ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ РАЗРЯДЫ В ГАЗАХ
Сдам Сам

ПОЛЕЗНОЕ


КАТЕГОРИИ







ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ РАЗРЯДЫ В ГАЗАХ





Красько, А.С.

Техника высоких напряжений (изоляция и перенапряжения): курс лекций: в 2 ч. / А.С. Красько, Е.Г. Пономаренко. – Минск: БНТУ, 2011. – Ч. 1: Электрические разряды в газах. Внешняя изоляция воздушных линий и распределительных устройств. Внутренняя изоляция. – 119 с.

 

ISBN 978-985-525-470-7 (Ч. 1).

 

 

В первой части курса лекций изложены вопросы электрических разрядов в газообразных, жидких, твердых и комбинированных ди- электриках, конструкция и методы расчета внешней изоляции линий электропередачи и подстанций, изоляция оборудования высокого на- пряжения (трансформаторов, конденсаторов, кабелей и электрических машин).

Издание предназначено для студентов электроэнергетических спе- циальностей вузов.

 

УДК 621.3.027.3 (075.8) ББК 31.24я7


 

 

ISBN 978-985-525-470-7 (Ч. 1) © Красько А.С.,

ISBN 978-985-525-471-4 Пономаренко Е.Г., 2011

© БНТУ, 2011


СОДЕРЖАНИЕ


ПРЕДИСЛОВИЕ...................................................................... 5

ВВЕДЕНИЕ............................................................................... 6

1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ РАЗРЯДЫ В ГАЗАХ......................... 8

1.1. Газ как изолирующая среда................................................ 8

1.2. Виды электрических разрядов в газах............................... 9

1.3. Разряд в воздушном промежутке при длительном воздействии напряжения 11

1.4. Лавина электронов............................................................. 13

1.5. Пробивное напряжение..................................................... 14

1.6. Стримерная теория разряда.............................................. 16

1.7. Разряды в неоднородном поле. закон подобия разрядов 17

1.8. Разряды в несимметричных полях. Эффект полярности. 22

1.9. Понятие лидера и главного разряда................................. 24

1.10. Дуговой разряд................................................................ 25

1.11. Коронный разряд на проводах ЛЭП............................... 27



1.12. Корона на проводах постоянного тока........................... 28

1.13. Корона на проводах ЛЭП переменного тока.................. 29

1.14. Потери энергии на корону.............................................. 31

1.15. Разряды в воздушном промежутке при импульсном напряжении 31

1.16. Статистическое распределение разрядных напряжений.. 34

1.17. Разряды в воздухе вдоль поверхности твердой изоляции ..36

1.18. Поверхностный разряд в однородном поле................... 36

1.19. Поверхностный разряд в резконеоднородном поле...... 37

1.20. Разряды вдоль увлажненной и загрязненной

поверхности.................................................................................. 38

2. ВНЕШНЯЯ ИЗОЛЯЦИЯ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ

И РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ............................ 40

2.1. Назначение, типы и характеристики изоляторов............. 40

2.2. Конструкции и характеристики станционных и линейных изоляторов 42

2.3. Гирлянды изоляторов. Распределение напряжения

по элементам гирлянды................................................................ 51

2.4. Выбор изоляторов............................................................. 54

2.5. Выбор основных изоляционных промежутков

ЛЭП и РУ....................................................................................... 59

3. ВНУТРЕННЯЯ ИЗОЛЯЦИЯ............................................ 62

3.1. Общие сведенья и требования.......................................... 62

3.2. Газовая изоляция............................................................... 63

3.3. Вакуумная изоляция.......................................................... 65

3.4. Жидкая изоляция............................................................... 66

3.5. Кратковременная и длительная электрическая прочность внутренней изоляции 66

3.6. Допустимые напряжения для внутренней изоляции....... 68

3.7. Частичные разряды во внутренней изоляции.................. 70

3.8. Факторы, влияющие на электрическую прочность внутренней изоляции 73

3.9. Маслобарьерная изоляция (МБИ).................................... 74

3.10. Бумажно-масляная изоляции (БМИ).............................. 75

3.11. Изоляция силовых трансформаторов............................. 76

3.12. Испытания трансформаторов......................................... 83

3.13. Изоляция кабелей. Общие сведенья и классификация.. 85

3.14. Кабели с пластмассовой изоляцией (до 35 кВ).............. 87

3.15. Провода и кабели с пластмассовой изоляцией

на напряжение до 1 кВ.................................................................. 89

3.16. Кабели с пластмассовой изоляцией

на напряжения 6–500 кВ.............................................................. 91

3.17. Некоторые вопросы эксплуатации кабелей

с пластмассовой изоляцией......................................................... 95

3.18. Кабели с бумажно-масляной изоляцией (до 35 кВ)....... 95

3.19. Кабели с резиновой изоляцией (до 35 кВ)..................... 98

3.20. Маслонаполненные кабели (110–750 кВ)...................... 99

3.21. Газонаполненные кабели.............................................. 104

3.22. Кабели постоянного тока............................................. 106

3.23. Кратковременная и длительная электрическая

прочность изоляции кабелей..................................................... 107

3.24. Изоляция электрических машин высокого напряжения.. 109 3.25. Изоляция силовых конденсаторов 113

3.26. Изоляция герметичных распределительных устройств 116

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.................................................................... 118


ПРЕДИСЛОВИЕ

За последние 30–40 лет достигнут значительный прогресс как в области разработки новых изоляционных материалов, так и в облас- ти технологии изготовления изоляции высоковольтного электриче- ского оборудования. Однако, в настоящее время в научно-техниче- ской библиотеке БНТУ практически отсутствуют новые учебники и учебные пособия по дисциплинам «Техника высоких напряжений» и «Изоляция и перенапряжения». Все учебные издания по данным дисциплинам в основном выпущены в 70–80-х годах прошлого сто- летия. Поэтому авторы данной работы стремились восполнить этот пробел. Наибольшее внимание уделялось вопросам конструирова- ния изоляции высоковольтного оборудования. Основными источ- никами информации выступали каталоги и проспекты различных фирм и производителей электрического оборудования.

Введение и главы 2 и 3 написаны А.С. Красько, глава 1 – Е.Г. Пономаренко. Авторы выражают глубокую признательность рецензентам канд. техн. наук, доценту кафедры «Элетроснабжение» БНТУ А.А. Гончару и канд. техн. наук, доценту кафедры «Электро- техника и электроника» БНТУ С.В. Домникову.


ВВЕДЕНИЕ

Надежная, долговременная и экономичная работа электрической системы в основном определяется изоляцией электрооборудования и других звеньев системы. Разрушение и повреждение изоляции являются главными причинами аварий в электрических установках. Поэтому конструктивное решение изоляции, выбор изоляционных материалов и технологии изготовления определяют надежность, стоимость и конкурентную способность электрического оборудова- ния. Следует отметить, что в общей стоимости высоковольтного оборудования изоляционная составляющая занимает более 60 %.

В данном пособии изложены вопросы электрического разряда в газообразных жидких и твердых диэлектриках. Рассмотрена изоля- ция распределительных устройств и линий электропередач, а также оборудования высокого напряжения: силовых трансформаторов, электрических машин, кабелей, конденсаторов аппаратов.

В зависимости от условий работы изоляция подразделяется на внешнюю и внутреннюю. К внешней относятся воздушные проме- жутки, а также изоляция, соприкасающаяся с воздухом. При этом электрическая прочность изоляции зависит от температуры, давле- ния и влажности. К внутренней относится изоляция, не подвержен- ная воздействию внешних условий.

По агрегатному состоянию изоляция может быть газообразной, жидкой и твердой. Газообразная и жидкая изоляция обладает само- восстанавливающимися свойствами, т. е. после пробоя электриче- ская прочность газообразной и жидкой изоляции восстанавливается при снятии напряжения.

Изоляция электрооборудования, предназначенного для работы в электрических сетях, подразделяется на классы напряжения. Клас- сом напряжения называется номинальное междуфазное напряжение электрической сети, для работы в которых предназначено оборудо- вание. Для каждого класса напряжения установлено наибольшее рабочее напряжение (на 10–15 % выше номинального), которое изо- ляция должна выдерживать длительное время. Класс напряжения характеризуется уровнем изоляции, под которым понимают сово- купность испытательных напряжений согласно ГОСТ или ТУ.


При изготовлении изоляции необходимо обеспечить:

1) требуемые электрические параметры оборудования: рабочее на- пряжение, емкость, индуктивность, активное сопротивление, диэлект- рические потери;

2) срок службы при рабочем напряжении и допустимой температуре;

3) достаточную электрическую прочность при воздействии пере- напряжений;

4) механическую прочность с учетом возможных вибраций, удар- ных нагрузок при коротком замыкании (КЗ) и других режимах работы;

5) требуемую надежность;

6) минимальную стоимость;

7) допустимые (минимальные) размеры и массу;

8) технологичность изготовления;

9) простоту ремонта и безопасность обслуживания;

10) экологическую безопасность;

11) стойкость к внешним воздействиям окружающей среды. Выполнение всех требований осуществляется на основании техни-

ко-экономических расчетов, направленных на минимизацию затрат:

 

З = E × К + И + М(У) ® min ,

 

где З – ежегодные (приведенные) затраты; К – капитальные затраты;

Е – нормативный коэффициент эффективности; И – эксплуатационные издержки;

М(У) – математическое ожидание годового ущерба.

В процессе эксплуатации изоляция подвергается следующим

воздействиям:

1) электрическому: рабочие напряжения при нормальных усло- виях эксплуатации, внутренние и внешние перенапряжения;

2) тепловому: при нормальной рабочей температуре и перегреве в аварийных и форсированных режимах;

3) воздействию окружающей среды: влажность, температура, за- грязнение;

4) механическим воздействиям всех видов в любых условиях;

5) воздействию агрессивных агентов окружающей среды или компонентов, образующихся в изоляции;

6) воздействию живых организмов.


Газ как изолирующая среда

Газы как изолирующая среда широко применяются на воздуш- ных линиях, в распределительных устройствах (РУ) и другой элек- трической аппаратуре. В качестве изолирующих газов используется воздух, элегаз ( SF6 ), азот, смесь элегаза с азотом и др.

Достоинства газовой изоляции – это относительно низкая стои- мость, относительно высокая электрическая прочность, свойство

«самовосстановления», хорошая теплопроводность.

Воздух.При нормальных атмосферных условиях (давление P = 100 кПа, температура T = 293 К, плотность g = 11 г/м3) и в од- нородном электрическом поле электрическая прочность воздуха со- ставляет Е = 30 кВ/см. Такое значение характерно для расстояния между электродами менее 1 м. При расстояниях 1–2 м прочность со- ставляет около 5 кВ/см, а при расстоянии 10 м и выше – 1,5–2,5 кВ/см. Снижение электрической прочности воздуха при больших расстоя- ниях объясняется стримерной теорией развития разряда (см. п. 1.6). На величину электрической прочности воздуха оказывают влияние температура, давление (плотность) и влажность.

Электрическое оборудование обычно проектируется для работы на высоте до 1000 м над уровнем моря при температуре t = £ 40 °C и g = 11 г/м3. При увеличении высоты на 100 м и увеличении темпе-


ратуры на


3 °С


прочность воздуха снижается на 1 %. Увеличение


абсолютной влажности в два раза снижает прочность на 6–8 %. Эти данные характерны для расстояния между токоведущими частями до 1 м. При увеличении расстояния влияние атмосферных условий снижается.

Главным недостатком воздуха является то, что под действием на него короны образуется озон и окись азота, что в свою очередь при- водит к старению твердой изоляции и коррозии.

В настоящее время для изготовления газовой изоляции исполь- зуются следующие газы: элегаз, азот, смесь элегаза с азотом и неко- торые фторуглероды. Многие из этих газов имеют электрическую прочность выше, чем у воздуха. Недостатком многих изоляционных


газов является токсичность, высокая температура сжижения, спо- собность выделять углерод, который, оседая на поверхности твер- дой изоляции, увеличивает ее проводимость.

Элегаз.В новых высоковольтных коммутационных аппаратах элегаз применяется в качестве изолирующей и дугогасящей среды. Коммутационная способность и диэлектрические свойства комму- тационных аппаратов зависят от плотности элегаза, которая посто- янно должна контролироваться. Утечки через уплотнения или кор- пус должны автоматически определяться приборами. Нормальное рабочее давление (давление заполнения при 20 °С) для этих комму- тационных аппаратов от 0,45 до 0,7 МПа в минимальном темпера- турном диапазоне от –40 °С до –25 °С. Элегаз не токсичен, не под- вержен загрязнению или увлажнению, не огнеопасен и не имеет озоноразрушающего эффекта. Однако, он сохраняется в атмосфере более 3200 лет и имеет парниковый потенциал в 22 000 раз больше, чем потенциал углекислого газа. Несмотря на то, что доля элегаза в образовании парникового эффекта сравнительно мала (около 0,2 %), он включен в список парниковых газов из-за широкого использова- ния в электроэнергетике.

 

Лавина электронов

После появления у катода хотя бы одного свободного электрона, он под действием электрического поля приобретает энергию, доста- точную для выбивания другого свободного электрона. В результате появляется новый свободный электрон, который может вызвать следующий акт ионизации. Такой непрерывно нарастающий поток электронов называется лавиной электронов.

На участке dx (рис. 1.2) приращение свободных электронов бу- дет равно

 

dn = a × ndx , (1.5)

 

где n – число свободных электронов, образовавшихся на участке x , при наличии одного начального свободного электрона.

       
   
 

 

Рис. 1.2. Определение числа электронов в лавине

 

В однородном электрическом поле (E = const)

 


dn = adx ;

n


dn

ò n = ln n ;


 

n = eax . (1.6)

 

Образовавшиеся в процессе ионизации свободные ионы, как от- мечалось выше, в силу меньшей подвижности будут сконцентриро- ваны между катодом и фронтом лавины, что приводит к увеличе- нию напряженности электрического поля у катода и увеличению интенсивности ионизации.


Для возникновения самостоятельного разряда (лавины электро- нов) необходимо, чтобы в результате развившейся первоначальной лавины возник хотя бы один вторичный свободный электрон, спо- собный вызвать новую лавину. В этом случае условие развития раз- ряда в общем виде

 

æ L ö

ç ÷

gиexpçòadx ÷> 1 , (1.7)

è 0 ø

 


где gи


– коэффициент вторичной ионизации, который представляет


собой число вторичных электронов, отнесенное к одному акту ио- низации в лавине;

L – расстояние между электродами. Для однородного поля

 

çç
aL = lnæ1 ö> 1 = K . (1.8)

÷÷

è gи ø

 

Для воздуха при атмосферном и более высоком давлении усло-


вием возникновения самостоятельного разряда будет пониженных давлениях – aL = 4 .

 

Пробивное напряжение


aL = 20 , при


 

Если соблюдается условие самостоятельного разряда aL = K , то число электронных лавин растет. При этом последующая лавина развивается еще до того, как положительные ионы предыдущей ла- вины успевают достичь катода. В таком случае лавины распростра- няются по всему промежутку L , и газ в промежутке приходит в со- стояние плазмы. Наступает искровой или дуговой разряд.

Значение пробивного напряжения Uпр можно получить из усло-

вия самостоятельности разряда (1.8), подставив a (1.3) и приняв,

что напряженность в момент пробоя равна Eпр = Uпр L :

 


æ

ç
aL = ALp expç-

è


BpL ö

÷. (1.9)

ø
Uпр ÷


Тогда из (1.9) при записи aL = K


U пр


= BpL

ln ApL

K


 

. (1.10)


Выражение (1.10) является математическим выражением экспе- риментального закона Пашена, из которого следует, что пробивные


напряжения в однородном поле при


T = const


являются функцией


произведения давления p и расстояния между электродами L :

U пр = f (pL). (1.11)


 

Кривая


U пр = f (pL)


 

имеет минимум (рис. 1.3). Для воздуха


Uпр min » 300 В при pL » 0,5 .


При


L = const


и увеличении плотности газа от значения, соот-


ветствующего минимуму кривой, электрическая прочность проме- жутка возрастает, т. к. уменьшается длина свободного пробега, уве- личивается число столкновений и уменьшается вероятность иони-


зации. При уменьшении плотности относительно минимума


Uпр


возрастает за счет эффекта снижения числа столкновений. В связи с этим в изоляционных конструкциях используется газ под высоким давлением или под малым (вакуум).

Экспериментальная зависимость (1.11) при высоких и низких дав- лениях лежит несколько ниже теоретической (на рис. 1.3 показана штриховой линией). Это объясняется при больших давлениях влия- нием микровыступов, а при низких – автоэлектронной эмиссией.

 
 

Рис. 1.3. Зависимость U пр = f (pL) для воздуха


Для практических расчетов пробивного напряжения можно ис- пользовать более простое выражение

 


U пр = adL + b


, (1.12)


 

где a , b – постоянные, зависящие от рода газа (для воздуха


a = 24,5 кВ/см


и b = 6,4 (кВ/см)12 );


d – относительная плотность воздуха:

 

d = pT0 , (1.13)

p0T

где T0 и p0 соответствуют нормальным атмосферным условиям


( p0


= 1,013·105 Па или 760 мм рт. ст. и T0


= 20 ºС).


При


L = 1 см и нормальных условиях


Eпр = 30,0 кВ/см.


При уве-


личении L > 1 см Eпр = 24,5 кВ/см . При L >> 1 м Eпр =1,5-2,5 кВ/см.

 

Стримерная теория разряда

На длинных промежутках пробивные напряжения значительно ниже значений, полученных расчетным путем исходя из теории ударной ионизации. Исследование разрядов в длинных промежут- ках привели к появлению стримерной теории разряда.

Сущность этой теории заключается в том, что после образования

начальной лавины 1 (рис. 1.4) на расстоянии xк от катода плотность

электронов во главе лавины резко возрастает, следовательно воз- растает и напряженность электрического поля во главе лавины. Та-


кое явление имеет место при


axк ³ 20 . Благодаря этому на некото-


ром расстоянии Dx от головы первоначальной лавины возможно

возникновение свободных электронов за счет фотонной ионизации. Фотоэлектроны, находящиеся в сильном электрическом поле

(Eвнеш + Eвнут ), приобретают энергию, достаточную для образова-

ния новой лавины 2, которая перемещается к аноду. Таким образом, объемный заряд первой лавины оказывается «перенесенным» на

расстояние Dx . Область между этими лавинами заполняется плаз-


мой, что приводит к перераспределению напряжения на промежут- ке L и увеличению напряженности поля на отдельных участках.

 

 


Рис. 1.4. Развитие катодного стримера

Скорость перемещения стримера в (x + Dx) x


 

раз больше скоро-


сти электронов в области фронта и составляет 107–108 см/с, а плот- ность заряда в стримере 1012 ион/см3. Вторая лавина может порож-

дать новую лавину на расстоянии Dx¢. После достижения стриме-

ром анода между электродами образуется область высокой прово- димости и возникает разряд. На начальной стадии развития, когда стример замыкается через емкость, амплитуда тока достигает 10 А. Когда стример достигает электродов, наступает главный разряд и ток резко возрастает. Рассмотренная схема развития называется ка- тодным стримером и характерна для однородного поля при U > Uпр ,

а xк << L . При напряжениях, близких к пробивному (U » U пр ),

стример образуется после пробега начальной лавиной расстояния от катода до анода. Такой стример называется анодным.

Дуговой разряд

Дуговой разряд – это самостоятельный разряд в газе, характери- зующийся высокой температурой (6000–12 000 °С) и большой плот- ностью тока. Дуговой разряд возникает между контактами комму- тационной аппаратуры, в разрядниках, между проводами ЛЭП.

Канал дуги разделяют на три участка (рис. 1.9): 1 – катодный; 2 – столб дуги; 3 – анодный. Длина катодного участка 1 около 10–4 см,


катодное падение напряжения Uк


составляет 10–20 В, напряжен-


ность поля 102–103 кВ/см. Все это обуславливает мощную эмиссию электронов с поверхности катода. Длина анодного участка 3 чуть


выше 10–4 см, анодное падение напряжения Uа


= 2–6 В. Падение


напряжения в столбе дуги 2 равномерно, напряженность поля Eс =

= 15–30 В/см. Такая напряженность придает электронам ускорение, и в канале создается высокая температура, которая приводит к ин- тенсивной термической ионизации. Длина столба может достигать десятка метров. Он представляет собой плазму с высокой электро- проводностью.

 
 

 

Рис. 1.9. Распределение напряжения в канале дуги

 

Напряжение дуги: Uд =Uк + Eсlс +Uа . У длинной дуги Uс >>Uк +Uа , у короткой Uс << Uк + Uа .

На переменном токе дуга будет возникать тогда, когда напряже-

ние между электродами больше электрической прочности проме- жутка. Поэтому при переменном напряжении имеет место бестоко-

вая пауза Dt (рис. 1.10), в течение которой создаются благоприят-

ные условия для гашения дуги. Для того, чтобы дуга погасла (не загорелась вновь) при прохождении тока через нулевое значение, необходимо, чтобы электрическая прочность промежутка восста- навливалась быстрее, чем скорость нарастания напряжения.

Пробивное напряжение дугового промежутка определяется в ос-


новном прочностью катодного участка и столба дуги:


Uпр.д =


= Uпр.к + Uпр.с . Значение


Uпр.к


зависит от тока дуги и составляет


250–300 В при I = 10-6-10-8 А и 5–20 В при больших токах.


 

Рис. 1.10. Ток и напряжение дуги на переменном токе

 

Процесс восстановления электрической прочности дугового про- межутка зависит от скорости рекомбинации и диффузии зарядов плазмы, а также от ослабления термической ионизации. Последний процесс в значительной степени зависит от тока дуги.

Для ускорения гашения дуги применяют:

1) интенсивное охлаждение (дутье);

2) разбиение дуги на ряд коротких дуг;

3) уменьшение тока дуги до критического значения.


Критическая длина дуги lк = 0,082UI 0,25 м


– для активных цепей;


lк = 0,2 I м


– для реактивных цепей. Из приведенных формул сле-


дует, что критическая длина дуги в сетях, например 35 кВ, достига- ет 7–20 м, а в сетях 110 кВ – 20–60 м.

 

Потери энергии на корону

Исключить полностью явление коронирования на проводах ЛЭП невозможно, т. к. при различных погодных условиях корона может возникать в местах с сильно неоднородным полем. Потери энергии на корону могут составлять до 40 % энергии потерь на нагрев.

Суммарные потери на корону определяются на основе экспери- ментальных данных для различных погодных условий:

 

A = Pхtх + Pдtд + Pиtи + Pсtс, (1.22)

 

где P и t – соответственно удельные потери и длительность для хорошей погоды, дождя, изморози и снега. åt = 8760 ч .

Потери на корону для каждого из видов погоды определяются по

формуле Левитина с использованием зависимости f (Umax ф Uн ).

Рекомендуется учитывать потери на корону при Emax Eн > 0,5 .

 

Выбор изоляторов

Выбор изоляторов закрытых установок.Условия работы изо- ляции ЗРУ более благоприятные, т. к. изоляция менее подвержена воздействию различных атмосферных условий. Кроме того, абсо- лютные значения внутренних и атмосферных перенапряжений в сетях до 20 кВ значительно меньше, чем в сетях 35 кВ и выше. По- этому запас электрической прочности изоляторов на напряжение до 20 кВ достаточно высок.

Однако в диапазоне генераторных напряжений значения токов ко- роткого замыкания могут достигать десятков и сотен тысяч ампер.


Поэтому опорные и проходные изоляторы ЗРУ, выбранные по номи- нальным значениям напряжения и тока, обязательно должны прове- ряться на динамическую стойкость при коротких замыканиях (КЗ).

Сущность этого расчета сводится к определению изгибающего момента, действующего на изолятор при максимальном значении ударного тока КЗ для принятого расположения шинопроводов. Иногда расчет сводят к определению критического пролета между изоляторами по каталожному значению изгибающего момента для выбранного изолятора. Подробно эти вопросы рассматриваются в курсе «Электрические станции».

Выбор изоляторов наружной установки.Для обеспечения на- дежной работы выбор типа и количества изоляторов в гирлянде не- обходимо производить с учетом климатических условий и степени загрязнения атмосферы. По степени загрязнения атмосферы районы подразделяются на 6 категорий. К I категории относятся районы, имеющие наименьшую степень загрязнения атмосферы: это сель- скохозяйственные районы, луга, леса, болота, тундра. Ко II катего- рии относятся районы с сильной ветровой эрозией почвы, сельско- хозяйственные районы, где применяются химические удобрения и гербициды, промышленные города. Территория вблизи промыш- ленных предприятий в зависимости от вида и объема производства, а также территории вблизи морей, соленых почв и озер относятся к III–VI зонам загрязнения.

Размеры этих зон – минимальный защитный интервал для раз- личных производств определяется руководящими указаниями по выбору изоляции. Если имеет место наложение зон загрязнения от двух источников, то степень загрязнения определяется по источни- ку, создающему наибольшее загрязнение.

Для конкретных климатических условий с учетом степени за- грязнения атмосферы электрическая прочность гирлянды будет обеспечена, если

 

nL1 ³ K ×lэфUрабmax , (2.5)

 

где n – число изоляторов в гирлянде;

L1 – длина пути утечки одного изолятора.


Количество изоляторов в гирлянде

 

n ³K ×lэфUрабmax . (2.6)

L1

Значения K = f (L H ) приведены в табл. 2.1.

 


 

Значения K = f (L H )


Таблица 2.1


 

L H 1,5 2,0–2,3 2,3–2,7 2,7–3,2 3,2–3,5
K 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4

 

Для обеспечения надежной работы гирлянд под дождем при воз- действии внутренних перенапряжений количество элементов в гир- лянде должно удовлетворять условию

 

n ³ Kр ×Uраб max , (2.7)

Eм.р H


где


Eм.р


и H – соответственно расчетная мокроразрядная напря-


женность и строительная высота принятого изолятора;


Kр

ние Kр


– расчетная кратность внутренних перенапряжений. Значе- принимается 3 для ЛЭП 110–220 кВ; 2,7 – для 330 кВ; 2,5 –


для 500 кВ. Eм.р = 2,0-2,5 кВ/см .

В процессе эксплуатации возможны повреждения отдельных эле- ментов, поэтому правила устройства электроустановок (ПУЭ) реко- мендуют увеличить количество изоляторов, определенных расчет- ным путем, на один – для ВЛ 110–220 кВ и два – для 330 кВ и выше.

Рекомендуемое количество элементов наиболее распространенных типов изоляторов в поддерживающих гирляндах ВЛ 110–500 кВ на металлических и железобетонных опорах при высоте до 1000 м над уровнем моря приведено в табл. 2.2.


Таблица 2.2

 

Количество элементов наиболее распространенных типов изоляторов в гирлянде, шт.

 

Тип изолятора Напряжение ЛЭП, кВ
ПФ6-А
ПФ6-Б
ПФ6-В
ПФ16-А
ПФ20-А
П-8,5
П-11
ПФЕ-11
ПС6-А
ПС-11
ПС12-А
ПС16-А
ПС16-Б
ПС22-А
ПС30-А
ПС30-Б

 

Количество подвесных изоляторов в натяжных гирляндах увели- чивается на один по сравнению с рекомендуемым для поддержи- вающих гирлянд. На переходных опорах высотой более 40 м коли- чество изоляторов в гирлянде следует увеличивать по сравнению с принятыми для всех остальных опор этой ВЛ на один изолятор на каждые 10 м высоты опоры сверх 40 м. Для ВЛ, проходящих на вы- соте более 1000 м над уровнем моря, количество элементов в гир- лянде увеличивается на один.

Количество изоляторов на ВЛ, проходящих в местах с сильным загрязнением атмосферы, должно выбираться с учетом местных ус- ловий. При этом для районов IV–VI следует рассматривать возмож- ность использования специальных изоляторов.


Выбор типа и числа подвесных и опорных изоляторов для ОРУ производится аналогичным образом, как и для ВЛ. Однако следует учитывать, что к изоляции ОРУ предъявляются более высокие тре- бования, так как повреждение изоляции ОРУ может привести к тя- желым авариям и повреждению дорогостоящего оборудования. По- этому для оборудования, предназначенного для установки в ОРУ,


значение эффективной длины утечки


lэф


устанавливается в зави-


симости от категории исполнения А, Б или В (табл. 2.3). Оборудо- вание категории А предназначено для районов со степенью загряз- нения I–II. Оборудование категории Б имеет усиленное исполнение и предназначено для районов III–IV категории. При степени загряз- нения VI используется оборудование категории В.

При степени загрязнения III–VI рекомендуют выносить ОРУ из зоны повышенных загрязнений, а размещение ОРУ 500–750 кВ в районах IV–VI вообще не допускается.

 

Таблица 2.3

 


Эффективная длина утечки lэф


для категорий оборудования


 

 

Категория электро- оборудования lэф
с заземленной нейтралью с изолированной нейтралью
А 1,50 1,7
Б 2,25 2,6
В 3,10 3,5

 

Для увеличения разрядных напряжений в условиях загрязненной атмосферы применяют изоляторы с поверхностью, покрытой полупро- водниковой глазурью или водоотталкивающей смазкой. В условиях эксплуатации применяется также периодическая обмывка изоляции.

Коэффициент запаса механической прочности принятых изоля- торов согласно ПУЭ должен составлять: для ВЛ в нормальном ре- жиме – не менее 2,7; при среднегодовой температуре, отсутствии гололеда и ветра – не менее 5,0; в аварийном режиме для ВЛ 500 кВ – не менее 2,0; а на напряжения 330 кВ и ниже – не менее 1,8.


ВНУТРЕННЯЯ ИЗОЛЯЦИЯ

Общие сведенья и требования

Изоляционные конструкции, обеспечивающие изоляцию токове- дущих частей машин, аппаратов, кабелей, конденсаторов, приборов и других элементов, относятся к внутренней изоляции.

По конструктивному исполнению внутренняя изоляция может иметь различную форму и одновременно выполнять функцию кре- пежных деталей и теплоотводящей среды. По агрегатному состоя- нию внутренняя изоляция может быть газообразной, жидкой, твер- дой или комбинированной. Наиболее широкое применение получи- ли сложные изоляционные конструкции и комбинации: бумажно- масляная изоляция (БМИ), маслобарьерная изоляция (МБИ), ком- бинированная изоляция на основе слюдопластов, стеклопластов, полимеров, связующих и других материалов.

Основными достоинствами внутренней изоляции являются:

1) высокая электрическая прочность (в 5–10 раз выше, чем воз- духа), что позволяет резко сократить размеры изоляции;

2) высокая механическая прочность;

3) жидкая и газообразная изоляция обеспечивает хорошие усло- вия охлаждения.

Характерными особенностями внутренней изоляции являются:

1) сложный характер зависимости электрической прочности при длительном воздействии напряжения;

2) зависимость электрической прочности от механических, теп- ловых и других внешних факторов, таких как увлажнение, загряз- нение и т. п., которые в конечном итоге приводят к старению и раз- рушению изоляции;

3) для твердой изоляции, в том числе и комбинированной, элек- трический пробой носит необратимый характер.

Все эти специфические свойства внутренней изоляции не позво- ляют определить электрическую прочность перед вводом в эксплуа- тацию, т. к. после испытания электрооборудование будет не пригод- но к эксплуатации. Поэтому электрическая прочность внутренней

изоляции оценивается косвенным путем: измерением tg d , интенсив-


ности частичных разрядов, величины сопротивления изоляции


Rиз ,


по результатам испытания на моделях и другими методами. Учиты- вая высокую стоимость оборудования и требования к надежности электроснабжения, электрическая прочность внутренней изоляции должна быть выше прочности внешней.

Исходя из вышеизложенного можно сформулировать общие тре- бования к внутренней изоляции:

1) высокая кратковременная и длительная прочность, малые ди- электрические потери, стойкость к частичным разрядам (ЧР), отсутст- вие газовых включений;

2) хорошие тепловые свойства: теплопроводность, стойкость к теп- ловому старению, высокая допустимая рабочая температура, пожа- ро- и взрывобезопасность;

3) механические свойства: прочность конструкции, отсутствие тре- щин, расслоений и др. дефектов;









Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:


©2015- 2018 zdamsam.ru Размещенные материалы защищены законодательством РФ.