Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Петербургский Государственный Университет
Путей Сообщения
Кафедра «Электромеханические комплексы и системы»
Лабораторная работа №9
Распределение высокого напряжения
по цепи изоляторов
Выполнил студент
Группы ЭТ-002
Кисель А.А.
Г. Санкт-Петербург
2013 год.
Цель работы – исследование неравномерности распределения напряжения по изоляторам гирлянд и опорных колонок; ознакомление со способами выравнивания распределения напряжения.
Общие сведения. В высоковольтных электрических сетях и установках с номинальным напряжением свыше 10 кВ токоведущие части крепятся с помощью изоляторов, собираемых в подвесные гирлянды и опорные колонки.
Распределение напряжения по изоляторам гирлянды можно установить с помощью схемы замещения (рис. 1). На этой схеме R – сопротивление утечки по поверхности изоляторов; K – собственные емкости изоляторов; Cз – емкости между промежуточными электродами изоляторов и землей; Cп – емкости между промежуточными электродами и линейным проводом.
а) б) в)
Рис. 1. Гирлянда изоляторов (а), схемы замещения (б) и кривые
распределения напряжения по ее элементам (в):
1 – равномерное распределение напряжения;
2 – распределение напряжения с учетом Сз;
3 – реальная кривая распределения напряжения
Обычно гирлянды и опорные колонки комплектуются из однотипных изоляторов. Их собственные емкости К = 50…70 пФ имеют одинаковую величину. При чистой и сухой поверхности изоляторов R >> 1 / K, поэтому распределение напряжения зависит только от емкостей К, Cз и Cп. Величины емкостей Cз и Cп зависят от места расположения изоляторов, в среднем емкость Cз = 2…5 пФ, а Cп = 0,5…1 пФ.Если предположить, что собственные емкости К равны между собой, а емкости Cз и Cп равны нулю, то очевидно, что приложенное напряжение равномерно распределится по элементам цепочки (U1 = U2 = . . . = Un) (рис. 1, кривая 1). Наличие емкостей Cз и обусловленных ими поперечных токов смещения Iз влияет на величину продольных токов Iк. Продольные токи Iк уменьшаются по мере приближения рассматриваемого изолятора к земле, вследствие чего падение Ui = 1 / jK Iкi на элементах цепочки также снижается и U1 > U2 > ... > Un (рис. 1, кривая 2). Токи Iп, протекающие через емкости Cп, частично компенсируют поперечные токи Iз и тем самым способствуют выравниванию распределения напряжения по элементам цепочки (рис. 1, кривая 3). Однако идеального выравнивания напряжения не происходит, так как Cз > Cп. Это обусловливает неравномерность распределения напряжения, особенно на элементах, ближайших к линейному проводу. С увеличением числа изоляторов в гирлянде неравномерность возрастает. Если не принять специальных мер, то на ЛЭП высокого напряжения (220 кВ и выше) часть изоляторов в гирляндах может оказаться под таким напряжением, что на них уже при рабочем напряжении и нормальных атмосферных условиях возникает корона, которая является источником радиопомех и причиной ускоренной коррозии арматуры и вызывает дополнительные потери энергии.
Выровнять распределение напряжения вдоль цепочки изоляторов можно с помощью специальной арматуры в виде экранных колец, восьмерок и овалов, укрепляемых в месте подводки линейного провода. Такая защитная арматура увеличивает емкость Cп и тем самым уменьшает долю напряжения, приходящуюся на ближние к проводу изоляторы.
Если в гирлянде имеются поврежденные изоляторы, то распределение напряжения становится еще более неравномерным: на поврежденном изоляторе уменьшается до нуля, а на других возрастает. Своевременное выявление поврежденных изоляторов в линейной и подстанционной изоляции – важное условие безаварийной работы электроустановок. Периодическая проверка изоляторов в гирляндах и колонках производится с помощью специальных штанг.
При сильном загрязнении и увлажнении поверхностей изоляторов R << I / jK, поэтому распределение напряжения вдоль гирлянды определяется, главным образом, сопротивлениями утечки. Если изоляторы загрязнены и увлажнены одинаково и равномерно по всей поверхности, то распределение напряжения выравнивается.
Распределение напряжения по изоляторам гирлянды для случая, когда поверхности изоляторов сухие и чистые, можно рассчитать по формуле
,
где Ux – напряжение в точке относительно земли;
U0 – напряжение, приложенное ко всей гирлянде;
n – число изоляторов в гирлянде;
i – номер изолятора, считая от провода;
.
Программа работы
1. С помощью высоковольтного электростатического киловольтметра снять кривую распределения напряжения по гирлянде, состоящей из семи подвесных изоляторов типа ПФ6-А;
2. Измерить распределение напряжения вдоль гирлянды при наличии одного пробитого изолятора;
3. Измерить распределение напряжения вдоль гирлянды с защитной арматурой;
4. С помощью искрового промежутка снять кривую распределения напряжения по колонке, состоящей из опорных изоляторов.
Порядок выполнения работы
При выполнении всех пунктов программы гирлянда и колонка изоляторов подключаются к выводам высоковольтного испытательного трансформатора (рис. 2).
Рис. 2. Принципиальная схема для исследования распределения напряжения
по цепи изоляторов
Для построения кривой распределения напряжения по гирлянде используется метод поочередного измерения потенциалов ее промежуточных электродов V2 по отношению к земле с помощью электростатического киловольтметра типа С-100. Перед началом измерений по киловольтметру устанавливается величина напряжения, подводимого ко всей гирлянде, равная 50 кВ. В дальнейшем при всех измерениях потенциалов величина подводимого напряжения остается неизменной, что контролируется по вольтметру V1 в первичной обмотке ИТ. По полученным данным, записанным в таблицу, строится кривая распределения напряжения по изоляторам гирлянды.
Распределение напряжения на гирлянде
|
Номер электрода изоляторов гирлянды |
U2, кВ |
|
|
Без защитной арматуры |
||
|
опыт |
расчет |
|
|
5 |
7 |
2,2 |
|
4 |
6 |
3,2 |
|
3 |
12 |
2,6 |
|
2 |
15,5 |
14 |
|
1 |
20 |
28 |
Пробитый изолятор в гирлянде имитируется путем его шунтирования проводником.
Для построения кривой распределения напряжения в колонке используется метод искрового промежутка (ИП), который подключается параллельно тому изолятору, падение напряжения на котором необходимо измерить. К колонке подводится высокое напряжение, постепенно повышаемое до тех пор, пока не произойдет пробой в ИП. В момент пробоя приложенное по всей колонке напряжение фиксируется по показанию вольтметра, включенного в первичную обмотку трансформатора. Опыт повторяется последовательно для всех изоляторов колонки.
Пусть U – напряжение пробоя ИП. Эта величина напряжения неизменна, так как не меняется расстояние между электродами искрового промежутка. Обозначим величины напряжений, прикладываемых ко всей колонке, при которых происходит пробой ИП на 1, 2, …, n изоляторов через U1в, U2в, ..., Unв. Тогда отношения
будут представлять собой доли напряжения, приходящегося на отдельный изолятор от напряжения, приложенного ко всей колонке:
Следовательно, доля напряжения, приходящаяся на i-й изолятор колонки,
Вывод: В ходе лабораторной работы было исследовано распределение напряжения по цепи изоляторов.