Вопросы для самопроверки по теме 1.6

1. Общая характеристика противоаварийной автоматики

2. Как связаны АПНУ и АЛАР?

3. Что такое АОПН, АОСН и как эти системы соотносятся с системой регулирования напряжения и реактивной мощности?

4. Чем объясняется то, что системы противоаварийной автоматики выделены в отдельный класс?

5. Какой смысл вкладывается в понятие АОСЧ, АОПЧ и их связь с АЧР?

6. Каковы причины снижения частоты в системе?

7. Как действует АЧР первой категории?

8. Как действует АЧР второй категории?

9. Как АСУ делится на подсистемы по функциональному признаку?

10. Как АСУ делится на подсистемы по структурному признаку?

Раздел 2. Изоляция и перенапряжения

В разделе рассматриваются пять тем:

- изоляция воздушных линий, распределительных устройств станций и подстанций;

- изоляция силовых кабелей;

- виды современной изоляции;

- методы испытаний изоляции;

- защита изоляции от внутренних и грозовых перенапряжений.

По завершении работы с теоретическим материалом следует ответить на вопросы для самопроверки, приведенные в конце каждой темы.

В качестве промежуточного контроля знаний следует пройти тест №2.

При появлении затруднений по вопросам для самопроверки и тестовым заданиям следует обратиться к теоретическому материалу [2] и [3].

Решение контрольной работы №2 следует проводить после проработки теоретического материала темы 2.5.

Для закрепления теоретического материала по темам этого раздела предусмотрено выполнение двух лабораторных работ №5 и 6.

При эффективной проработке материала данного раздела можно набрать 40 баллов из 100 возможных.

2.1. Изоляция распределительных устройств, воздушных линий, электрических машин и трансформаторов

2.1.1. Изоляция распределительных устройств

Одним из важнейших элементов электропередачи является распределительное устройство (РУ), которое состоит из комплекса аппаратов, предназначенных для управления передачей и распределения электроэнергии.

На напряжение 35 кВ и выше наиболее широко используются открытые распределительные устройства (ОРУ), в которых использованы изоляционные конструкции высокого напряжения и изоляционные свойства воздуха (воздушные промежутки).

Конструктивное выполнение ОРУ. Конструктивное выполнение ОРУ обусловлено в основном двумя факторами: схемой электрических соединений и конструктивным исполнением основных аппаратов (выключателей, разъединителей, трансформаторов тока и напряжения и др.). На напряжение 10 кВ наиболее широко используются закрытые распределительные устройства (ЗРУ). В ОРУ имеется ряд изоляционных промежутков, которые определяют надежность работы высоковольтной аппаратуры и ОРУ в целом. К их числу, прежде всего, относятся изоляционные воздушные промежутки относительно земли или заземленных предметов: между экранированными токоведущими элементами аппаратов и землей (вертикальные), между экраном и заземленными металлоконструкциями, между экраном и системой заземленных тросов. Следующую группу составляют изоляционные воздушные промежутки между экранированными токоведущими элементами различных фаз и промежутки между участками ошиновки подстанции, которые могут быть вертикальными (в местах скрещивания или пересечения) и горизонтальными.

Следует выделить также продольную изоляцию аппаратов: изоляционные расстояния между контактами разъединителей, между контактами и присоединениями к выводам выключателей.

В соответствии с действующими нормами для безопасной работы обслуживающего персонала минимальное расстояние от нижней кромки фарфора опорно-изоляционной конструкции аппарата до земли должно составлять не менее 2,5 м.

Поэтому аппараты высокого напряжения монтируются на заземленных подножниках (стульях) соответствующей высоты, обычно выполняемых из железобетонных свай. Иногда высота подножников может достигать значительной величины: 4,0…5,0 м, что обусловлено, например, необходимостью перемещения механизмов.

К токоведущим элементам аппаратов подводятся провода ошиновки подстанции, существенно изменяющие электрическое поле аппаратов.

В конструкциях аппаратов ОРУ и ЗРУ наиболее широко распространены изоляционные конструкции (ИК). Изоляционная конструкция (ИК) предназначена для электрической изоляции токоведущих частей аппарата от заземленных или от токоведущих элементов других полюсов, а также для поддержания и крепления частей, находящихся под напряжением.

По конструктивному назначению ИК подразделяются [1]:

- на опорные и подвесные, предназначенные для крепления частей, находящихся под напряжением, и для изоляции их от земли;

- проходные, предназначенные для проведения токоведущих частей через элементы оборудования, находящиеся под потенциалом, отличным от потенциала токоведущей части;

- покрышки, представляющие собой полые изоляторы, предназначенные для размещения в них частей аппарата или для поддержания тех или иных элементов аппарата, находящихся под напряжением;

- тяги и рычаги, предназначенные для передачи движения от заземленных частей аппарата к его подвижным частям, находящимся под напряжением;

- воздухопроводы, предназначенные для подачи сжатого воздуха или другого газа в те или иные элементы аппарата, находящиеся под напряжением.

По роду установки ИК подразделяются на ИК наружной установки и ИК внутренней установки.

ИК состоит из изоляционного элемента и закрепленных на нем (или в нем) металлических частей (арматуры). Арматура крепится снаружи изоляционного элемента (внешнее крепление арматуры) или внутри этого элемента (внутреннее крепление арматуры).

Колонковые ИК состоят из двух (или большего числа) опорных изоляторов, поставленных один на другой. Повышение механической прочности колонковой ИК достигается установкой рядом двух или трех колонок, образующих форму в виде трехгранной призмы или пирамиды.

Подвесные ИК (гирлянды) состоят из нескольких подвесных изоляторов, соединенных один с другим. Они могут быть одиночными, двойными или V-образными. Следует отметить, что в ОРУ применяют еще мультиконовые опорные изоляторы, составленные из отдельных тарелок, склеенных с помощью полимерного клея.

В процессе эксплуатации изоляция ОРУ подвергается следующим воздействиям:

• электрическим воздействиям, а именно длительно воздействующему рабочему напряжению, внутренним и грозовым перенапряжениям;

• тепловым воздействиям;

• механическим воздействиям;

• воздействию окружающей среды и ее агрессивных агентов;

• воздействию живых организмов.

При проектировании и выборе изоляции оборудования ОРУ и ЗРУ необходимо согласование между электрической прочностью изоляции и воздействующими на нее напряжениями, т.е. должна быть обеспечена координация изоляции. Электрическую прочность и уровни изоляции высоковольтного оборудования ОРУ и ЗРУ задают соответствующие нормы и стандарты, которые устанавливают для каждого класса напряжения испытательные напряжения промышленной частоты и импульсные испытательные напряжения. Уровнем изоляции электрооборудования называется нормированное испытательное напряжение или нормированный срок службы, отнесенные к нормированным условиям испытаний.

Разряд вдоль увлажненной и загрязненной поверхности изоляционной конструкции. Любая изоляция, установленная на открытом воздухе, подвергается воздействию атмосферных факторов, и поверхность ее покрывается различными осадками.

Увлажнение поверхности изолятора происходит в результате выпадения дождя, росы или возникновения тумана. При этом создается сплошная пленка влаги, по которой протекает ток утечки I, обусловленный ее проводимостью и достигающий иногда 50-100 мА. У электродов с минимальным радиусом происходит концентрированное выделение тепловой энергии, в результате чего часть поверхности изолятора подсушивается, падение напряжения на этом участке возрастает и происходит его перекрытие, т. е. возникает частичная дуга. В дальнейшем подсушивание продолжается, дуга перемещается по краю подсушиваемой водяной пленки. Если при увеличении длины подсушенного участка ток дуги будет возрастать, то дуга будет перемещаться к противоположному электроду вплоть до полного перекрытия изолятора. В противном случае дуга оборвется, подсушенный участок вновь увлажнится, снова подсушится с образованием частичной дуги и т. д., т. е. на поверхности изолятора будут наблюдаться перемежающиеся дуги, сопровождаемые характерным потрескиванием. При некотором увеличении напряжения произойдет полное перекрытие изолятора.

Разрядное напряжение по поверхности при непрерывном смачивании ее дождем называют мокроразрядным напряжением (U_{м. р}). Мокроразрядное напряжение составляет обычно 60-70% разрядного напряжения при сухой поверхности, которое называют сухоразрядным напряжением (U_{с. р}). Для повышения U_{м. р} на поверхности изоляторов всегда устраивают систему развитых ребер, которые увеличивают путь токов утечки. Механизм перекрытия при смоченной поверхности изоляции носит тепловой характер, т. е. развивается во времени сравнительно медленно и наблюдается только при длительном воздействии напряжения. Поэтому при импульсных воздействиях мокроразрядные напряжения равны сухоразрядным.

Для борьбы с перекрытиями, вызванными загрязнением изоляторов, обычно увеличивают длину пути тока утечки. Например, для чистых районов она составляет 2,1 см/кВ_действ, а для районов с интенсивным загрязнением – 5,2 см/кВ_действ.

Скользящий разряд. В большинстве изоляционных конструкций (проходные изоляторы, изоляция обмоток электрических машин при выходе из паза и т. п.) поверхностный разряд протекает в условиях резко неоднородного поля.

Поверхностный разряд в данном случае развивается следующим образом.

При некотором начальном напряжении у края электрода возникает свечение (корона). При дальнейшем увеличении напряжения из коронирующего слоя развиваются стримеры в виде неустойчивых, скользящих по поверхности диэлектрика искр – начинается стадия скользящего разряда. Длина искр очень быстро растет – приблизительно пропорционально пятой степени напряжения, и когда одна из них достигает второго электрода, происходит перекрытие изолятора. Вследствие значительного выделения тепла в канале искр скользящий разряд (а также длительно существующий коронный) может повредить поверхность изолятора, особенно если он изготовлен из органического диэлектрика, который в этом случае очень быстро обугливается, и на его поверхности образуются проводящие каналы.

Напряжение возникновения скользящего разряда зависит от величины поверхностной емкости, через которую замыкается ток стримера. На практике для увеличения напряжения перекрытия при изготовлении изоляторов применяют материалы с меньшей диэлектрической проницаемостью и на их поверхности устраивают ребра. При этом на участках с ребрами токи стримеров уменьшаются, т. е. затрудняются условия их развития и соответственно повышается напряжение перекрытия.

Развитие поверхностного разряда облегчается при повышенных частотах и импульсных напряжениях, когда dU/dt велико и ток поверхностных стримеров возрастает. При постоянном напряжении поверхностная емкость не оказывает влияния на развитие поверхностного разряда, и, так как объемные и поверхностные сопротивления диэлектрика обычно велики, стадия скользящего разряда практически отсутствует, т. е. после возникновения короны при некотором напряжении сразу наступает перекрытие. Опыт показывает, что напряжения перекрытия в рассмотренных случаях близки к разрядным напряжениям воздушного промежутка в резконеоднородном поле, для которого в качестве расстояния между электродами принято кратчайшее расстояние между электродами изолятора.