Изоляция аппаратов высокого напряжения - Мoкрoразрядное напряжение изоляторов в установках постоянного тока

В связи с проектируемым у нас сооружением линий электропередачи постоянного тока, представляет интерес вопрос о мокроразрядном напряжении изоляторов, работающих в установках постоянного тока. За последнее время в ряде лабораторий (НИИПТ, ЛПИ, ВЭИ) были проведены исследования по этому вопросу, которые значительно прояснили его.
Прежде всего, необходимо отметить, что при воздействии постоянного напряжения на смоченный дождем изолятор обнаруживается заметное влияние полярности напряжения, приложенного к шапке изолятора. При отрицательной полярности мокроразрядное напряжение выше, однако, разница в этом случае не столь велика, как при воздействии импульсов. Количественные соотношения будут приведены ниже.
Далее, существенное влияние на мокроразрядное напряжение оказывает длительность воздействия напряжения. Соответствующая зависимость приведена на рис. 5-14. Из этого рисунка видно, что при кратковременном действии напряжения (порядка секунд) разрядное напряжение при отрицательной полярности выше, чем при положительной. Затем наступает обратное соотношение, а при длительности около 3 мин и более снова разрядное напряжение при отрицательной полярности идет выше, чем при положительной. Особенно значительна эта разница в выдерживаемом напряжении, которое устанавливалось при длительности 10—15 мин.

Рис. 5-14. Зависимость мокроразрядного напряжения изоляторов от длительности воздействия постоянного напряжения.
1 — полярность провода [+]; 2 — выдерживаемое напряжение при полярности [+]; 3 — полярность [— ]; 4 —выдерживаемое напряжение при [—] (данные Мерхалева, НИИПТ).

Сравнение мокроразрядного напряжения колонки из пяти изоляторов КО-400 при постоянном и переменном напряжении показывает, что при кратковременном действии постоянного напряжения мокроразрядное напряжение приблизительно равно действующему мокроразрядному напряжению при переменном напряжении. Такое же соотношение получается и при других числах изоляторов в колонке.

Рис. 5-15. Зависимость мокроразрядного напряжения изоляторов от проводимости воды при постоянном напряжении (данные Мерхалева, НИИПТ).
Влияние силы дождя на мокроразрядное напряжение при постоянном напряжении такое же, как и при переменном. Переход от силы дождя 5 мм/мин к силе дождя 3 мм/мин вызывает повышение мокроразрядного напряжения приблизительно на 5%.

Зависимость мокроразрядного напряжения от проводимости дождевой воды приведена на рис. 5-15. Снятая при тех же условиях кривая при переменном напряжении полностью совпала с этой кривой. Таким образом, влияние проводимости воды на мокроразрядное напряжение изоляторов одинаково как при переменном, так и при постоянном напряжении.
Зависимость мокроразрядного напряжения от числа изоляторов в колонке дано на рис. 5-16 и 5-17. Прямые, соответствующие быстрому подъему напряжения, получались при увеличении напряжения со скоростью 20% в секунду от ожидаемого разрядного напряжения.  

Рис. 5-18. Зависимость мокроразрядного напряжения колонок изоляторов от сухоразрядного расстояния при постоянном напряжении; сила дождя 3 мм/мин (данные Мерхалева, НИИПТ).

Таким образом, весь процесс подъема напряжения, совершаемый автоматически, продолжался около 5 сек. Выдерживаемое напряжение определялось путем увеличения напряжения до величины, при которой разряд происходил через несколько минут, а затем снижения его на несколько процентов. Сниженное напряжение поддерживалось в течение 10—15 мин и, если при этом разряд не происходил, напряжение считалось выдерживаемым. Специальные опыты показали, что большая выдержка времени (до 30 мин) не меняет величины выдерживаемого напряжения.
Из рис. 5-16 и 5-17 видно, что мокроразрядное напряжение при быстром подъеме напряжения возрастает пропорционально числу изоляторов в колонке. Выдерживаемое напряжение в исследованных пределах числа изоляторов обнаруживает линейную зависимость.
Для того чтобы сравнить результаты исследования колонок изоляторов типов КО-400 и ИШД-35, целесообразно представить полученные данные в виде зависимости мокроразрядного напряжения от сухоразрядного расстояния. Это сделано на рис. 5-18. Из него видно, что изоляторы типа ИШД-35 значительно выгоднее изоляторов типа КО-400, так как при заданном мокроразрядном напряжении они дают значительно меньшую высоту колонки.
5-5. Мокроразрядное напряжение при кратковременных воздействиях напряжения

Рис. 5-19. Вольт-секундные характеристики колонки из трех опорных изоляторов при сухой поверхности и под дождем (данные Белласки).
Во многих случаях изоляторы, работающие в установках постоянного тока, подвергаются перенапряжениям, имеющим характер слабо затухающего униполярного напряжения с наложенными на него колебаниями. Произведенное в ВЭИ исследование поведения изоляторов при таких воздействиях показало, что в этом случае их мокроразрядное напряжение (амплитуда) значительно выше (примерно вдвое), чем при воздействии постоянного напряжения без наложенных колебаний. Это положение относится как к опорным, так и к проходным изоляторам. Данные о поведении изоляторов под дождем при воздействии импульсов разной длительности были получены в США Белласки (P. Bellaschi) [Л. 5-4] и в Швейцарии Вангером и Хубером (W. Wanger, W. Huber) [Л. 5-5].
Белласки производил испытания затухающим униполярным или биполярным колебательным напряжением с постоянной времени Т=0,001-0,003 сек, что соответствует примерно нижнему пределу частот коммутационных перенапряжений, а также импульсами. Результаты его исследования показаны на рис. 5-19. Как видно, разрядное напряжение при коммутационных перенапряжениях на 5—10% меньше, чем минимальное импульсное, и на такой же процент выше разрядного напряжения при промышленной частоте. Соотношение разрядных напряжений в сухом состоянии, при дожде и при росе дает следующая табличка, полученная на колонке из двух опорно-штыревых изоляторов.

Первая строчка получена при сухом состоянии изоляторов, вторая — при росе и третья — при дожде. 

Рис. 5-20. Вольт-секундные характеристики опорного изолятора с восемью ребрами.
1 — сухой изолятор; 2 — изолятор под дождем; 3 — изолятор при росе (данные Вангера и Хубера).
Рис. 5-21. Вольт-секундные характеристики опорной колонки из двух изоляторов типа Мотор. 1 — сухие изоляторы;   2 — изоляторы под дождем; 3 — изоляторы при росе (данные Вангера и Хубера).

Из этой таблицы видно, что дождь практически не влияет на разрядное напряжение при импульсах, но существенно влияет на разрядное напряжение при коммутационных перенапряжениях. При волне 1/5500 мксек снижение превысит 20%. Роса также заметно влияет на разрядное напряжение, даже при импульсах.
Вангер и Хубер исследовали поведение изоляторов при воздействии напряжений самой различной формы: волн 1/1000 мксек, 1/5500 мксек, 250/1000 мксек, полуволны 50 Гц и нескольких полуволн 50 Гц.
Для опорного изолятора полого типа, имеющего строительную высоту 860 мм, были получены результаты, показанные на рис. 5-20, а для колонки из двух опорных изоляторов типа Мотор — на рис. 5-21. Эти рисунки также указывают на значительное влияние росы.
Следует заметить, что вид кривых с рядом перегибов объясняется разным типом напряжений, применявшихся на разных участках кривых.