Теоретичні положення. Для ізоляції проводів повітряних ліній електропередачі (ЛЕП) напругою 35 кВ і більше застосовуються гірлянди ізоляторів

Для ізоляції проводів повітряних ліній електропередачі (ЛЕП) напругою 35 кВ і більше застосовуються гірлянди ізоляторів. Розподіл напруги по ізоляторах гірлянди не рівномірний. Якщо не прийняти спеціальних заходів з вирівнювання розподілу напруги, то найближчі до проводу ізолятори виявляться під впливом напруги, що перевищує напругу початку корони, зростуть втрати енергії і радіоперешкоди.

Правила улаштування електроустановок передбачають при відсутності підвищених забруднень наступну кількість елементів у гірлянді при різних номінальних напругах, наведену в табл. 3.1.

3.1.Кількість відповідного типу ізоляторів у гірлянді при різних номінальних напругах

На рис.3.1 наведена схема заміщення гірлянди, на якій ізолятори представлені ланцюжком рівних ємностей С3, шунтованих опорами витоку по поверхні, а ємності металевих елементів щодо заземлених деталей, наприклад, опори, троса і фазного проводу, позначені відповідно С1 і С2.

Величина ємності СЗ підвісних порцелянових ізоляторів коливається в межі 30...70 пФ, С1 = 4...5 пФ; С2 =1 пФ.

Опір витоку R сухого ізолятора значно перевищує ємнісний опір 1/wС₃ елемента гірлянди і тому при аналізі розподілу напруги по сухій гірлянді ізоляторів не враховується.

Якщо у схемі рис.3.1 врахувати тільки ємність С3 і С1, то струми в ланцюгу конденсаторів С3 підкорятимутися нерівності:

. (3.1)

Рис. 3.1. Схема заміщення гірлянди ізоляторів

При рівності ємностей СЗ це приведе до росту напруги на найближчих до проводу елементах гірлянди:

. (3.2)

Якщо ж враховувати при аналізі тільки ємність С3 і С2, то мають місце нерівності:

, (3.3)

. (3.4)

Отже, протікання ємнісних струмів витоку по конденсаторах С1 приводить до росту напруги на найближчих до проводу елементах гірлянди, а протікання струмів і^I_i – до росту напруги на віддалених від проводу елементах. Так як С1>С2, то на розподіл напруги по довжині гірлянди більший вплив роблять ємності на землю.

Напруга на i–му ізоляторі гірлянди, рахуючи від проводу:

(3.5)

У найбільш складних умовах працює найближчий до проводу ізолятор, напруга на якому:

. (3.6)

У виразах (3.5), (3.6):

, (3.7)

де п – кількість елементів у гірлянді.

Вирівнювання напруги по елементах гірлянди може бути досягнуто збільшенням власних ємностей елементів, встановленням біля проводу ізолятора з підвищеним значенням власної ємності, підвіскою біля проводу двох паралельно з’єднаних елементів, застосуванням металевої арматури з боку проводу, збільшенням ємностей С2 за рахунок розщеплення проводів ЛЕП.

У лабораторних умовах вимір розподілу напруги по гірлянді при змінній напрузі на проводі робиться за допомогою кульового розрядника з незмінною відстанню між електродами. Вимірювальний розрядник не повинен вносити істотних змін в електричне поле гірлянди і характеризуватися ємністю, меншою ємності окремого елемента гірлянди.

Розрядник по черзі підключається паралельно кожному елементу гірлянди. До проводу підводиться напруга від дослідного трансформатора, яка підвищується до пробою іскрового проміжку.

Якщо – пробивна напруга розрядника, a – напруга, підведена до проводу, при якому відбувся пробій іскрового проміжку розрядника, закріпленого на i–му ізоляторі гірлянди, то для падіння на кожному ізоляторі:

(3.8)

(3.9)

.

Підставляючи розрядні напруги, знаходимо:

(3.10)

.

Враховуючи, що:

, (3.11)

отримаємо:

. (3.12)

Звідки

. (3.14)

Аналогічно можна отримати вирази:

, (3.15)

.

Запропонована методика виміру справедлива при дотриманні основного допущення про незалежність характеру розподілу напруги по гірлянді від величини прикладеної до проводу напруги. Тут не враховується вирівнювальна дія на розподіл напруги по гірлянді корони на проводі ЛЕП і в місцях зчленування елементів гірлянди. Визначення розподілу напруги по гірлянді порцелянових ізоляторів використовується для виявлення дефектних ізоляторів. Напруга на дефектному (пробитому) ізоляторі значно знижується.

Якщо розрядник підключений паралельно дефектному ізолятору, що має номер i (рахунок ведеться від проводу до траверси), то напруга на проводі , при якому настає пробій розрядника, значно зростає.

Вимірювальна штанга. У польових умовах вимірювання розподілу по гірлянді і виявлення дефектних ізоляторів проводиться за допомогою вимірювальної штанги. Для цього кінцем штанги дотикаються до металевої арматури ізолятора гірлянди. Потім, повільно повертаючи рукоятку, домагаються пробою змінного іскрового проміжку і за попередньо проградуйованою шкалою визначають напругу, що приходиться на вимірюваний елемент гірлянди. Рукоятка штанги зв'язана з рухливим електродом іскрового проміжку. При пробої іскрового проміжку штанга не шунтує вимірюваний елемент завдяки високовольтному конденсатору, включеному послідовно з іскровим проміжком. Випробування ізоляції штанги проводиться не менше одного разу на рік.

Електростатичний вольтметр типу С–196. Для вимірювання напруги, прикладеної до гірлянди, у роботі використовується кіловольтметр типу С–196. Він являє собою трьохграничний лабораторний прилад електростатичної системи зі світловим відліком. Електростатичний вплив виникає між рухомим і нерухомим електродами, що знаходяться під різними потенціалами. Нерухомий електрод укріплений на опорному ізоляторі. На другому опорному ізоляторі розміщений екран з отвором, усередині якого знаходиться рухомий електрод, укріплений на розтяжках.

Кіловольтметри типу С–196 служать для вимірювання напруги постійного струму і діючого значення напруги змінного струму частотою 45–500000 Гц у ланцюгах з одним заземленим полюсом. При цьому як електрод з вимірювальним механізмом, так і підстава приладу повинні бути заземлені.

Межі вимірювань приладу: 7,5, 15 і 30 кВ. Вхідна ємність – не більше 18 ·10^–12 Ф, час затухання коливань рухливої частини приладу – не більше 6 с, опір ізоляції вимірювального ланцюга при постійній напрузі − не менше 10¹⁰ Ом.

На електроді з вимірювальним механізмом розміщені: ручка перемикача шкал, головка коректора, затискач для заземлення і рукоятка засувки, що закриває отвір для рухомого електрода в неробочому стані приладу. Високовольтний затискач розміщений на нерухомому електроді.

Перехід з однієї межі вимірювань на іншу здійснюється зміною відстані між електродами. Крім того, за допомогою спеціальної ручки на бічній стороні електрода з вимірювальним механізмом здійснюється зміна шкали, за якою виконується відлік.

Для збільшення чутливості прилад оснащений світловим відліком. Установка світлового зображення покажчика на нульову оцінку шкали встановлюється коректором, головка якого виведена на передню сторону корпуса.