Устройство (индикатор пробоя), разработанное на предприятии ГП «НИИВН» г. Славянск, предназначенное для визуального


Чтобы посмотреть этот PDF файл с форматированием и разметкой, скачайте его и откройте на своем компьютере.

164

УДК 621.315



Ю.Н
.

ШУМИЛОВ
,

д
окт

ех
н.
наук
, проф
.
,
ГП «НИИВН»
, Сл
а
вянск;

М.Ю
.

ШУМИЛОВ
,

канд. техн. наук, инж.,

ГП «НИИВН», Сл
а
вянск


ИНДИКАТОР ПРОБОЯ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ


ПОЛ
И
МЕРНЫХ ИЗОЛЯТОРОВ


В статье описан новый вариант конструкции индикатора пробоя

полимерных изол
я
торов
д
ля воздушных линий. Также представлены результаты проведения
предыдущих испытаний

экспериментальных

образцов индикаторов пробоя изоляторов.


У статті описано новий варіант конструкції індикатора пр
о
бою полімерних ізоляторів для
повітряних ліній. Також пред
ставлено результати проведення попередніх випробувань
експериментальних зразків індикаторів пробою ізоляторів.


The article escribes a new eboient of inicator for etecting puncture in polyeric i
n
sulators
for transission lines. It also gives the res
ults of pretests on experiental saples of ins
u
lator
puncture inic
a
tors.


В процессе длительной эксплуатации полимерных изоляторов в л
и-
ниях электропередачи было выявлено, что пробой полимерного изолятора
в большинстве случаев не приводит к его механическ
ому разрушению, а
следы обгорания кремнийорганич
е
ской оболочки могут быть замечены
только с близкого расстояния. В связи с этим на поиск пробитого изол
я-
тора в обесточенной линии затрачивается значительное количество вр
е-
мени, следствием чего б
ы
вает недоотпу
ск электроэнергии и сбои в работе
электрических установок потребителей. Не менее остро стоит проблема
поиска места самоустраняющегося повреждения, при котором после у
с-
пешного АПВ линия остается в рабочем с
о
стоянии.

Для обнаружения места аварии в обесточен
ной линии необходимо
чтобы изоляторы или опоры линии электропередачи были оснащены сп
е-
циальными устройствами для визуального определения пробоя электр
о-
оборудования. Принцип действия таких ус
т
ройств может быть основан на
использовании энергии, выделяющейся
в месте возникновения короткого
замыкания. Подавляющее большинство известных устройств, предназн
а-
ченных для индикации места короткого замыкания в линии электропер
е-
дачи, серийно выпускаемых такими фирмами как
Cooper

Power

Syste

(США),
Nortroll
(Норвегия) и
пр., реагируют на изменение магнитного
поля в зоне короткого замыкания, вызванного повреждением из
о
ляции. В
зависимости от типа, индикаторы разм
е
щают прямо на линию

крепят к
фазному проводу специальными зажимами или устанавливают на оп
о
ры
линии электроп
ередачи на 3

5 м ниже проводов. Визуальная индикация,
как правило, выполнена в виде ярких светодиодов, расположенных в ко
р-
пусе индикатора.


165

Существенными недостатками данных индикаторов являются их з
а-
висимость от срока службы элементов п
и
тания

литиевых
батарей, а так
же снижение яркости свечения светодиодов, указыва
ю
щих аварийный
режим, при их загрязнении на участках линии, проходящих в промы
ш-
ленных районах. Цена на индикаторы неисправности линий такого типа
колеблется в пределах от 40 до 400 долларов
США, в зависимости от и
с-
полн
е
ния устройства.

В 70

80
-
х годах были опубликованы ряд советских патентов на
устройства для определения опоры линии электропередачи с поврежде
н-
ной из
о
ляцией [1, 2, 3]. Принцип действия запатентованных устройств
индикации про
боя изоляции основан на использовании тепловой энергии
или энергии магнитного поля, выделяющейся при пробое или перекрытии
гирлянды изоляторов. Их основными недостатками являются непродо
л-
жительный срок службы и сложность конс
т
рукции.

На основании сказанног
о выше очевидно, что проблема создания
простого, надежного, долговечного и дешевого индикатора места коро
т-
кого замыкания для линий электропередачи классов напряж
е
ния 220 кВ
÷
750 кВ акт
у
альна по сей день.

При разработке индикатора пробоя полимерных изолят
оров во вн
и-
мание были приняты следующие требования к конструктивным и фун
к-
циональным свойствам индикатора:

1.

Индикатор пробоя должен регистрировать протекание тока к
о-
роткого замыкания линии, возникшего в результате электрического пр
о-
боя изоляции контролируе
мого электрооборудования линии электропер
е-
дачи (полимерного изолятора), действующее значение которого составл
я-
ет 5 кА

40 кА, длительностью 0,12 с (6 полных периодов тока промы
ш-
ле
н
ной частоты) и более.

2.

Сигнальный элемент индикатора пробоя, зарегистрирова
вшего
протекание тока короткого зам
ы
кания через контролируемый элемент
линии электропередачи, до
л
жен быть визуально различим с расстояния
40 м

50 м.

3.

Индикатор пробоя не должен срабатывать при грозовом перекр
ы-
тии изоляции контролируемого элемента линии э
лектропередачи, в сл
у-
чае если и
с
кровой разряд не переходит в дуговой.

4.

Индикатор пробоя, установленный на контролируемый элемент
линии электропередачи, не должен влиять на его электрические и мех
а-
нические х
а
рактеристики.

5.

Индикатор пробоя должен быть устой
чив к вибрации, загрязн
е-
ниям, влаге и перепаду темпер
а
тур от

60 º
С до + 50
º
С.

6.

Индикатор пробоя должен иметь возможность многократного и
с-
польз
о
вания.

7.

Возвращение индикатора пробоя из состояния, указывающего р
е-
гистрацию протекания тока короткого замыкан
ия через контролируемый

166

объект линии электропередачи, в исходное состояние должно осущест
в-
ляться вручную без применения какого
-
либо нестандартного инструме
н-
та.

8.

Все элементы индикатора пробоя должны быть коррозионно
-
стойкими.

9.

Гарантированный срок службы ин
дикатора пробоя не должен
быть м
е
нее гарантированного срока службы контролируемого элемента
линии электроперед
а
чи.

Устройство (индикатор пробоя), р
азработанное на предприятии
ГП

«НИИВН» г. Славянск, предназначенное для визуального обнаруж
е-
ния электрическо
го пробоя электрооборудования линий электропередачи
и отвечающее всем указанным выше требованиям изображ
е
но на рис.1.
























Рис. 1

Индикатор пробоя высоковольтных полиме
р
ных изоляторов

Индикатор пробоя содержит элемент контроля протекаю
щего тока и
сигнальный элемент 1 (рис.1). Элемент контроля протекающего тока с
о
с
-
тоит из двух полуколец, выполне
н
ных из ферромагнитного материала,
одно из которых н
е
подвижное 2, другое
-
подвижное 3. С одной стороны
полукольца соединены плоской пружиной 4,
а с другой стороны раздел
е-
ны зазором

. На внутренней поверхности неподвижного полукольца 2
установлена скоба 5 для крепления индикатора пробоя к контролируем
о-

167

му об
ъ
екту

например, к металлическому оконцевателю полимерного
изолятора. Сигнальный элемент 1
выполнен в виде плоской ленты из у
п-
ругого материала, охватывающей наружную поверхность элемента ко
н-
троля протекающего тока, один конец которой закреплен на неподви
ж-
ном полукольце 2, а другой зафиксирован упорным винтом 6 подвижного
п
о
лукольца 3. Концы сиг
нального элемента выполнены в виде замка 7,
снабженного толкателем 8, предназначенным для раскр
ы
тия замка.

Индикатор пробоя работает следующим образом. С помощью скобы
5 индикатор крепится к контролируемому объекту, например, к металл
и-
ческому оконц
е
вателю
полимерного изолятора (рис.2).







Рис. 2


Вариант крепления индикатора пробоя к полимерному изол
я
тору

В момент электрического пробоя полимерного изолятора ток коро
т-
кого замыкания, протекающий вдоль его стержня, создаст переменный
магнитный поток, про
низывающий ферромагнитные полукольца
-
непо
д-
вижное 2 и подвижное 3 элемента контроля протекающего тока, разд
е-
ленные зазором

. Вследствие действия на ферромагнитные полукольца
электродинамической силы, притягивающей подвижное полукольцо 3 к
неподвижному 2,
зазор

м
е
жду полукольцами уменьшается, толкатель 8
вызывает размыкание замка 7, которым зафиксирован один конец си
г-
нальной ленты. Вследствие упругого распрямления плоской ленты си
г-
нального элемента 1 ее отброшенный конец сигнализирует о срабатыв
а-
нии инд
икатора пробоя (рис.3).



168












Рис. 3


Индикатор пробоя сигнализирует о пробое изолятора

Для проверки работоспособности описанной выше индикатора пр
о-
боя было изготовлено два экспериментальных образца (см. рис.4). Пе
р-
вый образец с наружным диаметром
127 мм и площадью сечения полук
о-
лец 10 мм

40 мм (малое кольцо). Второй образец с наружным диаме
т-
ром 179 мм и площадью сечения полуколец 8 мм

40 мм (большое кол
ь-
цо).











Рис.4


Экспериментальные образцы индикаторов пробоя полимерных

изолят
о
ров


Полукольца были изготовлены из стальной трубы

сталь 3. Для пр
о-
ведения экспериментов по определению порога срабатывания экспер
и-
ментальных образцов индикатора пробоя было изготовлено три компле
к-
та плоских пружин, соединяющих стальные полукольца, толщиной
1 мм,
1,5 мм и 2 мм. Плоские пружины изготовлены из пружинной стали марки

169

60Г2С. Индикаторная лента изготовлена из полосы пружинной стали
толщиной 0,8 мм.

Усилие смыкания полуколец экспериментальных образцов, рассч
и-
танное по формуле:

S
I
F



2
0
2
0
2


,

где
0


-
ширина воздушного зазора, разделяющего ферромагнитные п
о-
лукольца;


S


площадь сечения ферромагнитного полукольца.

-
для образца с наружным диаметром 127 мм (малое кольцо) и площадью
сечения полуколец 10 мм

40 мм, ра
зделенных воздушным зазором ш
и-
риной


 7 мм, при токе 10 кА составляет 512, 6 Н;

-
для образца с наружным диаметром 179 мм (большое кольцо) и площ
а-
дью сечения полуколец 8 мм

40 мм, разделенных воздушным зазором
шир
и
ной

 7 мм, при токе 10 кА соста
вляет 410 Н;

Определение порога срабатывания по току, описанных выше эксп
е-
риментальных образцов индикатора пробоя, было проведено в испыт
а-
тельном центре ГП «Научно
-
исследовательский институт высоких н
а-
пряжений».

Экспериментальные образцы индикаторов пробо
я устанавливались
на макет полимерного изол
я
тора стеклопластиковый стержень которого
был заменен алюминиевым стержнем с целью имитации пробоя изолят
о-
ра. Макет изолятора с индикаторами пробоя был подключен к вторичной
обмотке испытательной установки для ис
пытаний выключателей и разъ
е-
динителей на стойкость при сквозных токах к.з.

В каждый опытный образец индикатора пробоя в процессе испыт
а-
ний устанавливались пружины различной упругости (пружины изгото
в-
ленные из одного материала

сталь 60Г2С, но различной т
олщины), о
п-
ределяющие чувствительность индикат
о
ров.

Уверенное срабатывание индикаторов пробоя наблюдается при т
о
ке
более 6 кА. На рис.5 изображены опытные образцы индикаторов пр
о
боя,
зафиксировавшие протекание тока короткого замыкания

концы си
г-
нальных л
ент освободи
л
ись из замков.

Индикатор с наружным диаметром 127 мм (малое кольцо) обладает
более высокой чувствительностью (срабатывание при токе 4,5 кА), в
сравнении с индикатором, наружный диаметр котор
о
го 179 мм (большое
кольцо).





170














Рис.
5

Индикаторы пробоя зафиксировали протекание тока короткого замык
а-
ния вдоль макета изолятора

концы сигнальных лент

освободились из за
м
ков


По окончании токовых испытаний экспериментальных образцов и
н-
дикаторов пробоя они были подвергнуты испытанию им
пульсным нап
-
ряжением стандартного коммутационного импульса с формой волны
250/2500 мкс (требов
а
ния ГОСТ 1516.2

97).

Испытание экспериментальных образцов индикаторов пробоя во
з-
действием напряжения коммутационных импульсов проводилось в исп
ы-
тательном цен
тре ГП «НИИВН» на установке ГИН 400/5000. Экспер
и-
ментальные образцы индикаторов пробоя были установлены на оконц
е-
ватели полимерного изолятора типа ЛК 120/110. Индикатор пробоя с н
а-
ружным диаметром 127 мм (малое кольцо) был у
с
тановлен на нижнем
оконцевателе
изолятора, инд
и
катор, наружный диаметр которого 179 мм
(большое кол
ь
цо)

на верхнем оконцевателе. С обеих сторон изолятора
были установлены обострители напряженности поля в виде отрезков пр
о-
волоки 1, рис.6, расположенные так, что один конец отре
з
ка пров
олоки
закреплен на металлическом оконцевателе, а другой расположен между
полукольцами индикатора пробоя, выступая за плоскость кольца индик
а-
тора до 3
-
го ребра изолятора, считая от оконцевателя. Оба экспериме
н-
тальных образца индикатора пробоя были собраны с
плоскими пружин
а-
ми, толщина которых

1 мм. Изолятор типа ЛК 120/110, с установле
н-
ными на его оконцевателях индикаторами пробоя, пятикратно перекр
ы-
вался импульсами положительной и отрицательной полярности. Разряды
проходили между проволо
ч
ными обострителям
и.







171














Рис. 6

Макет изолятора с индикаторами пробоя и проволочными

обострителями напряженности электрического п
о
ля


Результат испытаний

индикаторы не сработали при перекрытии
изолятора коммутационным и
м
пульсом.

По результатам проведенн
ых испытаний опытных образцов индик
а-
торов имитирующих пробой протекающими токами короткого замыкания
и при перекрытии изоляторов грозовым импульсом с установленными на
них индикаторами установлено, что индикаторы пробоя не реагируют на
импульсное перекрыти
е изоляторов, однако уверенно срабатывают при
протекании токов короткого замыкания промышленной частоты вдоль
оси изолятора, т.е. фиксируют его электрический пробой. Указанные я
в-
ления свидетельствуют о пригодности предложенной конструкции инд
и-
катора пробоя
для создания на ее базе образцов индикаторов предназн
а-
ченных для массового использования в линиях электропередачи и выпу
с-
каемых серийно.

На упомянутые образцы индикаторов пробоя получен патент У
к-
раины №84497, МПК (2006)
G
01
R
31/08 «Устройство для визуа
льного
обнаружения электрического пробоя электрооборудования линий эле
к-
троп
е
редачи».


Список литературы: 1
.
А
.
с
.
885934

ССС
Р
,
М
ПК
3
G 01 R 31/08
.
Устройство для определ
е-
ния перекрытых гирлянд изоляторов линии электропередачи
/
А. Г. Бо
й
ко, С. А. Юрьев, Н.
А.
Марковский
.
-
№ 2869285/24
-
21 ; Заявл. 08.01.80 ; О
публ. 30.11.81, Бюл. № 44
.
2
.
А
.
с
.

712784

СССР,
МПК
2

G 01 R 31/08
.
Устройство для определения опоры и гирлянды линии
электропередачи с поврежденной изоляцией
/
А. И. Айзенфельд, В. А. Борухман, А.
З. К
ра
с-
новский, А. Ф. Погосский
.
-
№ 2454174/24
-
21 ; Заявл. 17.02.77 ; О
публ. 30.01.80, Бюл. № 4.

3
.
А. с. 1182445 СССР, МПК
2
G 01 R 31/08. Устройство для определения прекрытой ги
р-
лянды изоляторов линии электропередач (его варианты) /
В. И. Якименко
.
-
№ 37
09636/24
-
21; Заявл. 27.01.84 ; О
публ. 30.09.85, Бюл. № 36.

Поступила в редколлегию 03.
11
.
20
10


Приложенные файлы

  • pdf 39128744
    Размер файла: 703 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий