 |
Краткие теоретические сведения
|
|
|
|
Для электрической изоляции и механического крепления токоведущих
частей в установках низкого и высокого напряжения применяются изоляторы
различных типов. Все изоляторы должны иметь определенную электрическую и механическую прочность.
Нарушение электрической прочности изолятора может произойти вследст-
вие наличия дефектов в фарфоре или разряда в воздухе, проходящего по поверхности изолятора. В первом случае изолятор полностью выходит из строя, во втором (после отключения линии и гашения дуги) его можно оставить
в работе.
Оценка электрической прочности изоляторов делается на основе пяти характеристик: сухоразрядное напряжение при промышленной частоте, мокроразрядное напряжение при промышленной частоте, коронное напряжение, пробивное напряжение, вольт-секундная характеристика при стандартной волне напряжения.
Сухоразрядное напряжение применяют для оценки электрической прочности изоляторов, предназначенных для внутренней установки при коммутационном перенапряжении. Сухоразрядным напряжением 
изолятора называется такое наименьшее напряжение промышленной частоты, при котором происходит искровой разряд по сухой и чистой поверхности изолятора при нормальных атмосферных условиях. Значение этого напряжения определяется разрядным расстоянием, т. е. кратчайшим расстоянием между электродами изолятора. Если во время испытания атмосферные условия отличаются от нормальных, то
результат измерения принимается с учетом поправки:
(8)
где Uразр – наименьшее напряжение промышленной частоты, при котором проходит искровой разряд по поверхности изолятора.
Мокроразрядное напряжение служит для оценки электрической проч-
|
|
|
ности изоляторов, предназначенных для наружной установки при коммутационном перенапряжении.
Мокроразрядным напряжением называется такое наименьшее напряжение промышленной частоты, при котором проходит искровой разряд по поверхности изолятора, подверженной действию дождя силой 3 мм/мин при температуре +20оС и направлении струй воды под углом 45о к горизонту. Мокроразрядное напряжение меньше сухоразрядного.
Значение мокроразрядного напряжения определяется по формуле:
(9)
Коронное напряжение характеризует качество и состояние поверхности всех изоляторов (в лабораторной работе коронное напряжение рекомендуется определять визуально).
Пробивное напряжение характеризует качество фарфора.
Вольт-секундная характеристика (импульсное напряжение) применяется для оценки электрической прочности изоляторов при атмосферном перенапряжении.
Перед проведением высоковольтных испытаний изоляторов проводится профилактический осмотр их на наличие сколов, трещин, следов перекрытия разрядов. Ремонт изоляторов проводится по мере необходимости. При межремонтных испытаниях проводятся измерение сопротивления изоляторов мегаомметром на напряжение 2500 В и испытание напряжением промышленной
частоты 50 кВ в течение одной минуты (в лабораторной работе данные испытания не проводятся). Электрические характеристики изоляторов определяются во время типовых заводских испытаний.
При эксплуатации изоляторов производятся профилактические испытания, при которых определяются только три электрические характеристики изоляторов: сухоразрядное и мокроразрядное напряжение и вольт-секундная характеристика при стандартной волне напряжения.
В лабораторной работе исследуются электрические характеристики изоляторов двух типов: ПФ-70 и ШФ-10, которые используются на магистральных электрифицированных железных дорогах и высоковольтных ЛЭП. Первая буква в маркировке изоляторов обозначает способ крепления (П – подвесной, Ш – штыревой), вторая – материал диэлектрика (Ф – фарфор), далее следует значение максимальной нагрузки в килоньютонах (кН), которую может выдержать изолятор до разрушения.
|
|
|
Изолятор считается выдержавшим испытание, если полученное во время испытания разрядное напряжение окажется больше напряжения, указанного в табл. 3.
Т а б л и ц а 3
Электрические характеристики изоляторов
| Тип изолятора | Напряжение, кВ | |||||
| рабочее | коронное | сухоразрядное | мокроразрядное | пробивное | импульсное | |
| ПФ-70 ШФ-10 |
Испытания изоляции оборудования стандартными грозовыми импульсами, имеющими длительность фронта 1,2 мкс и длительность до полуспада
50 мкс, проводят с помощью генераторов импульсных напряжений (ГИН). Схемы ГИН разнообразны, однако испытания изоляции обычно проводят генераторами с емкостными накопителями, имеющими незначительные паразитные индуктивности элементов. Стандартный грозовой импульс в емкостном ГИН получают путем разряда высоковольтного конденсатора на резистор, а пологий фронт испытательного импульса в 1,2 мкс формируют за счет заряда вспомогательного конденсатора через дополнительный резистор. Для формирования
стандартного грозового импульса требуется, чтобы постоянная времени разряда основного конденсатора (τ1 = C1R1) была много больше постоянной времени заряда конденсатора фронта (τ2 = C2R2). Рассмотрим принцип работы, например, четырехступенчатого ГИНа, схема которого приведена на рис. 2. ГИН имеет зарядное устройство (трансформатор T1 и диод VD1), сопротивление Rзащ, основные конденсаторы C1, шаровые разрядники ШР1 – ШР5, демпфирующие резисторы Rд и элементы формирования фронта R2, C2. Расстояния между шаровыми разрядниками ШР1 – ШР4 подобраны так, что их пробивное
напряжение немного больше зарядного напряжения. Паразитные емкости оборудования Cп играют существенную роль в работе генератора.
Рис. 2. Схема четырехступенчатого ГИНа
Конденсаторы ГИНа заряжаются от высоковольтного выпрямителя через
зарядные резисторы Rзар параллельно до одинакового напряжения U0. На разрядник ШР1 подается дополнительный поджигающий импульс напряжения, в результате этого ШР1 пробивается. Потенциал точки 3 практически мгновенно становится равным U0, поскольку незначительны сопротивление резистора Rд и постоянная времени цепочки RдCп. Потенциал точки 4 по отношению к земле при этом равен сумме потенциала точки 3 и напряжения U0, а потенциал точки 5 остается нулевым, поскольку паразитная емкость Cп не успевает зарядиться через высокоомный резистор Rзар. Напряжение на разряднике ШР2 оказывается равным 2U0, и он пробивается, что приводит в первый момент времени к появлению напряжения 3U0 на разряднике ШР3. Аналогично пробивается и
|
|
|
разрядник ШР4, в результате чего все четыре конденсатора оказываются соединенными последовательно через шаровые разрядники и резисторы Rд. Один из резисторов Rд используется для демпфирования колебаний в контуре C1 – ШР1 – Cп, в котором из-за наличия индуктивностей проводов могут возникнуть затухающие колебания с большой амплитудой. При изменении зарядного напряжения требуется перенастройка искровых промежутков шаровых разрядников. В качестве измерительной схемы для регистрации амплитуды и формы импульса используется запоминающий осциллограф N.
Схема лабораторной установки для определения основных электрических характеристик изоляторов на переменном токе приведена на рис. 3, где ИО – испытуемый объект (изолятор), ИП – изолирующая подставка.
Рис. 3. Схема лабораторной установки для определения электрических
характеристик изоляторов
Для самостоятельной теоретической подготовки рекомендуется использовать литературные источники [1, 5, 8, 9].
Порядок выполнения работы
1) Установить поочередно изоляторы типов ШФ-10, ПФ-70 на изолирующую подставку, подвести к ним рабочее напряжение.
2) Определить коронное напряжение, плавно увеличивая напряжение (испытания проводятся в затемненном помещении).
3) При дальнейшем повышении напряжения определить сухоразрядное напряжение. После наступления искрового пробоя отключить установку высокого напряжения.
|
|
|
4) Вновь поочередно установить те же изоляторы на изолирующую подставку, увлажнить их с наружной поверхности водой, после чего подвести к ним рабочее напряжение и определить мокроразрядное напряжение.
5) Установить напряжение питания трансформатора 100 В и определить импульсное напряжение в режиме автоматического срабатывания ГИНа.
6) Изменяя расстояние между шаровыми разрядниками от 2,0 до 3,5 см,
получить стандартную форму испытательного импульса, контролируя ее по запоминающему осциллографу.
7) Установить поочередно изоляторы на изолирующую подставку, произвести зарядку генератора до автоматического срабатывания.
8) Результаты измерений записать в табл. 4.
Т а б л и ц а 4
Результаты испытаний электрических характеристик изоляторов
| Тип изолятора | Напряжение, кВ | Заключение о годнос- ти изолятора | ||||||||
| рабочее | коронное | сухоразрядное | мокроразрядное | импульсное | ||||||
| паспорт | опыт | паспорт | опыт | паспорт | опыт | паспорт | опыт | |||
| ПФ-70 ШФ-10 |
2.3. Контрольные вопросы
1) С какой целью проводятся испытания изоляции повышенным напряжением?
2) Почему скорость увеличения напряжения при испытании на промышленной частоте должна быть постоянной?
3) Чем объяснить увеличение электрической прочности изоляторов при импульсном напряжении в сравнении с напряжением переменной частотой 50 Гц?
Лабораторная работа 3
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ ВДОЛЬ ЭЛЕМЕНТОВ
ГИРЛЯНДЫ ПОДВЕСНЫХ ИЗОЛЯТОРОВ
Ц е л ь р а б о т ы: ознакомление с распределением напряжения вдоль гирлянды, состоящей из подвесных изоляторов, и со способами выравнивания напряжения вдоль гирлянды изоляторов.
|
|
|
