POLITECHNIKA ŚWIĘTOKRZYSKA Katedra Urządzeń Elektrycznych i Techniki Świetlnej
LABORATORIUM Techniki Wysokich Napięć
Ćwiczenie nr 3 Temat ćwiczenia: Rozkład napięcia na łańcuchu izolatorów kołpakowych
Data wykonania ćwiczenia 18.04.2013r.

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z budową, właściwościami łańcuchowych izolatorów kołpakowych. Program ćwiczenia obejmuje wyznaczenie rozkładu napięcia na modelu łańcucha izolatorów zdrowych, rozkładu napięcia na łańcuchu izolatorów przy zastosowaniu armatury ochronnej oraz rozkładu napięcia na łańcuchu izolatorów z uszkodzonym ogniwem.

1. Wyniki pomiarów i obliczeń

Tab.1 Wyniki pomiarów i obliczeń rozkładu napięcia na łańcuchu izolatorów zdrowych. Napięcie przyłożone do izolatorów U = 20kV.

Numer punktu pomiaru (k)	Numer izolatora (n)	Uk	Uk-1	Un = Uk-Uk-1	$$\frac{U_{k}}{U}\ \bullet 100\%$$	$$\frac{U_{n}}{U}\ \bullet 100\%$$
-	-	kV	kV	kV	%	%
5		20			100
	5		10	10		50
4		10			50
	4		6,5	3,5		17,5
3		6,5			32,5
	3		4,6	1,9		9,5
2		4,6			23
	2		2,75	1,85		9,25
1		2,75			13,75
	1		0	2,75		13,75
0		0

Tab.2 Wyniki pomiarów i obliczeń rozkładu napięcia na łańcuchu izolatorów z armaturą ochronną. Napięcie przyłożone U = 20kV.

Numer punktu pomiaru (k)	Numer izolatora (n)	Uk	Uk-1	Un = Uk-Uk-1	$$\frac{U_{k}}{U}\ \bullet 100\%$$	$$\frac{U_{n}}{U}\ \bullet 100\%$$
-	-	kV	kV	kV	%	%
5		20			100
	5		11,6	8,4		42
4		11,6			58
	4		8	3,6		18
3		8			40
	3		5,6	2,1		10,5
2		5,9			29,5
	2		3,65	2,25		11,25
1		3,65			11,25
	1		0	3,65		18,25
0		0

Tab. 3 Wyniki pomiarów i obliczeń rozkładu napięcia na łańcuchu izolatorów z uszkodzonym ogniwem. Napięcie przyłożone U = 20kV.

Numer punktu pomiaru (k)	Numer izolatora (n)	Uk	Uk-1	Un = Uk-Uk-1	$$\frac{U_{k}}{U}\ \bullet 100\%$$	$$\frac{U_{n}}{U}\ \bullet 100\%$$
-	-	kV	kV	kV	%	%
5		20			100
	5		9,8	10,2		51
4		9,8			49
	4		6,2	3,6		18
3		6,2			31
	3		6	0,2		1
2		6			30
	2		3,3	2,7		13,5
1		3,3			16,5
	1		0	3,3		16,5
0		0

1. Opracowanie wyników pomiarów

U_n =  U_k −  U_k − 1 = 6, 5 − 4, 6 =  1, 9 kV

$$\frac{U_{k}}{U} \bullet 100\% = \ \frac{6,5}{20}\ \bullet 100\% = 32,5\%$$

$$\frac{U_{n}}{U} \bullet 100\% = \ \frac{1,9}{20}\ \bullet 100\% = 9,5\%$$

k = f($\frac{\mathbf{U}_{\mathbf{k}}}{\mathbf{U}}$)

k = f($\frac{\mathbf{U}_{\mathbf{n}}}{\mathbf{U}}$)

1. Wnioski

Niejednostajność rozkładu napięcia wzdłuż łańcucha izolatorów kołpakowych wynika z wpływu pojemności poszczególnych ogniw względem uziemionej konstrukcji wsporczej. Pojemności te zwiększają się w miarę przybliżenia się do uziemionej konstrukcji ( C_{z­ ­­­}) i przybliżania się do przewodu roboczego ( C_P ­). Ze względu na większe rozmiary uziemionej konstrukcji wsporczej w stosunku do wymiarów geometrycznych przewodu, pojemności C­_Z są na ogół znacznie większe od pojemności C­­­_P­. Rozkład napięcia jest tym silniej nierównomierny, im stosunki pojemności C­­_Z/C i C_Z­/C_P są większe. Napięcia na poszczególnych ogniwach wzrastają przy przybliżaniu się do przewodu roboczego. Następnie dla wyrównania rozkładu napięcia powiększyliśmy pojemność łańcucha poprzez dodanie armatury ochronnej. Armaturę ochronną najczęściej stanowi metalowy pierścień otaczający łańcuch izolatorów w pewnej odległości od przewodu roboczego i połączony galwanicznie z przewodem roboczym. Armatura powiększa pojemność ogniw do przewodu wyrównując częściowo rozkład napięcia, co było możliwe do zauważenia po dokonaniu pomiarów.

Przy uszkodzeniu dowolnego ogniwa widać zdecydowany spadek napięcia, napięcie na danym ogniwie jest bliskie 0. Powoduje to nierównomierny rozkład napięcia na ogniwach a zarazem zmniejszoną skuteczność całego łańcucha izolatorów, gdyż na następnych ogniwach napięcie jest wyższe niż przy ogniwach zdrowych lub z armaturą ochronną.

Na rozkład napięcia na łańcuchu izolatorów kołpakowych mają również wpływ warunki atmosferyczne i stan powierzchni izolatorów. Zanieczyszczona i zawilgocona powierzchnia izolatorów, deszcz i mgłą, są przyczyną przepływu prądów przewodnościowych zmieniających rozkład napięcia. Staje się on bardziej równomierny. Izolatory stosowane w liniach wysokiego napięcia są ciągle udoskonalane i nowsze technologie wypierają przestarzałe izolatory szklane i ceramiczne ciemne.