Studia zaoczne - semestr III

Laboratorium Inżynierii Materiałów Elektrotechnicznych

Ćwiczenie nr IB

Temat: Badanie zabrudzeniowe na izolatorach linii wysokiego i średniego napięcia.

1. Zakres badań:

Należy określić wpływ zabrudzeń roztworem wodnym NaCL (roztwór chlorku sodu) na napięcie przeskoku izolatorów.

2. Wstęp do ćwiczeń.

Napowietrzne izolatory WN i SN narażone są podczas pracy na działanie czynników osłabiających ich wytrzymałość elektryczną. Najważniejsze z nich, to:

1. opady atmosferyczne i wilgoć zawarta w powietrzu,

2. pyły, gazy i opary przemysłowe.

Występujące oddzielnie czynniki grupy pierwszej lub drugiej powodująjuż pewne obniżenie napięcia przeskoku, lecz zazwyczaj bardzo niewielkie. Z powodu bardzo małej konduktywności nieszkodliwy jest dla izolacji napowietrznej czysty opad. Także pył osiadający na powierzchni suchego izolatora nie prowadzi do wyraźnego obniżenia napięcia przeskoku. Dopiero jednoczesne działanie osadów i zawilgocenia powoduje powstanie półprzewodzącej warstwy zabrudzeniowej obniżającej wybitnie napięcie przeskoku izolatora i prowadzącej do tzw. przeskoku zabrudzeniowego. Głównym powodem obniżenia napięcia przeskoku jest trwałe lub okresowe obniżenie się rezystancji powierzchniowej, umożliwiające powstanie miejscowych wyładowań. Istotny wpływ na obniżenia napięcia przeskoku ma: przewodność, grubość oraz rozkład powłoki zabrudzeń.

W praktyce spotyka się zasadniczo dwie możliwości wystąpienia przeskoku zabrudzeniowego:

1. izolator ulega stopniowemu zabrudzeniu pod napięciem,

2. napięcie zostaje załączone na izolator poprzednio zabrudzony.

W pierwszym przypadku warunkiem koniecznym rozwoju wyładowań zabrudzeniowych jest wzrost konduktywności powierzchniowej izolatora,- zwykle dzięki zawilgoceniu warstwy osadów. Rozwój przeskoku przebiega wówczas przez wszystkie stadia za wyładowań zabrudzeniowych.

Pierwsze dostrzegalne wyładowania powstają na izolatorze, gdy prąd upływu osiąga wartość kilkudziesięciu mikroamperów. Są to tzw. wyładowania smużyste, charakteryzujące się słabym świeceniem o barwie niebieskawej lub fioletowej. Kolejna postać wyładowań zabrudzeniowych to łuki poprzeczne (osuszające) powstają przy prądzie upływu rzędu kilku miliamperów. Mają one tendencje do przesuwania się po obwodzie izolatora w kierunku poprzecznym do jego osi. Cechują się żółtym zabarwieniem i dość dużą nierównomiernością gęstości prądu.

W przypadku obu rodzajów wyładowań warunkiem koniecznym ich powstania jest wystąpienie nierównomiernego rozkładu napięcia w kierunku osi izolatora i lokalnych suchych powierzchni mogących powstawać w wyniku suszącego działania prądu, w wyniku nierównomiernego zawilgocenia lub mniejszej gęstości warstwy osadu. Zapłon wyładowania wystąpi tam, gdzie naprężenie w powietrzu osiągnie wartość krytyczną. Przy prądach w wyładowaniu do kilkudziesięciu mA spadki napięcia na łukach są dość duże i łuki nie mają tendencji do wydłużania się. Następuje natomiast dość szybkie wysuszanie powierzchni izolatora przez stopę wyładowania. Powoduje to zgaśniecie łuku albo, co jest bardziej prawdopodobne, przesunięcie łuku w kierunku poprzecznym tam, gdzie podtrzymanie wyładowanie nie wymaga zwiększenia napięcia. Dalszy przebieg zależy wobec tego od zawilgocenia. Jeśli jest ono tak intensywne, że uzupełnia cały ubytek wilgoci związany z wysuszeniem, to proces powstawania łuków poprzecznych odnawia się. Jeśli natomiast ilość odparowanej wody jest większa od ilości dostarczanej, wyładowania znikają.

Sposoby poprawy wytrzymałości zabrudzeniowej izolatorów.

Wzrost wytrzymałości zabrudzeniowej izolacji napowietrznej uzyskuje się poprzez:

• dobór specjalnych typów izolatorów o odpowiednim kształcie i dostatecznej drodze upływu, zapewniających możliwie równomierny rozkład potencjału, a jednocześnie podział wędrujących łuków podłużnych i ograniczenie prądów powierzchniowych (na przekład izolatorów z kloszami o dwóch przemiennie różnych średnicach),

• stosowanie specjalnych rozwiązań zawieszenia łańcuchów przelotowych izolatorów liniowych w postaci układów ukośnych i gwiazdowych, znacznie skuteczniej samoczyszczących się pod wpływem deszczu i wiatru niż łańcuchy zawieszone pionowo,

• sterowanie rezystancyjne rozkładu potencjału wzdłuż powierzchni izolatorów za pomocą szkliwa półprzewodzącego o możliwie stabilnych własnościach, np. z dodatkiem tlenków tytanu i antymonu (jedynie w bardzo trudnych warunkach zabrudzenio wych),

• stosowanie izolatorów kompozytowych z osłonami wykonanymi z kauczuku silikonowego lub kauczuku EPDM.

Okresowe czyszczenie izolatorów stacyjnych wywiera ograniczony wpływ na ich własności w dalszej eksploatacji i jest zabiegiem bardzo kłopotliwym. Również nakładanie past i wazelin (powłok hydrofobowych) na powierzchnie izolatorów nie daje w pełni oczekiwanych rezultatów, mając raczej charakter doraźny i lokalny.

3. Układ pomiarowy (schemat transformatora probierczego).

Stanowisko probiercze w omawianym ćwiczeniu wyposażone jest w transformator WPT

4,4/100.

Pomiar napięcia przemiennego odbywa się za pomocą urządzenia do pomiaru wartości

szczytowej typu WMU 6, które zostaje połączone z odczepami pomiarowymi

transformatora probierczego.

Przyrząd wskazujący napięcie wyposażony jest w przekaźnik z opadającym kabłąkiem, co

umożliwia „zapamiętanie" wartości pomiarowej występującej w chwili przebicia lub

przeskoku.

4. Przebieg ćwiczenia.

Przed przystąpieniem do właściwych eksperymentów określamy napięcie przeskoku badanych izolatorów na sucho. Następnie dokonujemy dla każdego izolatora pomiaru napięcia przeskoku po zawilgoceniu całej powierzchni przez natrysnięcie wodą destylowaną. Po wytarciu i wysuszeniu powierzchni izolatorów zawilgacamy je nierównomiernie. Następnie wykonujemy pomiary po natrysnięciu NaCL (w różnych konfiguracjach i stężeniach NaCL 0,1, 0,5, 2 %). Wszystkie pomiary należy powtórzyć trzykrotnie i obliczyć średnią arytmetyczną wyników. Należy pamiętać aby po każdej wykonanej próbie umyć dokładnie izolator w bieżącej wodzie i wysuszyć. Natrysk należy przeprowadzać tak, aby nie wystąpiło jeszcze ściekanie roztworu. Pomiary:

• Pomiar napięcia przeskoku izolatorów suchych.

• Pomiar napięcia przeskoku po zawilgoceniu wodą destylowana całych izolatorów.

• Pomiar napięcia przeskoku po zawilgoceniu wodą destylowana połowy obwodu izolatora

• Pomiar napięcia przeskoku po zawilgoceniu wodą destylowaną górnej powierzchni kloszy izolatorów

• Pomiar napięcia przeskoku po natrysnięciu połowy obwodu izolatorów 2% roztworem NaCL '

• Pomiar napięcia przeskoku po natrysnięciu górnej powierzchni kloszy 2% roztworem NaCL

• Pomiar napięcia przeskoku dla powłok o różnym stężeniu NaCL.

5. Wnioski.

Scharakteryzować zaobserwowane zjawiska, ocenić wpływ rodzaju i rozmieszczenia powłoki

zabrudzeniowej na napięcie przeskoku izolatorów.

Literatura:

Ćwiczenia laboratoryjne z techniki wysokich napięć - Politechnika Poznańska Zbigniew Gacek - "Technika wysokich napięć"

Jerzy Skubis - "Wybrane zagadnienia z techniki i diagnostyki wysokonapięciowej" Z. Flisowski - "Technika wysokich napięć"

4

---