Как работает электрическая изоляция - Измерения распределения напряжения с помощью штанги

Для контроля состояния фарфоровых изоляторов наибольшее распространение получили измерения распределения напряжения по многоэлементным изоляторам с помощью измерительной штанги. Этот метод простой, довольно эффективный и позволяет периодически проверять состояние каждого изолятора без отключения электроустановки. Метод основан на измерении напряжения, которое приходится на каждый изолятор гирлянды (колонки) или на каждый элемент изолятора. Дело в том, что приложенное рабочее напряжение распределяется по элементам в соответствии с их собственными емкостями и емкостями по отношению к земле (см. рис. 13).
Для каждой гирлянды, состоящей из одинакового числа однотипных изоляторов, и для каждого типа изолятора, состоящего из отдельных элементов, распределение рабочего напряжения имеет вполне определенный характер. При наличии же, например, в гирлянде дефектных изоляторов распределение напряжения изменяется.

Рис. 38. Схема измерения напряжения на изоляторе с помощью штанги.
С — защитная емкость в штанге; Р — регулируемый искровой промежуток.
На рис. 37 кривая 1 показывает нормальное распределение напряжения по гирлянде, состоящей из семи полноценных изоляторов.

Рис. 37. Кривые распределения напряжения по гирлянде, состоящей из семи изоляторов. 1 —при отсутствии дефектных изоляторов; 2 — при наличии дефектных изоляторов.
При появлении дефектного, например пятого, изолятора распределение напряжения по гирлянде резко изменяется (кривая 2), что и позволяет выявить дефектный изолятор. Для измерения распределения напряжения по изоляторам применяются изолирующие измерительные штанги. В СССР наибольшее распространение получила штанга конструкции М. В. Хомякова. Принципиальная электрическая схема измерительной штанги показана на рис. 38. Измерение напряжения на изоляторе производится регулируемым искровым промежутком с электродами игла — плоскость. Для того чтобы при пробое искрового промежутка не закорачивался изолятор, последовательно с ним в измерительную схему включается защитный конденсатор С, емкость которого составляет 20—25 пф при испытательном напряжении 35 кВ.

Рис. 39. Общий вид измерительной штанги для контроля изоляторов.
На рис. 39 показан общий вид штанги для работы в электроустановках с напряжением до 220 кВ включительно. Измерительная штанга состоит из двух частей: изолирующей части штанги и измерительной головки.
Изолирующая часть штанги выполняется из пяти бакелитовых трубок 1—5 длиной по 1 м каждая.
Штанга собирается из отдельных элементов в зависимости от рабочего напряжения установки. Изолирующая часть штанги может быть собрана из двух звеньев и захвата для работы в установках с напряжением до 110 т и из трех звеньев и захвата для работы с рабочим напряжением до 220 кВ.
Там, где необходимо или удобно для работы, изолирующая часть штанги собирается из четырех или пяти звеньев, независимо от рабочего напряжения. Нижнее звено всегда служит захватом.
На рис. 40 показана измерительная головка штанги. Она состоит из коромысла — трубки 1 с конденсатором, щуподержателя со щупами 2, искрового промежутка между игольчатым 3 и плоским 4 электродами и шкалы со стрелкой 5. Изменение расстояния между электродами осуществляется при помощи поворота штанги, на которую насажен эксцентрично плоский электрод относительно коромысла, опирающегося щупами на измеряемый изолятор. Неподвижный игольчатый электрод сопряжен с коромыслом головки. Шкала головки для контроля изоляторов изготовлена из гетинакса и проградуирована в киловольтах действующих.

Рис. 40. Измерительная головка для контроля изоляторов.
Указатель величины напряжения — стрелка — сочленена с подвижным электродом. Измерительная штанга с изменяющимся искровым промежутком позволяет путем измерения распределения напряжения по изоляторам гирлянды или по элементам опорных изоляторов в колонке выявить изоляторы, полностью потерявшие изоляционные свойства,— так называемые «нулевые» изоляторы и изоляторы со сниженной электрической прочностью. Перед началом работы с измерительной штангой нужно проверить нулевое положение стрелки. При работе по контролю изоляторов поворот изолирующей части штанги для изменения величины искрового промежутка должен производиться в сторону закручивания резьбы соединяющих втулок, а обратный ход осуществляется при помощи пружины. Кроме того, для большей надежности каждое звено в месте соединения имеет стопорный винт, предотвращающий раскручивание звеньев. При проверке изоляторов на напряжение 35 кВ обязательно должна применяться головка с встроенным конденсатором.  При контроле одного изолятора на напряжение до 35 кВ замер начинается с верхнего склеенного элемента. Если при этом по показаниям штанги верхняя часть изолятора окажется дефектной, измерять нижнюю часть изолятора запрещается. Для контроля многоэлементных гирлянд или колонок изоляторов на напряжение 110—220 кВ применяются безконденсаторные измерительные головки.

Рис. 41. Положение штанг при контроле.
а — подвесных изоляторов в гирлянде; б — опорных изоляторов в колонне.
Контроль изоляторов в гирляндах и в колонках, составленных из двух и более изоляторов, производится, начиная с элемента, расположенного у заземленных частей конструкции. При измерениях головки штанги для контроля изоляторов должна находиться в таком положении, чтобы игольчатый (неподвижный) электрод штанги был обращен в сторону напряжения, так как шкала головки градуируется именно в таком положении (рис. 41). Перед употреблением штанга должна быть осмотрена и тщательно протерта от пыли. Штанга, имеющая какие-либо повреждения (царапины, вмятины и т. п.), к эксплуатации не допускается. Электромонтеры на опору должны подниматься без штанги. Штанга на опору должна подниматься при помощи каната в вертикальном положении измерительной головкой вверх.
На опоры и конструкции небольшой высоты штанга может подниматься путем передачи из рук в руки.

Рис. 42. Контроль изоляторов штангой.
а — на деревянных опорах; 6 — на металлических опорах.

При работе со штангой изолирующая часть ее должна располагаться так, чтобы исключалась возможность перекрытия на нее с соседних токоведущих частей и конструкций. Положение работающего при контроле изоляторов на деревянных и на металлических опорах показано на рис. 42. Проверка правильности измеренного напряжения по изоляторам производится суммированием полученных отдельных показаний. Сумма измеренных напряжений должна быть не ниже 80% от фазного напряжения на деревянных опорах и не должна отличаться более чем на ±10% от фазного напряжения на металлических опорах. Распределение рабочего напряжения по элементам опорных изоляторов и гирляндам подвесных изоляторов, а также нормы отбраковки приведены соответственно в табл. 17 и 18.

Рабочее напряжение, кВ		Число н тип изоляторов	Состояние изоляторов	Напряжение на элементе изолятора, кВ, менее, при номере элемента *
линейное	фазное			1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
220	127	5; ИШД-35	Нормальное	6	7	7	5	6	8	6	7	9	7	8	10	11	12	18
			Дефектное	3	3	3	2	3	4	3	3	4	3	3	5	6	8	12
110	65	3; ИШД-35	Нормальное	6	4	5	6	6	7	7	8	16
			Дефектное	3	2	3	3	3	3	4	6	10
110	65	3; ШТ-35,	Нормальное	7	8	9	11	12	18
		ШТ-30	Дефектное	3	4	5	6	8	11
110	65	4; Т-44	Нормальное	5	6	4	8	5	12	8	17
		4; ОС-1	Дефектное	2	3	2	3	2	8	6	10
		1; ШТ-35 или	Нормальное	10	10
		1; ШТ-30	Дефектное	5	5
35	20	2; Т-44 или	Нормальное	4	5	4	7
		2; ОС-1	Дефектное	2	2	2	3

*Начиная от заземленной конструкции.
Примечания: 1. При измерении опорных изоляторов штангой следует иметь в виду, что изоляторы типа ИШД-35 состоят из трех склеенных элементов, а изоляторы типов ШТ-35, ШТ-30, Т-44 и ОС-1 из двух элементов.

Напря жение ли пни, кВ	Тип изоляторов	Число изоляторов в гирлянде	Состояние изолятора	напряжение ка изоляторе, к б, менее, при номере изолятора:1															Сумма напряжений по изоляторам, кВ
				1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
220	П-4,5 с защит	14	Нормальное	8	6	5,5	5	5	5	5	6	6,5	7	9	12	16	31		127
	ной арматурой		Дефектное	4	3	3	2	2	2	2	3	3	3	5	8	10	18		“
	П-7 с защит	13	Нормальное	7	5	5	5	5	6	7	7	9	11	14	16	30	_	_	127
	ной арматурой		Дефектное	3	2	2	2	2	3	3	3	4	6	8	10	18	—	—
110	П-4,5	3	Нормальное	8	5	5	4,5	6,5	8	10	17								64
			Дефектное	4	2	2	2	3	5	7	12								—
	П-4,5	7	Нормальное	9	6	5	7	8,5	10	18,5									64
			Дефектное	4	3	2	3	5	7	12									—
	П-4,5	6	Нормальное	10	7	8	9	11	19	—	_		—	_	—	__	__	__	64
			Дефектное	5	3	4	5	8	13									—	—
35	П-4,5	4	Нормальное	4	3,5	4,5	8												20
			Дефектное	2	2	3	5	—											—
	П-4,5	3	Нормативное	6	5	9													20
			Дефектное	3	3	5	—												—
	П-4,5	2	Нормативное	10	10														20
			Дефектное	5	6														—

1 Начиная от траверсы.
Примечания: I. Сумма напряжений, измеренных на всех изоляторах в гирлянде, не должна отличаться от фазового напряжения линии более чем: на металлических опорах 109<, на деревянных опорах —2056. В противном случае измерительная головка штанги должна быть отрегулирована н измерения повторены.
2. Изоляторы, не доступные для измерения при помощи штанг (на транспозиционных и угловых опорах и т. д.), рекомендуется контролировать на отключенной ЛЭП один раз в 6 лет или при капитальных ремонтах линий при помощи мегомметра на 2,5 кВ в сухом и очищенном от загрязнений состоянии. Дефектные изоляторы имеют сопротивление изоляции менее 300 мгом.

Работа с измерительными штангами должна проводиться в соответствии с действующими правилами техники безопасности при работах на линиях и подстанциях, находящихся под напряжением. При тумане, дожде, мокром снегопаде и т. п., когда изолирующая часть штанги может увлажняться, работу с измерительными штангами производить запрещается. Работы должны также прекращаться при приближении дождя или грозы. Надежная работа электрической изоляции в значительной степени зависит от уровня культуры ее эксплуатации. Систематический надзор и своевременный уход за изоляцией обеспечивают безаварийную работу энергосистемы и надежное и бесперебойное снабжение потребителей электроэнергией.