить распределение напряжения по гирлянде с дефектным изолятором. Результаты измерений занести в таблицу.

Содержание отчета

1. По данным таблицы построить на одном графике три кривые относительного падения напряжения на элементах гирлянды в процентах от приложенного напряжения в зависимости от номера элемента (по пунктам 1, 2, 3):

высоковольтный электрооборудование вольтметр напряжение

*Ui= f(i).

2. Определить в кВ потенциал на шапке каждого изолятора гирлянды в измерениях по п. 1.

Заключение

Техника высоких напряжений относительно молодая отрасль человеческой деятельности. Прогресс в области ТВН непосредственно влияет на решение узловых проблем электроэнергетики. Основные проблемы ТВН, можно сказать, для данного уровня электроснабжения в основном решены. Требуется доработка тех направлений, которые связаны со статистическим характером процессов: грозовые и коммутационные перенапряжения, погодные условия. Требуется доработка защитных и коммутационных аппаратов, которые улучшат координацию изоляции всех элементов сети электроснабжения от генератора до потребителя. Традиционны и вечны задачи совершенствования характеристик изоляции.

Особо следует отметить проблему диагностики изоляции. Современные условия эксплуатации высоковольтного оборудования ставят задачу непрерывного мониторинга ее состояния и прогнозирования срока службы в конкретных условиях эксплуатации. Эта задача становится особо актуальной в условиях острого дефицита средств по замене устаревшего и отработавшего свой штатный срок оборудования. Решение этой проблемы является важной задачей и требует привлечения молодых талантливых кадров.

Для выполнения задач ТВН требуются инженеры с хорошей подготовкой в области теории электрофизических наук, эксперимента и эксплуатации. Творческий подход к делу, трудолюбие и энтузиазм всегда были отличительной особенностью специалистов в области ТВН.

Список литературы

1. Техника высоких напряжений./ И. М. Богатенков, Ю. Н. Бочаров, Н. И. Гумерова, Г. М. Иманов и др. Под ред. Г. С. Кучинского. -- СПб.: Энергоатомиздат, 200 -- 608 с.

2. Техника высоких напряжений./ Под ред. Г. С. Кучинского. -- СПб.: Издво ПЭИПК, 1998. -- 700 с.

Техника высоких напряжений./ Под ред. М. В. Костенко. -- М.: Высшая школа, 197 -- 528 с.

4. Базуткин В. В., Ларионов В. П., Пинталь Ю. С. Техника высоких напряжений. -- М.: Энергоатомиздат, 1986. -- 464 с.

5. Техника высоких напряжений/ Под ред. В. Ф. Важов, В. А. Лавринович, С. А. Лопаткин Томск, 2006 г.

Размещено на Аllbеst.ru

...