Politechnika Lubelska w Lublinie	Laboratorium Techniki Wysokich Napięć
Imię i Nazwisko:	Ćwiczenie nr 13
	Semestr:
Temat: Rozkład napięcia na łańcuchu izolatorów wiszących.	Data wykonania:

1. Cel ćwiczenia:

• zapoznanie się z budową izolatorów liniowych wysokiego napięcia,

• wyznaczenie rozkładu napięcia na łańcuchu izolacyjnym,

• określenie wpływu dodatkowych pojemności na rozkład napięcia na ogniwach łańcucha,

• zapoznanie się z metodą wykrywania uszkodzonego ogniwa w łańcuchu izolatorów.

2. Warunki atmosferyczne:

• temperatura otoczenia t =23°C,

• ciśnienie atmosferyczne b =1007 hPa,

• wilgotność względna powietrza φ =18%.

3. Pomiar rozkładu napięcia na łańcuchu izolatorów wiszących.

Rys. 1. Schemat układu do pomiaru napięcia na izolatorze wiszącym.

Tabela1. Pomiary napięcia przy różnej liczbie ogniw na łańcuchu izolatora wiszącego.

Przyłożone napięcie U=70kV Przekładnia transformatora δ=110000V / 220V
L.p.
1
2
3
4
5
6
7

Oznaczenia:

k – liczba ogniw;

U – przykładane napięcie badawcze po stronie pierwotnej transformatora probierczego;

U_X – napięcie mierzone;

ΔU – spadek napięcia (U_X7 – U_X6 itd.);

Przykładowe obliczenia:

ΔU = 70 − 38 = 32kV

$$\frac{\text{ΔU}}{U} = \frac{32}{70} \bullet 100\% = 45,71\%$$

$$\frac{U_{X}}{U} = \frac{70}{70} \bullet 100\% = 100\%$$

Charakterystyki:

Rys. 2. Wykres zależności dla zbadanych przypadków w układzie izolatora wiszącego

(układ zdrowy, układ uszkodzony i układ zdrowy z pierścieniem).

Rys. 3. Wykres zależności dla zbadanych przypadków w układzie izolatora wiszącego

(układ zdrowy, układ uszkodzony i układ zdrowy z pierścieniem).

4. Pomiar rozkładu napięcia na pojemnościowym modelu izolatora wiszącego.

Rys. 4. Schemat modelu łańcucha izolatorów wiszących:

a) widok płyty czołowej modelu, b) pojemnościowy schemat izolatora.

Tabela 2a. Pomiary rozkładu napięcia przy różnej liczbie ogniw i różnych kombinacjach pojemności na pojemnościowym modelu łańcuchu izolatora wiszącego.

Przyłożone napięcie U=230V
k
-
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1

Przykładowe obliczenia:

ΔU = 230 − 212 = 18kV

$$\frac{\text{ΔU}}{U} = \frac{18}{230} \bullet 100\% = 7,83\%$$

$$\frac{U_{X}}{U} = \frac{230}{230} \bullet 100\% = 100\%$$

Tabela 2b. Pomiary rozkładu napięcia przy różnej liczbie ogniw i różnych kombinacjach pojemności na pojemnościowym modelu łańcuchu izolatora wiszącego.

Przyłożone napięcie U=230V
k
-
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1

Oznaczenia:

k – liczba ogniw;

U – przykładane napięcie badawcze po stronie pierwotnej transformatora probierczego;

UX – napięcie mierzone;

ΔU – spadek napięcia (U_X7 – U_X6 itd.);

C – pojemność własna ogniwa (miedzy kołpakami);

Cp – pojemność miedzy kołpakiem a przewodem roboczym;

Cz – pojemność miedzy kołpakiem a ziemia;

Ca – pojemność odpowiadająca za dodatkowy pierścień;

R1 - rezystancja modelujące zabrudzenia.

Charakterystyki:

Rys. 5. Wykres zależności dla zbadanych przypadków w układzie pojemnościowego modelu izolatora wiszącego.

Rys. 6. Wykres zależności dla zbadanych przypadków w układzie pojemnościowego modelu izolatora wiszącego.

5. Wnioski:

W przeprowadzonym ćwiczeniu badaliśmy rozkład napięcia na łańcuchu izolatorów wiszących dla izolatora rzeczywistego oraz dla jego modelu pojemnościowego przy Uzas=140V.

W przypadku izolatora, pomiary wykonywaliśmy dla łańcucha zdrowego i uszkodzonego (zwieraliśmy dwa ogniwa) oraz z pierścieniem i bez pierścienia. Na podstawie otrzymanych pomiarów możemy zauważyć zmiany w rozkładzie napięcia na łańcuchu, co można zaobserwować na wykresach, dla łańcucha zdrowego charakterystyki, są podobne, rosną, natomiast dla łańcucha uszkodzonego (ze zworą) widzimy znikomą wartość U pomiędzy zwartymi ogniwami, zarówno dla zależności jak i . W teorii rozkład napięć na izolatorze powinien być równomierny. Jak zauważamy w pomiarach, potencjały występujące w poszczególnych punktach łańcucha izolatorów nie zmieniają się jednostajnie. Występuje znaczne obciążenie jednych elementów przy jednoczesnym niewykorzystaniu własności izolujących drugich. Możemy stwierdzić, że na łańcuchu izolatorów wiszących największe napięcie występują na ogniwach położonych najbliżej przewodu roboczego.

Sposobem, który w normalnych warunkach poprawia rozkład napięć jest sztuczne zwiększanie pojemności Cp do przewodu roboczego przez tzw. ekranowanie ogniw przyległych do przewodu za pomocą pierścienia metalowego, połączonego z przewodem roboczym. Zastosowany przez nas pierścień miał za zadanie ukazać nam wpływ ekranów na rozkład napięcia na izolatorach liniowych. W normalnym przypadku jest on niejednostajny, zaś przez stosowanie ekranów uzyskujemy pewne ujednolicenie tego rozkładu, co w konsekwencji prowadzi do zwiększenia wytrzymałości powierzchniowej układu izolacyjnego.

Pomiary rozkładu napięcia na modelu łańcucha izolatorów pozwoliły nam porównać rozkłady napięć na łańcuchu w zależności od występowania pojemności Cz (doziemnych), Cp (do przewodu roboczego), Ca (do pierścienia). Pojemności te powodują, że rozkład napięcia wzdłuż łańcucha jest nierównomierny, co mogliśmy zauważyć w charakterystykach otrzymanych przez nas na podstawie pomiarów. Z rozkładu napięć na modelu izolatorów wiszących możemy stwierdzić, że zwiększenie pojemności C_z wpływa na zwiększenie nierównomierności napięć a zwiększenie C_p poprawia rozkład napięć. Zabrudzenia typu przemysłowego obniżają wytrzymałość na skutek zmniejszenia rezystywności powierzchniowej. Ponieważ jest to model, więc zachowuje się jak izolator idealny.