56

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

САЯНО-ШУШЕНСКИЙ ФИЛИАЛ

Изоляция и перенапряжения в электрических системах

Методические указания по выполнению лабораторных работ № 1-4

Саяногорск

СШФ СФУ

2008

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.

1. Лабораторная работа № 1 распределение напряжения по элементам изоляционных конструкций

1.1. 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 емкостейК, и. Если бы емкостииотсутствовали, напряжение распределялось бы по изоляторам равномерно. В реальных условиях емкостипФ ипФ, т.е. не равны нулю, поэтому ток, протекающий через емкостиК 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 емкостина 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 , приходящееся наi-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 емкостьизоляторов, ближайших к проводу, что приводит к снижению. В случае расщепления проводов емкостьзначительно увеличивается. Поэтому применение расщепленных проводов, а также сдвоенных гирлянд, у которыхК увеличивается в большей степени, чем , способствует выравниванию распределения напряжения вдоль гирлянды изоляторов.