2

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

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.

3

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 норматив- но-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.

4

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)

K – собственные емкости изоляторов; С1 – емкости металлических элементов изоляторов относительно заземленных частей сооружения (опоры, заземленных тросов и т.д.); С2 – емкости этих же элементов относительно частей установки, находящихся под

напряжением (проводов, арматуры); R - сопротивления утечки по поверхности изоляторов.

5

Обычно гирлянды комплектуются из однотипных изоляторов, поэтому их собственные емкости имеют одинаковые значения (К=30÷70 пФ). При чистой

и сухой поверхности изоляторов R >>1ωK . Поэтому распределение напряжения зависит только от емкостей К, C1 и C2 . Если бы емкости C1 и C2 от-

сутствовали, напряжение распределялось бы по изоляторам равномерно. В реальных условиях емкости C1 = 4 ÷5пФ и C2 = 0,5 ÷1,0 пФ, т.е. не равны ну-

лю, поэтому ток, протекающий через емкости К изоляторов, не остается постоянным.

I k

U/U 0

R = ∞

1,0

С1 =0;С2 =0

С1 ≠0;С2 =0

x

Рис. 1.2. Влияние ёмкости С1 на распределение напряжения вдоль гирлянды

На рис. 1.2 приведена схема замещения для случаев С1 ≠ 0 и С2 = 0 , и

условно показано распределение токов. Через собственную емкость ближайшего к проводу изолятора протекает наибольший ток, а через емкость изоля-

6

тора, ближайшего к «земле» - наименьший. При этом напряжение вдоль гирлянды распределяется неравномерно.

В реальных условиях на распределение напряжения вдоль гирлянды оказывают влияние, как емкости С1 , так и емкости С2 . При этом изоляторы,

расположенные в средней части гирлянды, оказываются менее нагруженными, чем изоляторы у концов гирлянды. Вследствие того, что Ñ1>C2,

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 С2 изоля-

торов, 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 R >>1ωK , 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 (R = ∞) , получено с учетом того, что

для гирлянды изоляторов емкости K1,C11,C12 на единицу длины определяются через реальные емкости изоляторов K,C1,C2 (рис. 1.1):

K1 = Kh ,

C11 = C1 h ,

C12 = C2 h ,

где h – строительная высота изолятора.

Кроме того учтено, что текущая координата x может принимать лишь дискретные значения:

x = ih ,