книги из ГПНТБ / Техника высоких напряжений учеб. пособие

После срабатывания РТ2(при условии достаточно низкой его вольтсекундной характеристики) импульсный ток из жилы за счет влияния поверхностного эффекта вытесняется на оболочку, а с нее —• в землю или в заземление ЗРУ (RCT на рис. 14.13. б). Установка дополнитель­ ного комплекта РТі или ПЗ на подходах способствует уменьшению тока через РТ2 и РВМ и повышению уровня грозоупорностн схемы. Однако отсутствие реактора и низкое волновое сопротивление кабеля приводят к ненадежной работе разрядников РТ2.

В месте удара молнии вследствие слабой изоляции линий 64-10 кв вероятно возникновение перекрытия между всеми фазами и на землю. При этом волна от места удара распространяется по трем фазам. При срабатывании разрядника РТ2, например фазы а, напряжение на фа­ зах b и с снижается за счет взаимной связи между фазами. Одновре­ менно возникает падение напряжения на сопротивлении заземления от тока через РТ2 фазы а. При этом заметно снижаются напряжения, приложенные к разрядникам РТ2 на фазах b и с, в результате чего они могут не сработать. Приход отраженной от кабеля и разрядника РВМ волны обратного знака также снижает напряжение на разрядниках на подходе. Напряжение же приходящей волны продолжает возрастать, что может привести к чрезмерно большому току через РВМ и опасному перенапряжению на изоляции машины.

Расчеты и исследования на анализаторе ЛПИ показывают, что при некоторых параметрах тока молнии схема работает не вполне надежно. Наряду с уровнем грозоупорности / мѵ по (14.58), соответствующим успешному срабатыванию всех разрядников, имеется некоторая об­ ласть промежуточных значений амплитуды и крутизны фронта тока молнии, при которых не все разрядники работают и возможны опас­ ные перенапряжения на изоляции машины. Установленные с другой стороны линии разрядники оказывают благоприятное действие. Эти обстоятельства необходимо учитывать при вычислении показателя грозоупорности схемы. Результаты таких расчетов, приведенные в табл. 14.9, показывают заметное снижение надежности грозозащиты в схемах с кабельной вставкой по сравнению с предыдущими случаями. Поэтому отсутствие реакторов может быть допущено только для менее ответственных генераторов и двигателей средней и малой мощности.

е. Непосредственная связь машины с воздушной линией

Наименее надежная грозозащита получается, когда воздушная линия непосредственно включена на шины генераторного напряжения (рис. 14.13, в). Защита подхода содержит несколько РТ с малыми со­ противлениями заземления и защиту на длине порядка /„=3004-600 м от прямых ударов молнии отдельно стоящими молниеотводами. Та­ кая защита способствует уменьшению тока через РВМ на шинах, од­ нако требует значительных капитальных вложений. При применении деревянных опор и изоляции класса 35 кв можно на подходе вместо от­ дельно стоящих молниеотводов установить тросы с а = 20° и 10 ом и использованием изолирующей способности дерева траверс. На за­ жимах машины необходим РВМ с наилучшими вольтсекундной и

389-

вольтамперной характеристиками для ограничения амплитуды пере­ напряжений и защитные конденсаторы для существенного ограничения крутизны фронта.

Длина защищенного подхода Іп должна быть выбрана исходя нз условия ограничения амплитуды тока /рвтах чеРез разрядник

для эквивалентной схемы с сосредоточенными параметрами по сле­

а + ß+ V^aß

390

Полагая /рвшах — / К00рд. получаем после преобразований прибли­ женную формулу для уровня грозоупорности при ударе молнии в начале подхода:

< 1 4 '6 5 )

а _ 0,7L4

ß^в(гн“Ь2ш)

гДе z8KB= Z „ zj(z n+ 2Ш) —эквивалентное сопротивление всей схемы. Такая схема может дать приемлемые результаты только при усло­ вии малого сопротивления заземления и большого числа отходящих кабелей от шин (малое гк). Показатель грозоупорности схемы получится аналогично предыдущим случаям из зависимости вида !MX=f(U) с учетом благоприятного влияния разрядников на другом конце линии.

В табл. 14.9 приведены результаты исследования надежности гро­ зозащиты машин с различными схемами связи между машиной и воз­ душной сетью. При принятии окончательного решения вопроса о схеме связи машины с воздушными линиями по схеме грозозащиты машины необходимо учитывать возможность повреждения машины, ущерб народного хозяйства и приведенные затраты сравниваемых вариантов по формуле (В.1) с учетом местных условий — потребителя, грунта, схемы распределительного устройства, мощности машины и ее роли в энергосистеме.

391

РАЗДЕЛ ЧЕТВЕРТЫЙ

ВЫСОКОВОЛЬТНЫЕ ИЗОЛЯЦИОННЫЕ КОНСТРУКЦИИ и ИХ ИСПЫТАНИЯ

ГЛАВА ХУ. ВЫСОКОВОЛЬТНЫЕ ИЗОЛЯЦИОННЫЕ КОНСТРУКЦИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ

§ 15.1. МЕТОДИКА ВЫБОРА ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ

прочности и зо л яц и о н н ы х КОНСТРУКЦИЙ

а. Методика оценки электрической прочности многоэлементных изоляционных конструкции

Статистические испытания изоляции аппарата пли линии в целом принципиально возможны, но нецелесообразны из-за их высокой сто­ имости. Поэтому оценка электрической прочности многоэлементных изоляционных конструкций производится по данным многократных испытаний отдельных элементов (образцов). Если вероятность пробоя (перекрытия) г-го элемента при воздействии напряжения U; равна Pi(Ui), то вероятность пробоя изоляционной конструкции в целом, состоящей из s элементов, равна

т. е. вероятность пробоя изоляционной конструкции в целом опреде­ ляется простым суммированием вероятностей пробоя всех элементов.

Из формул (15.1) и (15.3) следует, что зависимость вероятности пробоя изоляционной конструкции в целом тем сильнее смещается в сторону меньших значений напряжения, чем больше число элемен­ тов (рис. 15.1) или кратность увеличения площади электродов s,

392

т. e. электрическая прочность конструкции в целом ниже, чем отделы ного элемента.

Снижение 50%-ных разрядных напряжений при увеличении числа параллельных образцов элементов s или увеличении площади электро­ дов в s раз сопровождается увеличением крутизны зависимости Рн к (U), что соответствует уменьшению величины сг^ (см. рис. 15.1 и 15.2).

Определеиие характеристик электрической прочности изоля-

ставляющих собой часть конструкции, является вынужденной мерой. В тех случаях, когда статистическое испытание всей конструкции воз­ можно, предпочтительно определять характеристики электрической прочности конструкции в целом, которые определяются прочностью

довательно, для определения вероятности пробоя единичного образца

4 - р н .к ( U)

393

Необходимое число испытаний отдельных .образцов увеличивается во столько раз, на сколько элементов разделены конструкции. В ре­ зультате при увеличении объема испытаний в s раз получается та же точность определения вероятности пробоя конструкции в целом Рк к, но увеличивается объем информации о статистических характеристи­ ках ее элементов.

б. Методика оценки вероятности пробоя (перекрытия) изоляционной конструкции

Пробой (перекрытие) изоляции при воздействии перенапряжений является случайным событием. Среднее число перекрытий УѴпер в те­ чение года при воздействии N„ перенапряжений определенной формы и случайной амплитуды может быть вычислено по формуле

fn{Umax)—плотность статистического распределения амплитуд перенап­

то средний срок службы изоляции, в течение которого следует ожидать одно перекрытие или пробой,

Зависимость Р и_к (f/max) в ряде случаев изменяется от нуля до еди­ ницы в узком диапазоне изменения Umax по сравнению со статисти­ ческим разбросом амплитуд перенапряжений, особенно для нару­ жных изоляционных конструкций с большим числом параллельных элементов. Кроме того, Pu. K(Umax) для каждого вида перенапряже­ ний мало изменяется в зависимости от формы кривой воздействующих перенапряжений.

При этих условиях и сравнительно общих допущениях о харак­ тере зависимостей P„.K(Umax) и / п (t/max) можно показать, что Р„.к ((/тах) под интегралом можно заменить скачкообразной функцией вида

При этом из (15.6) и (15.7) имеем

394

Оценим срок службы внутренней изоляции, для которой воздей­ ствие каждого импульса приводит к остаточным явлениям, ухудшаю­ щим ее характеристики (кумулятивный эффект), если разрушение от одного воздействия достаточно мало. В первом приближении ку­ мулятивный эффект при воздействии последовательного ряда импуль­ сов перенапряжений может быть учтен исходя из допущения равной доли разрушения

к разрушению, недопустимому с точки зрения дальнейшей длитель­ ной эксплуатации при рабочем напряжении (см. § 9.7).

H . p m .

в.Методика координации изоляции по требованию надежной работы

Впроцессе эксплуатации на изоляцию воздействуют рабочее на­ пряжение, квазистационарные, коммутационные и грозовые перена­ пряжения.

Впрактике проектирования электропередач и выбора изоляции их элементов необходимо обеспечить оптимальную с экономической точки зрения надежность работы изоляции.

Электрическая прочность изоляционных конструкций на подстан­ ции при воздействии перенапряжений должна быть согласована с ха­ рактеристиками защитных разрядников. В условиях эксплуатации эти характеристики должны проверяться путем систематических испы­ таний.

Таким образом, под координацией изоляции следует понимать уста­ новление и поддержание в эксплуатации необходимого соответствия между электрической прочностью изоляции и воздействующими на нее напряжениями с учетом характеристик защитных устройств. При этом

может быть допущена некоторая, достаточно малая с точки зрения прак­ тики, экономически оправданная вероятность повреждения изоля­ ции, или перерыв в электроснабжении менее ответственных потреби­ телей.

395

В СССР электрическая прочность изоляции высоковольтного обе рудования задается по ГОСТу, который устанавливает для каждого класса напряжения испытательные напряжения промышленной часто­ ты и импульсные испытательные напряжения, а также методику про­ ведения испытаний. Рекомендации Международной Электротехниче­ ской Комиссии (МЭК) не связывают однозначно уровни изоляции и но­ минальное напряжение сети. Уровни изоляции по рекомендации МЭК выбираются по многоступенчатой шкале испытательных импульсных напряжений в зависимости от защитных характеристик вентильных разрядников.

г. Координация изоляции линий электропередачи

Координация линейной изоляции при рабочем напряжении преду­ сматривает такой ее выбор, при котором обеспечиваются весьма малое среднее число перекрытий внешней изоляции (воздушных промежут­ ков и линейных изоляторов) и требуемый срок службы для «внутрен­ ней» изоляции по условиям пробоя изоляционного материала (фарфор, стекло). При этом должны быть учтены загрязнение н увлажнение внешней изоляции и старение внутренней изоляции изоляторов под воздействием электромеханической нагрузки (см. § 15.3).

Координация линейной изоляции при квазистационарных (дли­ тельных) перенапряжениях предусматривает такой выбор характери­ стик изоляции и защитных устройств, при котором обеспечиваются достаточно малая вероятность перекрытия наружной изоляции с уче­ том влияния загрязнения и увлажнения изоляции на ее электрическую прочность и величину перенапряжений.

Координация линейной изоляции при коммутационных перенапря­ жениях должна, вообще говоря, основываться на статистическом тех­ нико-экономическом анализе. В качестве первого приближения на основании ряда технико-экономических расчетов можно принимать среднее число перекрытий изоляции линии типовой длины порядка одного раза в течение 10 лет.

Поскольку полярность перенапряжений произвольна, а электри­ ческая прочность линейной изоляции при отрицательной полярности перенапряжений существенно выше, чем при положительной, то об­ щее число перенапряжений с амплитудой, превышающей H0t5; s [см. формулу (15.9)], может быть вдвое большим, т. е. может быть допу­

39Ѳ

С учетом понижения атмосферного давления на фактической высоте трассы линии и случайных колебаний метеорологических условий 50%-ное разрядное напряжение одиночного изоляционного элемента на уровне моря

К 3 =1.39.

При выборе Uo'b',1 необходимо учитывать также эксплуатационные факторы, влияющие на электрическую прочность линейной изоляции (см. § 15.2, 15.3).

Координация линейной изоляции при грозовых перенапряжениях, по технико-экономическим соображениям, в подавляющем большинстве случаев заключается в выборе такой системы грозозащитных меро­ приятий (см. § 14.1), при которой обеспечивается необходимая надеж­ ность без дополнительного повышения изоляции по сравнению с вы­ бранной по условиям рабочего напряжения, квазистационарных и ком­ мутационных перенапряжений. Дополнительное усиление изоляции может потребоваться только в отдельных случаях, как, например, в гирляндах изоляторов на высоких переходных опорах, при выборе расстояния между проводами пересекающихся линий, на защищенном подходе воздушной линии к ЗРУ с электрическими машинами.

д. Координация изоляции подстанций

Координация изоляции воздушных промежутков, подвесных и опорных изоляторов при рабочем напряжении и перенапряжениях осу­ ществляется по тем же принципам, что и для линейной изоляции, но со значительно более высоким показателем надежности (порядка одного раза в сотни лет).

Практическая реализация статистического технико-экономического подхода к координации изоляции электроооборудования затруднена вследствие ограниченного объема информации по электрической проч­ ности несамовосстанавливающейся изоляции, непрерывно стареющей в условиях эксплуатации.

Координация внутренней изоляции электрооборудования при ра­ бочем напряжении предполагает такой выбор напряженностей, при котором обеспечивается достаточный срок ее службы (порядка 30 лет)

397

с учетом старения изоляции в эксплуатационных условиях, вызывае­ мого развитием начальных частичных разрядов (см. § 8.8), окислением и увлажнением, механическим разрушением вследствие электродина­ мических усилии при коротких замыканиях и др. При квазнстацмонарных перенапряжениях допускаемые напряженности определяются условием отсутствия критических частичных разрядов (см. § 9.7) с учетом старения изоляции в эксплуатации. В большинстве случаев они не являются определяющими при выборе размеров изоляции.

Координация изоляции электрооборудования при коммутацион­ ных перенапряжениях в настоящее время заключается в выборе на­ иболее целесообразных значении испытательного одномннутного на­ пряжения промышленной частоты Uucn для внутренней изоляции и вы­ держиваемого при плавном подъеме напряжения в сухом состоянии С/Вьц.с и под дождем і/выд.м для внешней изоляции. Величина

коэффициент импульса при воздействии коммутационных перенапря­

фект и старение изоляции в процессе эксплуатации; на основании эк­ спериментальных данных и длительного опыта эксплуатации Кк = =0,85-^0,95, причем меньшие значения соответствуют меньшим но­ минальным напряжениям. Следует заметить, однако, что при глубо­ ком ограничении коммутационных перенапряжений определяемая по (15.16) величина испытательного напряжения может оказаться слиш­ ком низкой, не обеспечивающей надежной работы изоляции при рабо­ чем напряжении. В этом случае необходимы дополнительные испыта­ ния, обеспечивающие это требование.

Надежная работа наружной изоляции обеспечивается при 50%-ном разрядном напряжении, определяемом по (15.14). ГОСТом установле­ ны эквивалентные испытания напряжением промышленной частоты. В этом случае необходимо обеспечить правильное соотношение между выдерживаемым напряжением, указанным в ГОСТе, и 50%-ным раз­ рядным напряжением, которое изменяется в зависимости от вида изо­ ляции, класса напряжения и др. Испытания при промышленной ча­ стоте производятся для сухой изоляции и при увлажнении дождем 3 мм/мин. Величины выдерживаемых напряжений промышленной частоты по ГОСТ 1516—68 ((/выд.с и і/выд.м ) приведены в табл. 15.1.

Расчетная кратность /(р для электрооборудования, установленного на станции или подстанции, определяется с учетом защитных устройств. Она должна соответствовать весьма малой частоте повторения опас­ ных для изоляции перенапряжений (порядка один раз в сотни лет) и выбирается также с учетом относительной доли стоимости изоля­ ции в стоимости всего оборудования данного класса напряжения, а также существенного различия статистического распределения комму­ тационных перенапряжений на линиях и подстанциях (см. рис. 10.1).

398