POLITECHNIKA LUBELSKA w Lublinie

Wydział Elektryczny

Laboratorium techniki wysokich napięć.

Ćwiczenie nr 13.

Temat: Rozkład napięcia na łańcuchu izolatorów wiszących.

Wykonali: Adam Ligiencki

Jarosław Mączka

Jacek Podsiadły.

Grupa E.D. 8.6.

Środa godz. 1215 -1500.

Data wykonania: 1995-04-05.

LUBLIN 1995.

1. Cel ćwiczenia.

Zadaniem jakie ma spełnić to ćwiczenie jest zapoznanie z budową izolatorów liniowych wysokiego napięcia, rozkładem napięć na łańcuchu izolatorów, oraz wpływem dodatkowych pojemności na rozkład napięcia na ogniwach łańcucha. Ma ono także zapoznać z metodą wykrywania uszkodzonego ogniwa w łańcuchu izolatorów.

2. Wprowadzenie teoretyczne.

Najczęściej definiuje się izolator jako układ konstrukcyjny, który elektrycznie izoluje a jednocześnie łączy mechanicznie części urządzenia elektrycznego będące pod napięciem. Izolatory buduje się i oznacza na napięcie znamionowe. Definiuje się także napięcie przeskoku i napięcie przebicia. Napięcia te są znacznie wyższe od znamionowych. Izolator powinien wytrzymać takie napięcia ponieważ przy pracy linii zdarzają się często przepięcia bądź to atmosferyczne bądź łączeniowe. Dobry izolator nie powinien się uszkodzić przy standardowym przepięciu. Jednak w praktyce stosuje się zabezpieczenia izolatorów w postaci ochronników i przewodów odgromowych.

Izolatory podlegają okresowym badaniom, które są prowadzone zgodnie z normą

PN-66/E-06308. Norma ta przewiduje trzy rodzaje badań:

badanie pełne - wykonywane przez wytwórcę na próbnych partiach izolatorów które wchodzą do produkcji,

badania kontrolno-odbiorcze polegają na sprawdzeniu czy izolatory spełniają wymagania norm odbiorców,

badania wyrobu - przeprowadzane przez wytwórcę na wszystkich wyprodukowanych izolatorach, mają na celu wykluczenie egzemplarzy wadliwych.

Izolatory można podzielić na dwie zasadnicze grupy: nieprzebijalne i przebijalne. Izolator nieprzebijalny to taki, którego najkrótsza droga przebicia przez materiał jest co najmniej równa połowie drogi przeskoku w powietrzu. Oznacza to, że taki izolator nigdy nie zostanie przebity przez materiał, ponieważ przy przekroczeniu napięcia jakie on wytrzymuje nastąpi przeskok po powierzchni a nie przez wnętrze. Obecnie większość izolatorów buduje się jako nieprzebijalne. Jedynym wyjątkiem są izolatory kołpakowe, które są jednak coraz rzadziej stosowane.

Ze względu na zastosowanie izolatory można podzielić w następujący sposób:

liniowe,

stacyjne,

przepustowe,

wsporcze.

Tak szeroka gama izolatorów jest spowodowana różnorodnymi ich zastosowaniami i co za tym idzie różnymi wymaganiami stawianymi poszczególnym typom.

3. Warunki pomiarów.

temperatura : T=23oC=296 K

ciśnienie atmosferyczne : b=760 mmHg

wilgotność względna powietrza : =35%

gęstość względna powietrza : =293/296=0.99

Ze względu na współczynnik bliski jedności zakładamy, że pomiary odbywały się w warunkach normalnych.

transformator : =110kV/220V=500

4. Pomiar rozkładu napięć na łańcuchu izolatorów składającego się z 7 ogniw.

schemat układu pomiarowego

tabela pomiarów i obliczeń

Nr ogni-		Łańcuch zdrowy bez pierścienia												Łańcuch uszkodzony z pierścieniem										Łańcuch zdrowy z pierścieniem
wa		U		Ux		U/U		Ux/U		U		Ux		U/U		Ux/U			U			Ux	U/U			Ux/U
K		kV		kV		%		%		kV		kV		%		%			kV			kV	%			%
1		3		5		5		8.333		5				8		8.333		13.33			4.7	7			7.833	11.67
2		2.5		8		4.167		13.33		5.5				13		9.167		21.67			3.3	11.7			5.5	19.5
3		3.5		11.5		5.833		19.17		0				18.5		0		30.83			4.5	15			7.5	25
4		5.5		15		9.167		25		11.5				18.5		19.17		30.83			9.5	19.5			15.83	32.5
5		11.5		20.5		19.17		34.17		8.5				29		14.17		48.33			9	29			15	48.33
6		28		32		46.67		53.33		29.5				37.5		49.17		62.5			29	38			48.33	63.33

wykresy zależności U/U=f(K) i Ux/U=f(K)

6. Pomiar rozkładu napięcia na modelu łańcucha izolatorów wiszących.

schemat modelu

tabela pomiarów i obliczeń

wykresy zależności U/U=f(K)

7. Wnioski.

Wydawało by się, że rozkład napięć na izolatorze powinien być równomierny. Jednak jest to czysta teoria. Jak zauważamy w pomiarach, potencjały występujące w poszczególnych punktach łańcucha izolatorów nie zmieniają się jednostajnie. Zjawisko takie jest bardzo niekorzystne dla łańcucha. Występuje znaczne obciążenie jednych elementów przy jednoczesnym niewykorzystaniu własności izolujących drugich. Jak widzimy w punkcie 4, występuje znaczne zróżnicowanie napięć występujących na poszczególnych ogniwach. Widzimy, że najbardziej narażone na uszkodzenie są elementy znajdujące się na krańcach łańcucha. Występują na nich największe spadki napięć. Weźmy na przykład sytuację jaka panuje na ogniwie nr7. Występuje na nim około czterdziesto procentowy spadek napięcia tzn. że 40% całego przyłożonego do izolatora napięcia odłoży się właśnie na tym jednym elemencie. Sytuację znacznie poprawia zastosowanie pierścienia, bo na ostatnim członie odkłada się ok. 20% napięcia całego łańcucha. Patrząc na wykres Ux/U=f(K) zauważamy również pozytywny wpływ pierścienia na równomierność narastania napięcia na poszczególnych izolatorach. Dlatego wydaje się być oczywistym stwierdzenie, że zastosowanie pierścienia metalowego, który poprawia rozkład pola elektrycznego wokół izolatora znacznie polepsza warunki pracy pojedynczych elementów łańcucha.

Ciekawe są wyniki pomiarów w punkcie 5. Izolator 1 mimo mniejszej drogi upływu wytrzymuje większe napięcie, natomiast 2 mimo że jest dłuższy to zostaje przebity przy dużo mniejszym. Od razu nasuwa się pytanie dlaczego tak się dzieje. Może to być spowodowane bądź uszkodzeniem izolatora2, bądź zabrudzeniem, albo wieloma jeszcze czynnikami. Warto zauważyć, że obydwa izolatory były w wykonaniu nieprzebijalnym, a kształt ich był zbliżony do zaprezentowanego na rysunku.

Badając w punkcie 6 model izolatora zauważamy szereg interesujących zjawisk. Ponieważ jest to model, więc zachowuje się jak izolator idealny. W rzeczywistości nie mamy do czynienia z identycznymi cechami izolatorów, lecz tu mamy możliwość zamodelowania różnego typu układów pojemności między poszczególnymi częściami łańcucha. Patrząc na rozkłady napięć na poszczególnych ogniwach, zauważamy, że w przeciwieństwie do izolatora rzeczywistego większość przypadków zapewnia w miarę równomierny rozkład napięć. Jedynie w przypadku 2 i 4 zauważamy znaczne zróżnicowanie napięć. Odpowiada to przypadkowi gdzie pojemności doziemne izolatora są większe od 0 i dla Cz=Cp>0. W pozostałych kombinacjach załączenia pojemności doziemnych i do przewodu otrzymujemy w miarę równy rozkład napięć. Co ciekawe, występuje niewielki wpływ zabrudzenia na równomierność rozkładu napięcia. Jedynie w przypadku 7 mamy niewielkie zwiększenie napięcia na ogniwach przy przewodzie zerowym, a zmniejszenie przy przewodzie fazowym. Tak mały wpływ zanieczyszczeń należy tłumaczyć nie dokładnym odwzorowaniem warunków rzeczywistych za pomocą modelu laboratoryjnego, którego podstawową wadą jest to, że pracuje przy napięciu 220V, a nie przy spotykanym w warunkach rzeczywistych rzędu dziesiątków kilowoltów.

---