2. Уровни изоляции электрооборудования

Под уровнем изоляции понимают значения испытательных напряжений, которые эти элементы сетей выдерживают без повреждения. Испытательные напряжения, в свою очередь, выбирают исходя из тех воздействующих перенапряжений, которым подвергаются элементы сети в процессе эксплуатации.

Изоляция электрических установок постоянно находится под воздействием рабочего напряжения. Среднее междуфазное напряжение установки называется номинальным напряжением. Шкала номинальных напряжений линий электропередачи и оборудования приведена в табл. 1. В эксплуатации напряжения отличаются от номинального вследствие падений напряжений на элементах установки, вызываемыми проходящими токами, и регулирования напряжения источников. Наибольшее рабочее напряжение в любой точке системы не должно превышать значений, указанных в табл. 1.

Местные распределительные сети (воздушные и кабельные) рассчитаны на напряжение до 35 кВ. Средние напряжения 110…220 кВ используются в районных сетях, по которым передаются мощности на расстояния от нескольких десятков до 100…150 км. Диапазон напряжений 330 кВ и выше относится к сверхвысоким напряжениям (СВН) и электрическая энергия передается по ним на расстояния до 1000 км.

В табл. 1 указаны наибольшие рабочие напряжения, допустимые на оборудовании данного номинального напряжения. Ограничение накладывается изоляцией оборудования, а также насыщением магнитопроводов трансформаторов (силовых и измерительных). Допустимые рабочие напряжения на изоляции линий рассчитываются, исходя из условия загрязнения воздуха в районе прохождения линии. Допустимые рабочие напряжения на линиях ограничиваются также допустимыми потерями на корону и уровнем радиопомех при коронировании.

Таким образом, на изоляцию электроустановок действуют: рабочее напряжение, длительные повышения напряжения, импульсы внутренних и грозовых перенапряжений (рис.3).

2. Понятие перенапряжения в электроэнергетических системах и виды воздействующих перенапряжений

В нормальных рабочих режимах на изоляцию воздействует фазное напряжение. В табл. 1 приведены значения фазных напряжений U_ф, соответствующих наибольшим рабочим напряжениям установки. В переходных режимах, возникающих при включениях и отключениях элементов сети, коротких замыканиях и в некоторых схемах, в основном при одностороннем включении линий, в установившихся режимах возникают так называемые внутренние перенапряжения. При грозовых разрядах в сетях возникают атмосферные перенапряжения. Термином «перенапряжения» обычно обозначают повышения напряжения, которые могут представлять опасность для изоляции. Так как возможность нарушения изоляции зависит от состояния самой изоляции, то нельзя указать определенной нижней границы, при которой повышение напряжения становится перенапряжением, и, следовательно, термин перенапряжение имеет качественный характер.

Величины перенапряжений характеризуются их кратностью по отношению к U_ф:

k = U_пер/U_ф.

Кратность внутренних перенапряжений является произведением двух коэффициентов:

K_п = k_удk_у,

где k_уд – ударный коэффициент, представляет собой отношение максимального напряжения переходного процесса к установившемуся напряжению (вынужденной составляющей переходного процесса); k_у – отношение установившегося напряжения к наибольшему рабочему фазному напряжению.

Чем выше номинальное напряжение сети, тем меньшее значение кратности k нормируется для изоляции. Это объясняется тем, что с ростом k растет и доля стоимости изоляции в общей стоимости оборудования и линий, и для их удешевления необходимо снижение уровня допустимых перенапряжений.

При коммутациях в сети – включении и отключении элементов сети (линий, трансформаторов, реакторов), коротких замыканиях – возникают так называемые коммутационные перенапряжения или коммутационные импульсы, которые могут иметь кратность по отношению к U_ф до 2,5…3. Длительность коммутационных перенапряжений порядка долей миллисекунды до десятков миллисекунд (мс). Большие значения относятся к коммутациям длинных линий.

Грозовые разряды, непосредственно поражающие линии и вблизи них, ведут к возникновению волн (импульсов) грозовых перенапряжений. Амплитуды грозовых волн ограничены только уровнем изоляции линий, и, следовательно, грозовые перенапряжения опасны для сетей практически любого класса номинального напряжения, если только не приняты специальные меры грозозащиты. Длительность грозовых перенапряжений порядка десятков микросекунд (мкс).