Контрольные вопросы к главе 3

1. Перечислите условия работы и требования, предъявляемые к изоляции высоковольтного электрооборудования.

2. Назначение и конструктивные особенности изоляции воздушных ЛЭП.

3. Исполнение опорных изоляторов для внутренней и наружной установок.

4. Особенности назначения и конструктивного исполнения проходных изоляторов.

5. Высоковольтные вводы: назначение, тип изоляции, конструктивное исполнение. Современные типы высоковольтных вводов.

6. Характеристики основных материалов, применяемых в силовых конденсаторах.

7. Конструктивные особенности изоляции трансформаторов напряжения.

8. Силовые трансформаторы: назначение, конструктивное исполнение изоляции.

9. Силовые кабели: назначение и конструктивное (принципиальное) исполнение.

10. Особенности конструктивного исполнения силовых кабелей с вязкой пропиткой.

11. Маслонаполненные и газонаполненные кабели.

12. Кабельные линии в трубах со сжатым газом.

Список литературы к главе 3

1. Долгинов А.И. Техника высоких напряжений в электроэнергетике. – М.: Энергия, 1968. – 464 с.

2. Кучинский Г.С., Кизеветтер В.Е., Пинталь Ю.С. Изоляция установок высокого напряжения. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 368 с.

3. Куртенков Г.Е. Основы проектирования изоляции высоковольтного электрооборудования. – Томск: Издательство НТЛ, 1999. – 276 с.

4. Бажанов С.А., Воскресенский В.Ф. Монтаж и эксплуатация маслонаполненных вводов. – М.: Энергоиздат, 1981. – 104 с.

5. Синявский В.Н. Расчет и конструирование электрокерамических конструкций. – М.: Энергия, 1977. – 192 с.

Глава 4. Перенапряжения в электрических системах

4.1. Классификация видов перенапряжений

Перенапряжением называются любые повышения напряжения в электрической системе, которые по величине выше длительно допустимых при нормальном эксплуатационном режиме (т. е. более 5…20 %).

Все виды перенапряжений более 1,2U_н для 6…10 кВ и более 1,05U_н для 750…1150 кВ в электрической системе по характеру возникновения делят:

• на внутренние (возникают вследствие внутренних причин);

• внешние (грозовые).

В свою очередь внутренние перенапряжения делятся:

• на коммутационные, связанные с включением и отключением;

• аварийные (дуговые), связанные с коротким замыканием;

• резонансные и феррорезонансные, возникающие вследствие неблагоприятного сочетания линии и ее элементов.

, (4.1)

где – максимальная амплитуда волны перенапряжения; –наибольшее длительно допустимое рабочее напряжение в электрической сети (согласно ГОСТ 1516.1–77).

В первом приближении кратность внутренних перенапряжений не зависит от номинального напряжения сети U_н. Амплитуда внутренних перенапряжений определяется запасом энергии в электрической системе и не связана с U_н (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Сравнение зависимостей кратности внутренних и грозовых перенапряжений от номинального напряжения сети: 1 – средние значения коэффициентов грозовых перенапряжений; 2 – средние значения коэффициентов коммутационных перенапряжений

Продолжительность грозовых перенапряжений определяется параметрами тока молнии (фронт порядка 1…1,5 мкс и длительность – 45…50 мкс). Внутренние перенапряжения могут быть относительно кратковременными (0,1…0,01 с) (коммутационные, аварийные) и более длительными (резонансные). Величина перенапряжений обычно характеризуется кратностью перенапряжений:

Все элементы электрической системы разбиты на три группы:

• источники энергии (e(t) – генераторы);

• элементы, способные накапливать энергию (L и С);

• элементы, способные поглощать энергию (активная нагрузка, корона, сосредоточенные и распределенные R и проводимости G).

Если баланс между генерируемой и поглощаемой энергиями нарушается, возникают колебания, способные вызвать перенапряжения кратностью до 4…6U_ф. Это можно продемонстрировать, рассмотрев упрощенную однофазную схему замещения электроснабжения, приведенную на рис. 4.2.

Рис. 4.2. Упрощенная однофазная схема замещения электроснабжения: e(t) – эквивалентный источник питания; L_ист – эквивалентная индуктивность источника питания; L_л – эквивалентная индуктивность линии электропередачи; C_л – эквивалентная емкость линии электропередачи; В₁ и В₂ – выключатели; L_н – эквивалентная индуктивность со стороны нагрузки; Z_нагр – полное эквивалентное сопротивление подключенной нагрузки

При разомкнутом выключателе В₂ в схеме только реактивные элементы, поэтому возможны колебания и рост напряжения на емкости линии C_л. Перенапряжения возможны при включении выключателем В₁ ненагруженной линии, или при неодновременном включении В₁ и В₂ в случае холостого трансформатора.

Внешние перенапряжения атмосферного происхождения можно разделить на две группы:

• прямой удар молнии в подстанцию, ВЛ или набегание волн на подстанцию от прямого удара молнии в ВЛ (ПУМ);

• индуктированные на проводах и элементах от грозового облака или от прямого удара молнии около ВЛ.

Перенапряжения при прямом ударе молнии в опору и в ЛЭП могут достигать нескольких миллионов вольт. Статические (индуктированные) перенапряжения менее опасны и составляют 200…300 кВ. Кратность грозовых перенапряжений зависит от номинального напряжения сети U_н, т. к. запас энергии атмосферного электричества ограничен. Поэтому чем выше номинальное напряжение сети, тем меньше кратность грозовых перенапряжений (рис. 4.1).

Токи молнии носят вероятностный характер и могут достигать амплитуды до 200 кА со скоростью нарастания до 100 кА/мкс. Чем меньше амплитуда тока молнии, тем больше его вероятность. Так же и с крутизной тока молнии. Величина перенапряжений при прямом ударе молнии в ЛЭП определяется по формуле

(4.2)

где – амплитуда тока молнии; – волновое сопротивление линии электропередачи; – крутизна тока молнии; – индуктивность проводов, по которым протекает ток молнии.

Отсюда следует, что кратность перенапряжений

(4.3)

Сравнение кратностей внутренних и грозовых перенапряжений для различных классов напряжений показывает, что:

(4.4)

.