Тақырыбы: Электрлік тізбектердегі асқын кернеулік (перенапряжение в электрических сетях)

Жоспары:

1. Асқын кернеуліктің жалпы сипаттамасы.

2. Квазистиционарлық асқын кернеуліктер.

3. Қорғаныс іс-шараларының негізгі сипаттамасы.

4. Изоляцияны градирлеу.

Асқын кернеуліктің жалпы сипаттамасы

Асқын кернеулік(перенапряжение деп ең үлкен жұмысшы кернеудің амплитудаларынан асып кеткен барлық кернеулерді атайды. Асқын кернеуліктің ұзақтығы бір микросекундтан бірнеше сағатка дейін болуы мүмкін. Асқын кернеуліктің изоляцияға әсері оның тесілуіне алып келуі мүмкін.

Асқын кернеуліктің негізгі сипаттамаларына келесілерді (олар әдепте кездейсоқ шамалар болып табылады) жатқызуға болады:

• максимальды мән;

• асқын кернеуліктің максимальды мәнінің ең үлкен рұқсат етілген жұмысшы кернеудің амплитудасына қатынасына тең болатын асқын кернеуліктің қыскалығы;

• асқын кернеуліктің өсу уақыты;

• асқын кернеуліктің ұзақтығы;

• асқын кернеуліктегі импульстер саны;

• тізбектің қамтылу кеңдігі;

• асқын кернеулік кайталанғыштығы.

Ең үлкен жұмысшы кернеу (сызықтық) Uжұм ең үлкен=Kр Uном қатынасымен анықталады, мұндағы Kр коэффициентінің мәнін келесі мәндерге тең етіп алады.

Кернеу класы Uном, кВ	3-20	35-220	330	500-1150
kp	1,2	1,15	1,10	1,05

ГОСТ 13109-97 «Жалпыға арналған электрмен жабдықтау жүйелеріндегі электр энергиясының сапасының нормалары» құжатында асқын кернеулікке қосымша анықтама берілген.

• кернеу импульсі - элеткрлік тізбек нүктесіндегі кернеудің күрт өзгеруі, одан кейін кернеу мәні бастапқы мәнге немесе соган жақын деңгейге бірнеше милисекундка дейінгі уақыт аралыгында қайта калпына келеді;

• уақытына асқын кернеулік - электрлік тізбек нүктесіндегі кернеудің 1,1 Uном-нан ұзақтығы 10 мс-тан артық уақыт бойы жоғары артуы, ол электрмен жабдықтау жүйелеріндегі коммутация немесе кысқа тұйықталу кездерінде туындайды;

• уақытша асқын кернеулік коэффициенті - уақытша асқын кернеулік бар болған уақыттағы кернеудің амплитудалық мәндерінің максимал мәнінің тізбектің номинальды кернеуінің амплитудасына катынасына тең шама.

Кернеуді ауытқыту үшін ГОСТ 13109-97 кернеудің орын алған ауыткуларының қалыпты рұксат етілген және шектік рұқсат етілген мәндерін анықтайды. Олар электр энергиясының қабылдағыштарының шығысында электрлік тізбектің номинальды кернеуінің сәйкесінше ±5 және ±10%-ін құрайды.

Қолданылу орнына қарай асқын кернеулікті былай бөледі:

• фазалық асқын кернеулік;

• фаза аралық асқын кернеулік;

• фаза ішілік асқын кернеулік, мысалы трансформатордың катушка орамдары арасындағы, нейтрапь мен жер арасындағы;

• коммутациялық аппараттардың контактілері арасындағы асқын кернеулік.

Пайда болу себептері бойынша асқын кернеулік келесі топтарға бөлінеді:

• найзағай разрядтарынан (атмосфералық асқын кернеулік) және сыртқы көздерден туындайтын сырткы асқын кернеуліктер;

• электрлік тізбектің резонанстық құбылыстары, апаттары және элементтерінің коммутациясы кезінде туындайтын ішкі асқын кернеуліктер;

Жоғарғы вольтты тізбектерде сыртқы асқын кернеуліктердің шығуының негізгі көзі найзағай разрядтары болып табылады. Бұлардың ішіндегі қондырғыға найзағайдың тура соққысы (НТС) ең кауіпті, ол кезде жерге жалғанған қондырғылардың өзінде үлкен потенциалдар пайда болады. Индуктирленген асқын кернеуліктер найзағай каналының электрлік тізбектің ток өткізетін және жерге жалғанған бөліктерімен индуктивті және сыймайды байланысуы нәтижесінде туындайды. Индуктивті асқын кернеуліктердің шамасы найзағайдың тура соққысы кезіндегіден төмендеу, бірақ олар тізбекке жақын жерге найзағай сокқысы түскен кезде 35 кВ-қа дейінғі тізбектер үшін қауіпті.

Асқын кернеулік импульстері пайда болған орыннан айтарлықтай қашықтықка таралады. Зуылдаған толкындар электрлік беріктігі сызықтық изоляциядан төмен болтын подстанциялардың электрліқондырғыларына қауіп тудыруы мүмкін.

Ұзақтығы және туындау себептері бойынша ішкі асқын кернеуліктер квазистационарлық және коммутациялық болып бөлінеді.

Квазистиционарлық асқын кернеуліктер уақытын секундтық бірлігінен ондаған минутқа дейін созылады және олар өз кезегінде режимдік, резонанстық, феррорезонанстық және параметрлік болып бөлінеді. Режимдік асқын кернеуліктер жермен болатын симметриялық емес қысқа тұйықталулар кезінде , сонымен қатар жүктеменің күрт түсуі кезіндегі генератордың разгоны кезінде пайда болады. Резонанстық асқын кернеуліктер электрлік тізбектерде, жерлерде (желінің бір жақты қоректенуі кезінде) реакторлар болған жағдайда туындайтын резонанстық эффектілер кезінде орын алады. Феррорезонанстық асқын кернеуліктер қаныққан магниттіөткізгіштері бар катушкалы тізбектерде пайда болады. Ол 50 Гц жиіліктерде де, сонымен қатар жоғарғы гармониктерде және субгармониктерде де болуы мүмкін. Феррорезонанстың ерекшелігі резонанс режиміне секіріс түріндегі кіріс (триггер эффектісі) болып табылады.

Коммутациялық асқын кернеуліктер тізбектің жүмыс істеу режимінің сыйымды және индуктивті элементтерінде жиналған энергияның есебінен жылдам өзгеруі (коммутациялық аппараттардың жүмысы кезінде, кыска тұйықталулар және басқа режимнің күрт өзгеруі кезінде) және ауыспалы процестері кезінде пайда болады. Мұндай асқын кернеуліктер коммутациялық желілерде, индуктивті элементтерде, конденсаторлық батареяларда жиі орын алады.

Қорғаныс іс-шараларының негізгі сипаттамасы

Аскын кернеуліктерден қорғау бойынша жүргізілетін барлық іс-шаралар екі топқа бөлінеді:

• аскын кернеулікті төмендетудің превентивтік іс-шаралары;

• қондырғыларды коммутациялық қорғағыш құралдар көмегімен қорғау.

Превентивтік іс-шаралар - бұл асқын кернеуліктердің туындауының алдын-алу немесе олардың туындау орындарындағы шамаларын шектеу. Мұндай іс-шараларға келесі іс-шаралар жатады:

• шунтирлейтін резисторлы ажыратқыштарды қолдану;

• контактілер арасындағы доғалардың кайталанып жануы болмайтын ажыратқыштарды қолдану;

• найзағайдан қорғайтын тростарды және найзағайды бұрып жібергіштерді (молниеотводтарды) қолдану;

• электртасымалдағыш желілердің опораларын жерге қосу;

• трансформаторлар мен реакторлардың орамдарының изоляцияларын сыйымды қорғау (емқостная защита);

• асқын кернеуліктерді төмендету үшін сыйымды элементтерді қолдану.

Асқын кернеуліктен қорғаудың коммутациялық құралдарының қорғаушы тізбегін жерге тұйықтағышпен асқын кернеулік олардың орнатылған нүктесінде кандай да бір критикалық шамадан артық болған жағдайда жалғайды. Мұндай құралдарга разрядниктер, ұшқындық

(искровым) қосылысты шунтирлегіш реакторлар және асқын кернеулікті сызықтық емес шектегіштер жатады.

Қорғау сенімділігі айтарлықтай денгейде ауадағы желілердің опоралардың және подстанциялардағы қондырғылардың металл корпустарының жерге тұйықталу жағдайымен анықталады. Жерге тұйықтау және одан тыс аскын кернеуліктен қорғау шаралары жоғарғы кернеулі тізбектердің негізгі элементі болып табылады. Жерге тұйықтаудың негізгі үш типі бар:

• жұмысшы жерге тұйықтау (рабочее заземление), ол тізбектің калыпты және апатты режимдеріндегі кернеу мен токтын кажетті таралуын жасау үшін қолданыпады;

• қоргаушы жерге тұйықтау (защитное заземление) ол изоляцияның зақымдануы немесе құбылыстары салдарлары кезінде қондырғы корпустарында пайда болатын аскын кернеуліктен персоналды қорғау кызметін аткарады;

• найзағайдан қорғаушы жерге түйықтау (грозазащитное заземление), ол сыртқы асқын кернеуліктерден қорғауға арналған.

Разрядниктерді, найзағайды бұрып жібергіштерді(молниеотводтарды) және тростарды жерге тұйықтау изоляциялардың найзағайлық разрядтар кезінде капталу ықтималдылықтарын азайтуға жағдай жасайды. Жұмысшы, қорғаушы және найзағайдан қорғаушы жерге тұйықтаудың кызметін көбінесе бір қондырғыға орнатады.

Жерге тұйықтайтын қондырғының негізгі сипаттамасы оның кедергісі болып табылады. Ол жерге тұйықтағыш арқылы ағып кететін токқа зажимдегі потенциалдың катынасы ретінде анықталады. Потенциал жердің жойылған нүктесіне қатынасы бойынша анықталады. Жерге тұйықтағыштың кедергісі жердің меншікті кедергісінің конструкциясы мен көлеміне, сонымен қатар оның бойымен ағып түсетін токтың формасы мен көлеміне байланысты болады. Кедергілерді 50Гц жиіліктегі және найзағайлық импулстардағы деп бөледі. Жерге тұйықтағыштың импулстік кедергісін импулстік ток өткен кезде, стандарттық найзағайлық импулспен сэйкес келетін формасы бойынша анықтайды.

Жерге тұйықтағыштың 50 Гц жиіліктегі кедергісі және импульстік кедергіні Ки жерге тұйықтағыштың импульстік коэффициентімен: au : Ru = au R - байланыстырады. Жерге тұйықтағыштың бойымен үлкен токтың оның металл боліктеріне жақын ағып түсуі кезінде токтың тығыздығы 8 да, электрлік өрістің кернеулігі Е=6рэ де үлкен болады, ондағы рэ - жердің меншікті кедергісі. Бұл аймақта иондалуы орнындағы төмендеуімен қатар грунттың локальды иондалуы жүреді, ол импульстік кедергінің және

au < 1 төмендеуіне алып келеді.

Импульстік токтар кезіндегі жерге тұйықтағыштардың үлкен аралықка (ондаған метр)созылуы кезінде оның индуктивтілігінін эсері байкалады және аu > 1 болуы мүмкін. Бұл эффект 1-суреттегі жерге тұйықтағыштын ауыстырылуының сызбасында көрсетіледі.

1-сурет. Созылған жерге тұйықтағыштың ауыстырылу сызбасы.

Топырақтағы сыйымды токтар бірнеше микросекундтық фронтты импульстер кезінде жердің меншікті кедергісі 1000 Ом/м-ден төмен кезінде өткізгіштіктін токтарынан айтарлықтай аз болады, сондықтан 12.1-суреттегі сызбада сыйымды элементтер көрсетілмеген. Егер импулстің фронтының уақыты 3...5 мкс кезінде жерге тұйықтағыштың ұзындығы 10 м-ден асатын болса, онда мұндай жерге тұйықтағыш созылған болып шығады. Бұл жағдайда импульстің фронтында жерге тұйықгағыштың кіріске ең жақын бөлігі ғана қосылады, және тек ток толқынының кұлаған жерінде ғана жерге тұйықгағыштың алынып тасталған бөліктері қосылады.

Найзағайдың іс әрекетінің сипаттамасы және найзағайдың параметрлері

Атмосфералық асқын кернеуліктерді болжау және қорғау кұралдарын негізді таңдау үшін мына екі бағыттағы ақпарат болуы керек:

• қорғалатын қондырғыға немесе оған жақын жерге түсетін найзағайдың разрядтарының ықтимал мөлшері туралы;

• найзағай разрядтарындағы токтар туралы.

Бірінші мәселе көпжылдық метеорологиялық бақылаулардың анализі және найзағайлық іс-эрекеттің орташа сипаттамаларын қолдану арқылы шешіледі. Екінші мәселе найзағайдың разрядтарындағы токтарды тікелей өлшеудің қиындығына байланысты одан күрделірек, дегенмен бұл бағыттағы көптеген зерттеулер найзағайдың разрядтарының параметрлері бойынша қолдануға болатын статистикалық мәліметтерді алуға мүмкіндік берді.

Найзағай бұлт пен жер (жердегі разрядтар) немесе екі зарядталған аймақтар (бұлттар арасындағы және бұлттар ішіндегі разрядтар) арасындағы көлемді заряд аралыгындағы электрлік разрядтан пайда болады. Найзағайлар ауадағы жоғары көтерілетін күшті ағындардың және олардағы су буларының қаркынды конденсаңиялануынан жүзеге асатын, бұлттардағы электрлік зарядтардың шоғырлануы және бөлінуі процесінің алдында болады. Жоғары көтерілетін ағындар ауаның жердегі кабаттарының ысып, бұндаи салкын қабаттардан жеңілдеуінің нәтижесінде пайда болады. Жоғары көтерілетін ағында ауа салкындайды да, белгілі бір биіктікте оның температурасы қанықкан су буын түзілетін мәнге жетеді. Конденсация жылудың бөлініп шығуымен қатар жүреді. Ал бұл ауадағы ағынның ары қарай шашамен 6-8 км биіктікке дейін көтерілуіне және қуатты топталған бұлттың түзілуіне ықпап етеді.

Найзағайлық бұлттың дамуын үш сипатты сатыларға бөледі:

• бұлттың өсуінің туындауы (10-15 мин);

• қарқынды тұнбалы жетілген саты, онымен бірге суық қаныққан ағындардың төмен карай бағытталуы және желдің бірден күшеюі қатар жүреді (15-30 мин);

• жоғары көтерілетін және төмен түсетін ауа ағындарының тоқтауы және жауынның ақырындап түсе бастауы кезіндегі бұлттың ыдырауы (30 минут шамасында).

Жалпы найзағайлық іс-әрекет жеке найзағайлық ұяшықтардың қатарындағы процестермен анықталады. Суық атмосфералық фронттың ауаның температурасының күрт төмендеуімен бірге өтуі кезінде мұндай процестер бірнеше сағатқа дейін созылуы мүмкін.

Найзағайлық бұлттың электрленуінің бастапқы жүру механизмі жақсы ауа-райы кезіндегі жер-ионосфера конденсаторының 100 В/м-ге жуық кернеумен зарядталуынан (2-сурет) атмосферада электрлік өрістің пайда болуынан басталады деп саналады.

2-сурет. Жақсы ауа-райы кезіндегі атмосферадағы электрлік өріс

Атмосфераның электрлік өрісіндегі бұлттағы су тамшылары оң зарядтары төменінде орналаскан электрлік дипольдерге айналады. Төменге түсіп бара жаткан тамшылар оң иондарды теуіп, теріс иондарды тартып алады да теріс зарядтардың артық мөлшеріне ие болады; осыған ұқсас жоғары қарай қозғалып бара жатқан тамшылар оң зарядқа ие болады. Жоғарыға қозғалып бара жатқан тамшылар 0°С-тан төмен температурада қатады (күрт салкындау кезіндегі қату -18°С-ке жуық температура кезінде болады.). Күрт қату кезінде тамшы шашырайды да майда мұзшаларға айналады. Олар оң зарядты 10-12 км биіктікке алып кетеді. Нәтижесінде найзағайлық бұлт заряды орташа 25 Кл дипольге айналады. Теріс зарядтың орталығы жерден шамамен 5 км-ге жуық биіктікте орналасады (3-сурет) және жер бетіндегі найзағайлардың үлкен бөлігі (шамамен 90%-і) жерге теріс заряд алып келеді де, жер-ионосфера конденсаторын зарядтайды. Жердің орташа еніндегі жерге түсетін разрядтар барлық найзағайлардың 30...40%-ін құрайды, ал қалған разрядтар - бұлттар аралық және бұлтішілік болып саналады.

Найзағайдың разрядталуының алдында теріс зарядтың орталық бөлігінің потенциалы 50... 100 МВ-ты кұрайды және бұлттар астындағы орташа кернеулік үлкен емес, бар болганы 100...200 В/см болады, дегенмен зарядтың орталығына жақын жердегі өріс кернеулігі 20...24 кВ/см-ге жетеді, бұл шама ионизацияның басталуы үшін жеткілікті. Найзағайдың жер бетіндегі разрядының күшеюі әдетте бұлттан басталады, бұл кездегі каналдың тармақтары төмен бағытталады. Жоғары көтерілетін найзағайлар тек өте биік объектілерде немесе таулы аймақтарға байқалады.

3-сурет. Найзағайлық бұлтта зарядталған аймақтардың түзілуі

Найзағайдың разрядталуы бірнеше сатыдан тұрады. Бастапқыда теріс заряд орталығынан жерге қарай бағыт бойынша ионизация-баспалдақгы лидер каналы секірістермен-баспалдақтармен дами бастайды. Баспалдақты лидердін орташа қозғалу жылдамдығы 150...300 км/с-ты кұрайды. Лидердін жерге немесе жоғары орналаскан объектіге жақындауы кезінде соңғысынан биіктігі шамамен 10 м немесе одан биік болатын қарсы лидер дами бастайды. Осы екі лидердің қосылуынан ток ондаған және жүздеген килоампер мәнге дейін күрт жоғарылайды, ионизация каналы катты қызады және жарық жылдамдығына ие 0,05..0,5 с жылдамдықпен үлкен тоқты аймаққа кері бұлттарға карай таралады. Бұл саты басты разряд немесе кері соққы деп аталады. Басты разряд жерге лидердің каналынан және оның кабығынан зарядты 20-дан 200 мкс-ка дейінгі уақыт ішінде алып келеді. Басты разряд каналындағы тоқтың өсу уақыты 5... 10 мкс-ты кұрайды. Найзағайдың бір соқысындағы мұндай басты разрядтар бірнеше болады, орташа екі немесе үшеу болады, ал найзағайдың соққысының жалпы ұзақтығы секундтың оннан бір бөліктерін (орташа 0,3 с) құрайды. Бұдан кейінгі басты разрядтардың фронт ұзақтығы 1 мкс болады. Басты разрядтар арасында уақыт бойынша әлсіз өзгеретін шамасы жүздеген ампер болатын токтар өтуі мүмкін, олар найзағайдың қозғалып жүрген зарядтарының негізгі үлесін кұрайды.

Найзагай соққысының қауіптілік деңгейі ең алдымен каналдагы токтың Ім максималды мәнімен анықталады. Индуктивті элементтердегі кернеудің түсу шамасы және инудктивтелген асқын кернеуліктердің шамасы

Найзағайдың толкын фронтындағы токтың өсу жылдамдығына тәуелді болады. Бұл тоқтың ең маңызды параметрлері, бұдан басқа интегралы металл бөліктердің қызуын анықтайды, металл бөліктердің доғамен балқуы одан өткен зарядтың шамасына тәуелді болады. Басты разрядты тоқтың амплитудасы іс жүзінде соққы болған жердегі жерге тұйықтаудың кедергісіне байланысты еместігі анықталды, сондықтан найзағайды ток көзі деп есептеуге болады.

Жуықтап есептеулер кезінде орташа Ім және а таралу мәндері қолданылады. Бұл кезде олардың бірінші және одан кейінгі импульстарындагы айырмашылық ескерілмейді:

• найзағай соқысындағы тоқтың амплитудасы килоампермен берілген Ім мәнінен жоғары болу ықтималдылығы (бұл жол ықтималдылықты анықтаудың карапайым жолына карағанда іс жүзінде ыңғайлырақ);

• берілген мәнді токтың айналмамен (крутизной тока) арту ықтималдылығы.

Тоқтың амплитудасы мен айналмасының арасында әлсіз оң байланыс болады, дегенмен есептеулер кезінде оларды әдетте статистикалық тәуелсіз шамалар деп қарастырады. Таулы аймақтарда дәл осы ықтималдылықтар кезінде Ім және а шамасы екі есе аз болады.

Қорғалатын объектіге найзағайдың неше рет соққы беретінін болжау үшін найзағайлық іс-әрекеттін қарқындылығының метеорологиялық сипаттамасын қолданады - берілген өңірдегі бір жылда болған найзағайлардың сағаттарының саны Тr - және жердің 1 км2 бетіне 100 найзағай сағатында түскен найзағайдың соққыларының орташа саны, ол мынаған тең болады Иркутскіде Тr=30 сағат; жердің геофафиялық кендігі артуымен Тr кемиді.

немесе биіктігі Н найзағайды бұрып жібергіші бар ашық тараткыш қондырғыларда А және В объектісінін горизонтальды өлшемінің 3,5Н-ға

барлық жағынан артуымен жыл бойына есептеледі:

Электртасымалдағыш желілер үшін 100 найзағайсағаты кезіндегі 100 км ұзындыққа түскен найзағайдың тура соққыларының санына тең меншікті көрсеткіш N_НТС қолданылады. Желі екі жагынан да 3һ_орт қашықтықтан разрядтарды жинайды деп есептеледі:

Өткізгіштің ілінуінің орташа биіктігі (средняя высота подвеса провода) һ_орт,м демеуіштегі жоғарғы өткізгіштің немесе тростың биіктігі һ_оп,м және өткізгіштің жүргізілу бағдарлағышы / арқылы келесі жолмен анықталады:

Егер желі I, км ұзындыққа ие болса және өңірде бір жылдағы Тr найзағай сағат санымен орналасса, онда бір жылда желіге түсетін найзағайдың тура соққыларының күтілетін санын N_НТС келесі формула бойынша анықтауға болады:

Ұзақ және қысқа мерзімді электрлік беріктік.

Инженерлік іс-тәжірибе үшін U_тес=тәуелділігінің барлығы бірдей емес, эксплуатацияда шынайы мүмкін электрлік әсерлерге сәйкес келетін бөліктері ғана қызығушылық тудырады.

Осыған орай ішкі изоляция үшін оны мынаған бөледі:

1) стандартты найзағайлық импульс кезіндегі қысқа мерзімді электрлік беріктік;

2) ішкі асқын кернеулердің әсері кезіндегі қысқа мерзімді электрлік беріктік (нормирленген формадағы коммутациялық импульстердің әсері кезіндегі немесе 50 Гц жиілікті кернеудің бір минуттық қосылуы кезінде)

3) ұзақ электрлік беріктік, бұл конструкцияның қызмет ету мерзіміне тең уақыт бойына жұмысшы кернеудің үздіксіз әсері кезіндегі электрлік беріктік.

Ішкі изоляцияның электрлік беріктігі барлық мерзімдердер кезінде эксплуатацияда болуы мүмкін шамадан жоғары болуы тиіс.

Изоляцияның тозуы.

Эксплуатация процесінде изоляцияға электрлік, механикалық және жылулық жүктемелер әсер етеді. Бұлар изоляциялық кедергіні төмендетіп, диэлектрлік шығындарды өсіріп, электрлік беріктікті төмендете отырып, оның қасиеттерінің ақырындап нашарлауына алып келеді. Қасиеттердің нашарлау процесін изоляцияның тозуы деп атайды. Бұл өзгерістер қайтымсыз болады және ол изоляциялық конструкцияның қызмет ету мерзімін шектеуге апарып соғатын - изоляцияның тесілуімен аяқталады.

Изоляцияға әсерлердің төрт түрін және изоляцияның тозуының төрт процесін бөліп көрсетуге болады:

1) электрлік жүктемелер, олар электрлік өрістің үлкен кернеуленуі кезінде ионизациялануымен байланысты — изоляцияның электрлік тозуы;

2) жылулық жүктемелер, олар изоляцияда сызаттардың пайда болуы немесе ақырындап ыдырауына апарып соғатын - изоляцияның жылулық тозуы;

3) механикалық жүктемелер, олар қатты изоляцияда сызаттардың пайда болуы және үлкеюіне байланысты болатын - механикалық тозу;

4) қоршаған ортадан ылғалдың кіруі - изоляцияның ылғалдануы.

Қатты изоляцияның электрлік тозуы изоляцияның қалыңдығында разрядтық процестердің пайда болуынан болады. Ішкі изоляцияның электрлік тозуының негізгі себебі бірен-саран разрядтар, яғни изоляциялық аралықтың бір бөлігіне ғана таралатын, изоляциядағы разрядтық процестер болып табылады. Олар изоляцияның әлсіреген , яғни өрістің кернеуі күрт артатын орындарында пайда болады. Газды қоспалардағы бірен-саран разрядтар ең үлкен қауіп тудырады, өйткені олар қатты изоляцияның сұйық немесе қатты құрам бөліктеріндегі разрядтарға қарағанда төмендеу кернеулер кезінде туындайды. Соңғы жағдай газды аралықтың төмен диэлектрлік өтімділігіне және сәйкесінше ондағы электрлік өрістің үлкен кернеулігіне, сондай-ақ қатты немесе сұйық изоляциямен салыстырғанда газдың төмен электрлік беріктігіне байланысты.

Бірен-сарандаған разрядтардың күшею заңдылығын 4-суретте бейнеленген орын басу сызбасымен көрсетуге болады, ол жерде қатты изоляциядағы газды көпіршік және изоляцияның орын басу сызбасы бейнеленген.

4-сурет. Газды қоспалардағы бірен-сараңдаған разрядтардың күшею сызбасы

4-суреттегі Св - газды қоспаның сыйымдылығы, Cm - газды кірістіруден соң қосылған изоляция бөлігінің сыйымдылығы, Са - изоляцияның қалған массивінің сыйымдылығы.

Изоляцияға айнымалы кернеуді берген кезде ауаны кірістіруде де уақыт бойынша өзгеретін кернеу болады:

Бұл кернеу U_в-тесс газды кірістірудің тесілу кернеуіне жеткен кезде газды кірістірудің тесілуі байқалады, ол кезде оның бетіндегі кернеу тесілу кернеуінен төмен болатын, өшу кернеуіне U_в-ө дейін төмендейді.

Бұдан кейін егер барлық изоляциядағы кернеу өсе беретін болса, онда газды кірістірудің бетінде де кернеу қайта өсе бастайды және жаңа тесілу болуы мүмкін, яғни газды кірістірудегі аралықтарда көп реттік тесілулер орын алады. Кернеулердің уақытқа тәуелділігінің график түріндегі кескіні 5-суретте көрсетілген.

Бірен-сарандық разрядтармен күресудің тиімді құралы изоляцияны сіңдіру болып табылады. Ауаны өтімділігі >1 сұйық диэлектрикпен алмастыру ауалық кірістірудегі кернеуді төмендете отырып С_в сыйымдылығын арттырады.; сонымен қатар сұйық диэлектриктің электрлік беріктігі газдың электрлік беріктігінен айтарлықтай көп болады.

5-сурет. Бірен-сарандық разрядтар кезіндегі кернеулердің уақытқа тәуелділігі

Ішкі изоляцияның жылулық тозуы изоляцияның жұмыс температуралары кезіндегі, әдетте 60°С - 130°С аралығында жүретін түрлі химиялық реакциялардың жылдамдауы есебінен болады. Химиялық реакциялар материалдардың құрылымы мен қасиеттерінің ақырындап өзгеруі мен жалпы изоляцияның нашарлауына алып келеді.

Қатты изоляция үшін жылулық тозу процесіндегі механикалық беріктіктің ақырындап төмендеуі көбірек тән, ол изоляцияның механикалық күш түсуінің әсерінен зақымданып, сонан соң тесілуіне алып келеді. Сұйық диэлектриктердегі ыдырау өнімдері изоляцияны ластайды және оның электрлік беріктігін төмендетеді. Органикалық изоляция үшін температураның 10°С-қа артуы изоляцияның қызмет ету мерзімін екі есеге қысқартады; күштік трансформаторлардағы күрделі изоляцияларда жылулық тозу процесі бұдан да жылдамырақ жүреді.

Изоляцияның тозуы қатты изоляцияға механикалық күш түскен кезде де байқалады. Тозудың бұл түрінің орын алуы кернеуленген материалда локальды микроақаулардың ретімен қозғалысының туындауына және осының салдарынан микросызаттардың түзілетіндігіне және олардың шамасының ақырындап ұлғаюына негізделген. Микросызаттардағы күшті электрлік өрістердің әсерінен изоляцияның бұлінуін жылдамдататын бірен-сарандық разрядтар пайда болады.

Изоляцияны ылғалдандыру изоляцияның тозуының бір түрі ретінде қарастырыла алады. Ылғал изоляцияға негізінен қоршаған ортадан кіреді. Бұл кезде изоляцияның қоысша ысуына байланысты изоляцияның кедергісі төмендейді, диэлектрлік шығындар артады және изоляцияның жылулық тозуы жылдамдайды.

Ылғалдандыру - негізінен қайтымды процесс, изоляциядағы ылғал келтіру арқылы жойыла алады. Дегенмен ірігабаритті конструкцияларды келтіру қондырғыда қолданыстан біраз уақытқа шығара тұруды талап етеді, ал бірқатар жағдайларда изоляциядан ылғалды шығарып тастау қиын немесе мүмкін емес, мысалы, қағаздық-майлы кабельдердің, кірістірмелердің және басқа құрылғылардың изоляциясын келтіру мүмкін емес.

Ылғалдандыруды азайту үшін конструкцияны герметизациялауды, ауамен кептіргіштерді, иілгіш диафрагмаларды және басқа әдістерді қолданады.

Электрлік өрісті реттеу.

Электрлік өрістерді реттеудін мақсаты изоляцияның қолданылу тиімділігін арттыру болып табылады. Изоляцияны сенімді эксплуатациялау үшін өрістердің максимальді кернеуліктері рұқсат етілген мәннен асып кетпеуі тиіс, яғни Ешах ≤ Ерұқ.ет. Егер Emax-ты электрлік өрістің әркелкілік коэффициенті Кн және өрістің орташа кернеулігін Еорт = U/d(U - жұмысшы кернеу, d - изоляция қалыңдығы) арқылы белгілесек, онда мынаны аламыз

немесе

Яғни, берілген Ерұқ.ет. мәнінде изоляцияның қажетті қалыңдығы өрістің әркелкілік коэффициентіне пропорционалды болады. Басқа сөзбен айтқанда, изоляцияның қалыңдығы егер өріс біртекті болса минимальды болады. Сондықтан электрлік өрістерді реттеудің негізгі міндеті әркелкілік коэффициентін төмендету болып табылады.

Электрлік өрісті реттеу градирлеу, конденсаторлық обкладкалар немесе жартылай өткізгіш жабындар көмегімен жүзеге асырылады.

Изоляцияны градирлеу.

Изоляцияны градирлеу қағаздық-майлы изоляциялы конструкциялардағы электрлік өрісті реттеу әдістерінің бірі болып табылады. Ол диэлектрлік өтімділігі әртүрлі материалдардың комбинациясының көмегімен жүзеге асырылады. Бұл әдіс кабельдік изоляцияда кеңінен қолданылады.

Радиусы r₁ болатын ток өткізгіші бар біржелілі кабельдің изоляциясын қарастырайық. Біртекті диэлектрикті қолдану кезіндегі өрістің кернеулігінің радиальді бағытта таралуы 6а-суреттегі 1-қисықпен сипаттала алады. Егер де диэлектрлік өтімділіктері r₁ және r₂ (r₁ ► r₂) болатын екі изоляциялық материалды қолданар болсақ, онда өрістің кернеуліктерінің таралуы 2-қисыққа сәйкес келетін болады.

Изоляцияны градирлеу кезіндегі өрістің әркелкілік коэффициенті біртипті изоляцияныкінен төмендеу болады, сондықтан градирленген изоляцияның қалыңдығы берілген Ер.е. мәнінде төменірек болады.

6а-сурет. Электрлік өрісті изоляцияны градирлеу көмегімен реттеу:

а – изоляция сызбасы: Э – электрод, Д – диэлектрик;

б – кернеуліктің радиальді бағыт бойынша таралуы:

1 – градирленбеген изоляциядағы;

2 – градирленген изоляциядағы

Кабельдерді қағаздық-майлы изоляциямен градирлеу қағаздың түрлі сорттарының көмегімен жүзеге асырылады. Әдетте градирлеу екі қабатта орындалады, ол кезде ішкі қабат тығызырақ қағазбен оралады. Бұдан көбірек қабаттарда градирлеу сирек және аса жоғарғы кернеулі кабельдерде қолданылады, мысалы номинальды кернеуі 500 кВ болатын кабельдерде 3-5 қабат қолданылады.

Конденсаторлық обкладкаларды қолдану.

Конструкциялардағы электрлік өрісті қағаздық-майлы изоляциямен реттеу конденсаторлық обкладкалар деп аталатын заттың көмегімен жүзеге асырылады. Олардың қосымша металл фольгадан жасалған электродтары болады, бұл электродтар негізгі электродтардың арасындағы қалыңдықта орналасады. Нәтижесінде бір-бірімен тізбектеліп жалғанған конденсаторлардың шынжыры пайда болады, олардың сыйымдылықтар айнымалы кернеу (немесе обкладкалар арасындағы изоляцияның тұрақты кернеу кезіндегі кедергісі) кезіндегі изоляциядағы кернеудің таралуын анықтайды.

Конденсаторлық обкладкалардың көлемін, санын және өзара орналасуын өзгерту арқылы тізбектеле жалғанған конденсаторлардың сыйымдылықтарын өзгертуге болады, осы арқылы кернеудің таралу сипатын да реттеуге болады.

Конденсаторлық обкладкалар былай орналасқан болуы мүмкін: негізгі изоляция облысында электродтар арасында, өрісті радиальді әрі осьті бағыттарда реттеп отыру үшін (6-сурет), сонымен қатар электродтардың шеттері арасындағы облыстарда олардың арасындағы электрлік өрісті түзету үшін.

Обкладкалардың жеткілікті үлкен мөлшері қолданылған кезде олардың аралығы жақын болады (2-4 мм), сондықтан әрбір қабат шегіндегі өрістің максимальді және минимальді кернеуліктері арасындағы айырмашылық елеусіз болады және осылайша, радиальді бағыттағы өрістің кернеулігі іс-жүзінде тұрақты болады. Бұл изоляциялық конструкцияның диаметрін айтарлықтай азайтуға мүмкіндік береді.

Жартылай өткізгіш жабындардың қолданылуы.

Электродтардың бірінің сүйір шетінің өрісін әлсірету үшін жартылай өткізгіш жабын қолданылатын конструкцияның сызбасы 7-суретте көрсетілген. Бұл конструкциядағы жабын ұзындығы ln болатын, меншікті беттік кедергісі аймақ түзеді. Бұл жердегі- жабыны жоқ изоляцияның меншікті беттік кедергісі.

7-сурет. Жартылай өткізгіш жабынды қолдану

болғандықтан, Е_A кернеулігінің құрамдас бөлігі изоляция бетінің ен бойындағы А нүктесінде төмендейді. Бірақ жабынның соңында (В нүктесінде) күртбіркелкі емес өрісті жаңа аймақ түзіледі. Дегенмен жартылай өткізгіш жабынның бойымен ағып өтетін сыйымды тоқтар жабыннын ен бойындағы кернеудін жоғалуына алып келеді. Сондықтан В нүктесіндегі Е_в кернеулігі жартылай өткізгіш жабын болмаған жағдайда А нүктесіндегі Е_АО кернеулігіне қарағанда төмендеу болып шығады. жәнемәндерін таңдап алу арқылы Е_А және Е_В кернеуліктерін рұқсат етілген деңгейге дейін төмендетуге қол жеткізуге болады.

Жартылай өткізгіш жабындар негізінен ірі айналмалы машиналардың статорлық орамдарындағы (статордың паздарынан өзектердің шығатын орындарындағы) шеттік эффектіні әлсірету үшін қолданылады.

Электрлік өрісті реттеудің бұл әдісінің кемшілігі реттеудің эффектісі жиілікке тәуелді болатындығында. Сондықтан ол жұмысшы кернеу және қысқамерзімді асқынкернеулер әсер еткен кездерде әр түрлі болады.

Ашық және жабық таратқыш жабдықтардың изоляциясы.

Жоғарғы кернеу енгізілетін орындарды изоляциялау.

Жоғарғы кернеуді өткізгіш изоляторлар басқаша вводтар деп аталады. Оларда электрлік өрістің үлкен кернеуі бар электродтар қолайсыз орналастырылады. Электрлік өрістің ең үлкен кернеуі изолятордың фланецінің шетінде байқалады (8-сурет), ол жерде изолятордың беті бойынша қалыпты электрлік өріс кернеуінің тангестік құрам бөлігі де үлкен болады. Бұл жерде сырғымалы разрядтардың коронасы туындауы мүмкін, ол өз кезегінде жабылып калуға және радиальді тесілуге алып келеді. Эксплуатация кезінде ең қауіпті изолятордың иілуіне механикалық күш түсулер байқалады. Сонымен қатар изоляторға изоляциялық дененің диэлектрлік шығыны мен ток өткізетін бөліктерінің қызып кетуіне туындайтын жылулық күш түсулер де әсер етеді.

8-сурет. өткізгіш изолятордың сызбалық бейнеленуі

Мейлінше біркелкі электрлік өрісті жасау үшін конденсаторлық, типті конструкциялар қолданылады. Оларда изоляциялық конструкция бойынша кернеудің талап етілгендей таратылуы күштеп, изоляцияға оны орау процесінде орнатылатын металл обкладкалардың көмегімен жүзеге асырылады (электрлік өрісті реттеуді қараңыз). Мұндай конструкция вводтың талап етілетін размерлерін, әсіресе оның диаметрін азайтады, ал бұл жылудың әкетілу жағдайларын жақсартады.

Изоляцияның орындалу типіне қарай өкізгіш изоляторларды тұтас фарфорлы, қағаздық-бакелитті, майлыбарьерлі және қағаздық-майлы (конденсаторлық типті) деп бөледі.

Әдебиеттер тізімі:

Негізгі:

1. Изоляция установок высокого напряжения Кучинский Г.С., Кизеветтер В.Е., Пинталь Ю.С. Москва, Энергоатомиздат.

2. Под общей редакцией проф. Д.В. Разевига. Техника высоких напряжений-М.:Энергия, 1976-480с

Қосымша:

1. Изоляция и перенапряжения системах электроснабжения: Учеб. пособие С.В. Горелов, Л.Н. Татьянченко, С.О. Хомутов; М-во оброзования Рос. Федерации. Алт. гост. техн. ун-т им. И.И. Ползунова. – Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2002.

2. Методы испытаний и диагностики кабелей и проводов. Холодный С.Д. Москва, Госэнергоиздат.

3. Силовые кабели и высоковольтные кабельные линии. Привезенцев. В.А., Ларина Э.Т. Москва. Энергия.

Бақылау сұрақтары:

1. Асқын кернеуліктің жалпы сипаттамасы.

2. Изоляцияның перекрытиясы(беттік разрядтануы).

3. Асқын кернеуліктерден қорғау бойынша жүргізілетін іс-шаралар.

4. Изоляциядағы электрлік өрісті реттеудің негізгі міндеті.

5. Изоляцияны градирлеу.

ЛЕКЦИЯ №14. ОҚШАУЛАМАНЫҢ ТОЗУЫ.