4. Изоляция воздушных линий электропередачи и распределительных устройств

4.1. Общие сведения

Внешняя изоляция воздушных линий электропередачи и распределительных устройств (РУ) состоит из ряда чисто воздушных промежутков между проводами или шинами разных фаз и заземлен­ными конструкциями, а также воздушных промежутков вдоль по­верхностей изоляторов, на которых крепятся провода или шины. Кроме того, в РУ к ней относится внешняя изоляция оборудования, присоединенного к шинам подстанции.

Воздушные линии и РУ имеют и внутреннюю изоляцию. На ли­ниях ее составляет внутренняя изоляция линейных изоляторов, а в РУ — внутренняя изоляция различных изоляторов и высоко­вольтного оборудования: силовых и измерительных трансформато­ров, коммутационных аппаратов и т. д.

При использовании стандартного оборудования и изоляторов проектирование изоляции воздушных линий и РУ сводится к опре­делению необходимых изоляционных расстояний по воздуху и выбору изоляторов для крепления проводов или шин.

Изоляцию линий электропередачи в пролетах между опорами образуют воздушные промежутки провод — земля, провод — про­вод и провод— трос. Первый из них имеет минимальную длину в середине пролета и выбирается с учетом возможного сокращения изоляционного расстояния при проезде под линией транспорта. Расстояния между фазами определяются необходимой электриче­ской прочностью изоляции и требованиями безопасности при подъеме монтера на стойку опоры для проведения работ под напряжением. По условиям безопасности расстояния от проводов (или арматуры) до ближайших частей опоры должны быть, например, на линиях 330 кВ не менее 2,8 м, а на линиях 500 кВ — не менее 5,3 м. При этом должна быть еще учтена возможность отклонения гирлянд изоляторов под действием ветра.

Изоляция линий на опорах включает в себя, помимо изоляторов, ряд воздушных промежутков, число которых зависит от конструк­ции опор и определяется возможными путями развития разряда. Так, на металлических и железобетонных опорах может происхо­дить пробой воздушного промежутка между проводом и одним из элементов конструкции опоры или перекрытие гирлянды. Например, на опоре, приведенной на рис. 18, а, возможен пробой воздушного промежутка по пути а—б или перекрытие по пути а—а.

На линиях с деревянными опорами, кроме изоляторов, дополни­тельной изоляцией служат деревянные стойки и траверсы. При наличии грозозащитных тросов (рис. 18, б) может происходить либо перекрытие по пути а—а, включающем гирлянду изоляторов и часть траверсы, либо пробой воздушного промежутка по пути а—б между проводом и спуском, соединяющим трос с заземлителем. На дере­вянных опорах без тросов (рис. 18, б) может происходить перекры­тие между проводами разных фаз по пути а—в или пробой по пути а—г, который включает воздушный промежуток а—б и участок стойки опоры б—г.

Пути, по которым может произойти развитие разряда во внеш­ней изоляции РУ, определяются взаимным расположением шин и заземленных конструкций (порталов и т. д.), размещением и кон­структивными особенностями высоковольтного оборудования.

Рис. 18. Возможные пути перекрытия изоляции на промежуточных опорах оздушных линий.

а— металлическая опора портального типа с оттяжками линии 500 кВ; б — деревян­ная опора линии 110 кВ с тросами; в — деревянная опора линий 110 кВ без тросов.

На воздушных линиях и в РУ в настоящее время применяются фарфоровые и стеклянные изоля­торы нескольких типов. В последние годы большое внимание уде­ляется разработке траверс из изоляционных материалов, примене­ние которых позволит уменьшить габариты и стоимость опор воздушных линий электропередачи. Наиболее перспективными мате­риалами для этих целей считаются эпоксидные компаунды, арми­рованные для повышения механической прочности стекловолокном. Основная трудность состоит в создании компаундов с достаточно высокой трекингостойкостью. У нас в стране ведутся также разработки элементов опор из изоляционного бетона.

Как показывают расчеты, для воздушных линий и РУ экономически целесообразно допускать небольшое число аварийных отключений из-за перекрытия внешней изоляции при редких, особо неблаго­приятных условиях. Благодаря этому удается снизить требования к электрической прочности внешней изоляции, сократить изоля­ционные расстояния и стоимость сооружения линий и РУ. Вместе с тем средний ущерб от одного такого отключения получается относительно небольшим из-за способности внешней изоляции быстро восстанавливать свою электрическую прочность. Поэтому при малых числах аварийных отключений экономия от снижения требований к внешней изоляции оказывается больше, чем ущерб от аварийных отключений, вызванных перекрытиями изоляции. Снизить требования к электрической прочности внешней изоляции позволяют и средства, ограничивающие число и амплитуды перенапряжений, в частности средства молниезащиты, а также устройства, позволяющие быстро устранять дуговые замыкания, возникшие в результате перекрытия внешней изоляции (дугогасящие аппараты, АПВ). Таким образом, конкретные требования к электрической прочности внешней изоляции воздушных линий и РУ, а также допустимые числа аварийных отключений из-за перекрытия изоляции могут быть определены лишь на основании технико-экономических расчетов, учитывающих стоимость сооружения линий и РУ, затраты на средства ограничения перенапряжений и устранения дуговых замыканий, а также ущерба от аварийных отключений. В таких расче­тах используются статистические методы, которые учитывают слу­чайный характер изменения метеорологических условий, появления перенапряжений, а также процессов пере­хода перекрытия внешней изоляции в ус­тойчивое замыкание.

При проектировании воздушных линий 330 кВ и более высоких классов напряже­ния считается допустимым 0,1—0,2 отклю­чения на 100 км линии в год; для линий более низкого напряжения допускается большее число отключений.

К внешней изоляции РУ предъявляют­ся более высокие требования в отношении надежности, так как при аварийном от­ключении шин подстанции ущерб значительно больше, чем при отключении линии. Вместе с тем внешняя изоляция РУ рабо­тает в условиях более благоприятных, нежели изоляция линий: относительно не­большая площадь РУ надежно защищается от прямых ударов молнии, амплитуды волн грозовых перенапряжений, приходящих с воздушных линий, ограничиваются вентильными разрядниками. Последние устанавливаются для защиты внутренней изоляции наиболее дорогостоящего оборудования — силовых трансформаторов, реакторов и т. д., но защищают и внеш­нюю изоляцию РУ. В случае закрытых РУ, когда ошиновка и высоковольтное оборудование размещаются в специальных поме­щениях, исключается возможность сильного загрязнения и увлажнения поверхностей изоляторов.

Лекция 6.