Общие сведения.

В высоковольтных электрических сетях и установках с номинальным напряжением свыше 10 кВ токоведущие части крепятся с помощью изоляторов, собираемых в подвесные гирлянды и опорные колонки.

Распределение напряжения по изоляторам гирлянды можно установить с помощью схемы замещения (рис. 1). На этой схеме R – сопротивление утечки по поверхности изоляторов; K – собственные емкости изоляторов; C _з – емкости между промежуточными электродами изоляторов и землей; C _п – емкости между промежуточными электродами и линейным проводом.

а) б) в)

Рис. 1. Гирлянда изоляторов (а), схемы замещения (б) и кривые
распределения напряжения по ее элементам (в):

1 – равномерное распределение напряжения;

2 – распределение напряжения с учетом С_з;

3 – реальная кривая распределения напряжения

Обычно гирлянды и опорные колонки комплектуются из однотипных изоляторов. Их собственные ёмкости К = 50…70 пФ имеют одинаковую величину. При чистой и сухой поверхности изоляторов R > > 1 / w K, поэтому распределение напряжения зависит только от ёмкостей К, C _з и C _п. Величины ёмкостей C _зи C _п зависят от места расположения изоляторов, в среднем ёмкость C _з = 2…5 пФ, а C _п = 0, 5…1 пФ. Если предположить, что собственные ёмкости К равны между собой, а ёмкости C _з и C _правны нулю, то очевидно, что приложенное напряжение равномерно распределится по элементам цепочки (D U ₁ = D U ₂ =... = D U_n) (рис. 1, кривая 1). Наличие ёмкостей C _з и обусловленных ими поперечных токов смещения I _з влияет на величину продольных токов I _к. Продольные токи I _к уменьшаются по мере приближения рассматриваемого изолятора к земле, вследствие чего падение D U_i = 1 / j w K × I _{к i} на элементах цепочки также снижается и D U ₁ > D U ₂ >... > D U_n (рис. 1, кривая 2). Токи I _п, протекающие через ёмкости C _п, частично компенсируют поперечные токи I _з и тем самым способствуют выравниванию распределения напряжения по элементам цепочки (рис. 1, кривая 3). Однако идеального выравнивания напряжения не происходит, так как C _з> C _п. Это обусловливает неравномерность распределения напряжения, особенно на элементах, ближайших к линейному проводу. С увеличением числа изоляторов в гирлянде неравномерность возрастает. Если не принять специальных мер, то на ЛЭП высокого напряжения (220 кВ и выше) часть изоляторов в гирляндах может оказаться под таким напряжением, что на них уже при рабочем напряжении и нормальных атмосферных условиях возникает корона, которая является источником радиопомех и причиной ускоренной коррозии арматуры и вызывает дополнительные потери энергии.

Выровнять распределение напряжения вдоль цепочки изоляторов можно с помощью специальной арматуры в виде экранных колец, восьмёрок и овалов, укрепляемых в месте подводки линейного провода. Такая защитная арматура увеличивает ёмкость C _пи тем самым уменьшает долю напряжения, приходящуюся на ближние к проводу изоляторы.

Если в гирлянде имеются повреждённые изоляторы, то распределение напряжения становится ещё более неравномерным: на повреждённом изоляторе уменьшается до нуля, а на других возрастает. Своевременное выявление повреждённых изоляторов в линейной и подстанционной изоляции – важное условие безаварийной работы электроустановок. Периодическая проверка изоляторов в гирляндах и колонках производится с помощью специальных штанг.

При сильном загрязнении и увлажнении поверхностей изоляторов R < < I / j w K, поэтому распределение напряжения вдоль гирлянды определяется, главным образом, сопротивлениями утечки. Если изоляторы загрязнены и увлажнены одинаково и равномерно по всей поверхности, то распределение напряжения выравнивается.

Распределение напряжения по изоляторам гирлянды для случая, когда поверхности изоляторов сухие и чистые, можно рассчитать по формуле

,

где U_x – напряжение в точке относительно земли;

U₀ – напряжение, приложенное ко всей гирлянде;

n – число изоляторов в гирлянде;

i – номер изолятора, считая от провода;

.