Таблица 4.1

Результаты расчетов и измерений

3.Измерить Uн для проводов одного и того же r0 , имеющих различные значения коэффициентов гладкости. Результаты измерений представить в виде графика Uн=f(m).

4.По данным табл. 4.1 построить зависимости: Uн = f(r0), Рк = ( r0) при

n = 1; Uн = f(rэ), Рк = ( rэ) при n=2 и n=3.

Опытные и расчетные зависимости сравнить между собой.

Контрольные вопросы

1.Как зависит напряжение начала короны и потери энергии от радиуса провода, от погодных условий?

2.Какие меры применяют для уменьшения потерь на корону и радиопомех на проводах воздушных линий?

3.Почему по площади вольт–кулоновой характеристики можно судить о потерях на корону?

Литература

1. Базуткин В. В. и др. Техника высоких напряжений / В.В. Базуткин, В. П. Ларионов, Ю. С. Пинталь. – М.: Энергоатомиздат, 1986, § 16–1, 16–4.

2. Техника высоких напряжений / Под ред. Д. В. Разевига. – М.: Энергия, 1976, гл.10.

31

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 5. ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ

ВДОЛЬ ГИРЛЯНДЫ ИЗОЛЯТОРОВ И ЕЕ СХЕМЫ ЗАМЕЩЕНИЯ

Цель работы: изучить распределение напряжения вдоль гирлянды подвесных изоляторов с помощью электрической схемы замещения и экспериментально.

Общие сведения

Распределение напряжения по отдельным элементам гирлянды подвесных изоляторов – одна из важнейших характеристик линейной изоляции, особенно для линий сверхвысокого напряжения. Рабочее напряжение распределяется по изоляторам гирлянды неравномерно. Если гирлянда состоит из 6 10 изоляторов и более, то на первый изолятор от провода приходится 20 25% напряжения, приложенного ко всей гирлянде. На ВЛ 330 кВ и выше это напряжение может оказаться выше напряжения возникновения коронного разряда на изоляторе. На изоляторе появится корона, которая вызовет ускоренную коррозию металлической арматуры и интенсивные радиопомехи. Для выяснения причин неравномерного распределения напряжения по изоляторам рассмотрим гирлянду подвесных изоляторов (а) и ее схему замещения (б), приведенные на рис. 5.1.

Рис. 5.1. Гирлянда изоляторов (а), ее схема замещения (б) и распределение напряжения вдоль гирлянды (в); С0 – собственные емкости каждого изолятора; С1 – емкости металлической арматуры изоляторов относительно земли (траверсы, опоры); С2 – емкости этих же частей изоляторов относительно провода

32

Собственные емкости каждого изолятора С0 очень малы (10 50 пФ) и сравнимы с паразитными емкостями С1 и С2. Обычно для всех изоляторов гирлянды емкости С0 одинаковы, так как скомплектованы из однотипных изоляторов. Величина паразитных ёмкостей С1 и С2 зависит от места изоляторов в гирлянде, однако для простоты исследования можно принять их одинаковыми для всех изоляторов.

Если бы паразитных емкостей С1 и С2 не было, то напряжение по элементам гирлянды распределялось бы равномерно, так как через емкости С0 элементов протекал бы один и тот же ток, создающий одинаковое падение напряжения на каждом изоляторе.

При наличии емкостей С1 и С2 токи, текущие через них, существенно искажают равномерное распределение напряжения, задаваемое только цепочкой одинаковых емкостей С0. Если учесть наличие С0 и С1, предполагая что С2 = 0, то токи, текущие от провода через емкости С0 отдельных изоляторов в гирлянде, будут различными, так как часть тока будет уходить на землю через соответствующие емкости С1 (рис. 5.2). Поэтому наибольший ток будет протекать через емкость С0 ближайшего к проводу изолятора k = 1, вызывая на нем наибольшее падение напряжения.

Если рассмотреть влияние емкостей изоляторов относительно провода С2, предполагая, что С1 = 0 (рис. 5.3.), то видно. Что наибольшее падение напряжения будет приходиться на ближайший к заземлённой траверсе изолятор (k = 6).

Рис. 5.2. Влияние ёмкости С1 на распределение напряженияU вдоль гирлянды

33

Рис. 5.3. Влияние ёмкости С2 на распределение напряжения вдоль гирлянды

Поскольку ёмкость воздушного конденсатора зависит от размеров его обкладок (электродов), а размеры траверсы и опоры значительно больше размеров провода (рис. 5.1). Поэтому, С1 С2 и в распределении напряжения по изоляторам будет преобладать влияние емкости С1. В результате наибольшее падение напряжения будет на элементах гирлянды, примыкающих к проводу; наименьшее – на изоляторах средней части и затем – вновь некоторое повышение напряжения на изоляторах у заземленной траверсы (рис. 5.1,в).

Полагая емкости С1 для всех элементов одинаковыми, как ёмкости С2 получим аналитическое выражение для напряжения, приходящегося на каждый элемент цепочной схемы (рис. 5.1,а).

sh x ex e x ; ch x ex e x .

2 2

По выражению (5.1) подсчитывают напряжение на каждом изоляторе и строят зависимость

34

Выравнивают распределение напряжения вдоль гирлянды с помощью защитной арматуры в виде экранных колец, восьмерок или овалов, которая монтируется у провода и увеличивает ёмкость С2 ближайших к проводу изоляторов. Кроме того, благоприятно сказывается на распределении напряжения применение изоляторов большей емкости, например, стеклянных, и расщепление проводов фаз.

Описание испытательной установки

Для исследования распределения напряжения используют модель, показанную на рис. 5.1,б. Параметры схемы замещения: n = 6, C0 = 1,09 мкФ, С1 = 0,275 мкФ, С2 = 0,088 мкФ. Перемычками параллельно ёмкостям С2 подключают емкости С2′ = 0,875, С2″ = 0,328, С2″′ = 0,196 мкФ, которые имитируют собой влияние защитной арматуры. Схему замещения подключают к сети переменного тока 220 В. Падение напряжения на каждом изоляторе измеряют вольтметром.

Установка для исследования распределения напряжения вдоль реальных подвесных изоляторов состоит из испытательного трансформатора ИОМ– 100/100 и схемы питания, показанной на рис. 3.4.

Распределение напряжения по гирлянде определяют подключая параллельно изоляторам разрядник жужжащей штанги Р (рис. 5.1,а). Напряжение, подаваемое на гирлянду изоляторов, поднимают до возникновению устойчивого разряда на разряднике.

Если известны значения напряжения на гирлянде, соответствующие моментам пробоя для всех n изоляторов, то падение напряжения в процентах для k-го изолятора находят по формуле (5.3):

Порядок выполнения работы

1. Для заданных преподавателем значений C0, С1, и С2 рассчитать распределение напряжения по элементам гирлянды с помощью формулы (5.1). Построить зависимость ∆U = f(k).

2. Измерить распределение напряжения по элементам схемы замещения и построить в одной системе координат зависимости ∆U = f(k) для следующих случаев:

–при наличии только собственных емкостей C0;

–при наличии емкостей C0 и C1 (С2 = 0);

–при наличии емкостей C0 и C2 (С1 = 0);

35

–с учетом одновременного влияния всех емкостей C0, С1, и С2;

–с защитной арматурой при одновременном действии всех ёмкостей схемы C0, С1, С2, С2′, С2″, С2″′. Данные измерений записать в табл. 5.1.

Таблица 5.1 Результаты измерений распределения напряжения по схеме замещения

3. Измерить с помощью жужжащей штанги распределение напряжения:

–для нормальной гирлянды изоляторов;

–при наличии поврежденного изолятора;

–при наличии защитной арматуры;

–для гирлянды стеклянных изоляторов. Результаты измерений записать в табл. 5.2.

Таблица 5.2 Результаты измерений распределения напряжения вдоль гирлянды изоляторов

4. По данных табл. 5.2 в формуле (5.3) рассчитать распределения напряжения по элементам гирлянды и построить графики ak = f(k).

Контрольные вопросы

1. Как влияют на распределение напряжения вдоль гирлянды изоляторов емкости C0, С1, и С2?

2.Какие нежелательные явления вызывает неравномерное распределения напряжения по гирлянде изоляторов?

3.Какие меры применяют для выравнивания напряжения вдоль гирлян-

ды?

Литература

1.Базуткин В. В. и др. Техника высоких напряжений / В. В. Базуткин, В. Л. Ларионов, Ю. С. Пинталь. – М.: Энергоатомиздат, 1986, – § 9–1.

2.Техника высоких напряжений / Под ред. Д. В. Разевига. – М.: Энергия, 1976. – § 6–2.

36

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 6. ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАЩИТЫ ПОДСТАНЦИЙ ОТ ГРОЗОВЫХ ВОЛН, ПРИХОДЯЩИХ С ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

Цель работы: исследовать конкретную схему защиты подстанций от перенапряжений, вызванных воздействием волн грозового происхождения.

Общие сведения

Опасные перенапряжения на электрооборудовании подстанций могут появляться не только при ударах молнии непосредственно в подстанцию, но и при поражениях молнией воздушных линий (ВЛ). Атмосферные перенапряжения на линиях возникают при ударах молнии в провода, а также при обратных перекрытиях линейной изоляции (перекрытия на провод с пораженного прямым ударом молнии троса или опоры).

Основным средством защиты изоляции электрооборудования распредустройств (РУ) и подстанций от приходящих с линии волн являются нелинейные ограничители перенапряжений (ОПН) и вентильные разрядники (РВ). При разработке новых и реконструкции действующих электроустановок вентильные разрядники подлежат замене на ОПН. Оксидно-цинковые резисторы (варисторы), используемые в ОПН имеют существенно более высокую степень нелинейности вольтамперной характеристики по сравнению с карбидокремниевыми (SiC) резисторами, применяемыми в РВ. Это позволяет устанавливать варистор между фазой и землей параллельно изоляции защищаемого объекта без искрового промежутка. В результате уровень защиты ОПН определяется не характеристиками пробоя и гашения дуги в искровом промежутке, а только вольтамперной характеристикой варистора.

Величина и форма перенапряжений на оборудовании распределительного устройства зависят от параметров приходящей волны и расположения оборудования. Если бы защищаемая изоляция была размещена близко от ОПН или разрядника, то напряжение на ней не превышало бы напряжения на этих элементах, и защита была бы достаточно надежной. Но в реальных условиях средства защиты не могут быть установлены у всех аппаратов подстанции; обычно они присоединяются к каждой системе шин, а на подстанциях 110 кВ и выше – дополнительно к трансформаторам и реакторам. Поэтому часть аппаратов удалена от ОПН на расстояния, которые могут достигать нескольких десятков метров. Ошиновка подстанции (распределенная индуктивность и емкость) вместе с емкостью аппаратуры образует колебательный контур. При приходе на подстанцию волны напряжения с крутым фронтом в отдельных точках подстанции возникают высокочастотные колебания относительно остающегося напряжения ОПН или разрядника, амплитуда которых тем больше, чем больше крутизна набегающей волны и расстояние от разрядника до защищаемой изоляции.

37

Защита подстанций от набегающих с ВЛ волн грозовых перенапряжений основана на выборе характеристик защитных аппаратов (ОПН, разрядников), их числа и мест установки на подстанции, обеспечивающих такое снижение перенапряжений, при котором в течение нормируемого срока безаварийной работы подстанции при воздействии набегающих волн Тн.в перенапряжения не превысят допустимых для изоляции значений. Показатель надежности грозозащиты подстанций от набегающих волн Тн.в характеризует среднюю повторяемость опасных перенапряжений и для подстанций 35 – 1150 кВ должен быть соответственно равен 200 – 1500 лет. На практике задачи грозозащиты подстанций решают либо путем проведения расчетов по специальным компьютерным программам, либо с помощью специализированных моделей, например анализаторов грозозащиты подстанций.

Исследование грозозащиты подстанции начинают с составления ее эквивалентной схемы в следующем порядке.

На основании анализа схемы и вероятных режимов работы подстанции выбирают схемы и устанавливают точки появления опасных перенапряжений (наиболее неблагоприятными будут режимы с минимальным числом подключенных линий и наибольшим расстоянием по ошиновке между разрядниками и защищаемым оборудованием).

В соответствии с выбранным режимом составляют полную эквивалентную схему подстанции. При этом трансформаторы, аппараты и короткие тупиковые ответвления шин замещают входными емкостями, что справедливо при воздействии коротких грозовых импульсов. Линии электропередачи, отходящие от подстанции, представляют активными сопротивлениями, равными волновому.

Пример однолинейной схемы подстанции и эквивалентной схемы замещения приведены на рис. 6.1 и 6.2 а.

Для облегчения расчетов и опытов полную эквивалентную схему подстанции упрощают, используя следующие положения:

а) в схеме подстанции сохраняют минимальное число точек, где необходимо определить перенапряжение. К ним относятся: место подключения линейного разъединителя (т. 1); точки шин подстанции, в которых происходит разветвление ошиновки (т. 2); точки подключения ОПН (т. 3); – трансформато-

ра (т. 4);

38

39

ВЛ 2

ВЛ 2

C1 C4

Рис. 6.3. Разнесение емкостей между узлами

б) небольшие емкости, имитирующие короткие отрезки шин, емкости разъединителей, выключателей и ТН, следует разнести между узловыми точками подстанции по правилу моментов (рис. 6.3) по формулам (6.1).

в) емкости небольшой величины, включенные параллельно ОПН или вентильному разряднику, можно не учитывать, поскольку они шунтируются их малым сопротивлением в режиме ограничения перенапряжения.

Перенапряжения, возникающие на изоляции различного электрооборудования РУ или подстанции, сравнивают с ее импульсным уровнем U доп (рис. 6.4). При этом считают, что волны перенапряжений, целиком расположенные в пределах между осью абсцисс и значениями допустимых импульсных перенапряжений Uдоп независимо от их формы, безопасны для изоляции оборудования.

Рис. 6.4. Характерная форма грозовых перенапряжений и допустимые значения напряжений а) на трансформаторе; б) на аппаратах

Uост – остающееся напряжение защитного аппарата

40