Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель доктор технических наук, профессор Абрамович Б. Н. СанктПетербург 199
 Скачать 2.67 Mb.
|
|
ГЛАВА 2. ПАРАМЕТРЫ И ХАРАКТЕРИКИ НАДЕЖНОСТИ ВЛ С ИЗОЛИРОВАННЫМИ ПРОВОДАМИ 2.1. Факторы влияющие на надежность ВЛИ и задачи испытаний изолированных проводов Особенностью изолированных проводов (ИП), независимо от класса напряжения и различия в конструктивном исполнении, является их открытая прокладка в воздухе. Поэтому при выборе типа изоляции следует иметь в виду, что на ИП воздействует целый ряд факторов: повышенная и пониженная температура; повышенная влажность с конденсацией влаги на поверхности; солнечное (в частности ультрафиолетовое) излучение; загрязнения (соляной туман и т.п.). Многие из этих факторов особенно сильно влияют на изоляцию, находящуюся в растянутом состоянии. Также должна соблюдаться устойчивость к вибрационным воздействиям. Отмечено, что при неудачном закреплении проводов могут появиться опасные вибрации, приводящие к возникновению на отдельных участках вблизи опор изгибающих и истирающих сил, которые могут явиться причиной аварии на воздушной линии с изолированными проводами (ВЛИ). Поэтому испытания на вибрацию должны проводится после монтажа на готовом участке ВЛИ. Результаты воздействия внешних факторов и обусловленные ими отказы приведены в табл.2.1. Из табл.2.1 следует, что основными результатами воздействия внешних факторов окружающей среды на изолированный провод могут быть: механическая перегрузка, растрескивание изоляции, абсорбция или адсорбция влаги, окисление, которые приводят к изменению физических или химических свойств материала и механическому повреждению провод а
Основные повреждения, возникающие в наружной изоляции проводов за счет воздействия внешних факторов
в целом. В настоящее время для внедрения в В Л 6(10) кВ рядом отечественных и зарубежных фирм предлагается достаточно широкая номенклатура изолированных и неизолированных проводов, параметры которых указываются в соответствии с национальными стандартами производителей. Различия конструкции проводов, приводимых параметров и методов их определения затрудняет их сопоставительный анализ и выбор в соответствии с требованиями стандартов РФ с учетом условий промышленных, горных и муниципальных предприятий Северо-Запада. Поэтому возникла необходимость провести электрические и механические испытания изолированных проводов отечественного и зарубежного производства, установить степень соответствия их основных параметров стандартам РФ и рекомендовать наиболее подходящий тип проводов для условий Северо-Запада России. Для испытаний использовались близкие по сечению изолированные и неизолированные провода, используемые в электрических сетях АО "Ленэнерго" Для определения влияния воздействующих факторов указанных в табл.2.1 на основе рекомендаций МЭК 68-1 и ГОСТ 20.57.406-81 "Технические условия на изолированные провода" [2, 47] разработаны соответствующие методики испытаний. Основные положения методик изложены вп.2.2 и 2.3. Сравнительные электрические и механические испытания проводились на следующих образцах: отечественные алюминиевые марки А 70; отечественные сталеалюминиевые марки АС 70; скрученные провода "Торсада" 3x70+70, предназначенные для ВЛ 0,4 кВ, включающие фазные провода и трос; изолированные провода фирмы Cableries de Lens сечением жилы 54, 6 мм2, предназначенные для В Л 6 кВ; изолированные провода типа "SAX-70", предназначенные для ВЛ 10 кВ. У всех типов ИП в качестве изоляции применялся пигментированный сажей светостабилизированный химически сшитый полиэтилен. Провода "Торсада" 0,4 кВ были приняты к испытаниям по следующим соображениям: параметры их фазных проводов по материалу, толщине и наружному диаметру изоляции близки к изолированным проводам, предназначенным для напряжений 6 и 10 кВ. Поэтому была поставлена задача определить их электрические и механические характеристики, выявить запас прочности и сравнить полученные результаты по всем проводам. Высоковольтные испытания изолированных проводов проводились с целью определения их электрической прочности в наиболее опасных, возможных в процессе эксплуатации BJL К таким факторам, в первую очередь, относятся условия, имитирующие падение дерева на линию и схлестывание проводов при штормовом ветре. Второй задачей являлось определение возможного класса напряжения каждого типа провода при испытаниях, аналогичных испытаниям кабелей с пластмассовой изоляцией [1]. Проверка и сравнение основных механических характеристик изолированных проводов производства иностранных фирм-изготовителей проводились с целью использования полученных результатов при выборе и проектировании ВЛ с изолированными проводами напряжением до 10 кВ и возможно выше. 2.2. Электрические испытания Электрические испытания изолированных проводов проводились на лабораторном стенде высоковольтной установки 200 кВ. Принципиальная схема установки представлена на рис.2.1. Во всех испытаниях источником напряжения служил высоковольтный трансформатор типа РЕОУ 100/200 кВ. Измерение величины испытательного напряжения осуществлялось с помощью емкостного делителя и вольтметра типа MUT 9-2. Высоковольтным плечом делителя служил конденсатор СР типа MSF 135/200, низковольтным - блок Н90, к выводу которого был подключен вольтметр. Опыты по определению пробивной электрической прочности исходных образцов проводились с использованием электродов Роговского, выполненных из листовой меди. Цилиндрическая часть электродов имела длину 115 мм, диаметр раструбов 90 мм. Электроды плотно надевались на провод и заливались парафином. Для испытаний, имитирующих воздействие упавшего дерева, к образцу в средней его части через колесо с диаметром желоба 180 мм подвешивался сосредоточенный груз - чугунные слитки массой 250 кг. Концы нагруженного провода закреплялись специальными зажимами к фланцам опорных изоляторов, расстояние между которыми фиксировалось бакелитовыми трубками и составляло 1500 мм. Поверх зажимов надевались алюминиевые экраны. Использование экранов и специальных концевых разделок обеспечило проведение большого числа испытаний без перекрытия провода. Общий вид образца, подготовленного к испытаниям с подвешенным грузом, показан на рис.2.2. Для определения пробивной прочности изоляции и имитации междуфазного перекрытия проводов применялся метод с погружением концов провода в сосуд с маслом. Для этого использовалась фарфоровая высоковольтная покрышка с внутренним диаметром 600 мм, заполненная трансформаторным маслом. Жила провода опускалась в масло и заземлялась. К поверхности изоляции между концевыми разделками подавалось высокое напряжение. Для испытаний, имитирующих междуфазное перекрытие, использовались два образца переплетенные между собой по крайней мере в двух местах. Образцы концами погружались в масло, жила одного заземлялась, а второго - подключалась к фланцу покрышки, на который подавалось напряжение. Общий вид установок показан на рис.2.3 и 2.4. Первая серия испытаний для отработки режимов, конструкции электродов, выбора минимальной длины рабочего участка проводилась на проводах марки "Торсада" 0,4 кВ. Средние параметры фазных проводов: диаметр жилы 10 мм, толщина изоляции 1,77 мм. Для достижения пробоя были изготовлены короткие образцы с электродами Роговского и испытаны в воздухе. Результаты испытаний приведены в таблице 2.2.  Рис.2.1. Схема испытательной установки  - образец; 2- груз; 3 - изолятор; 4 - экраны. Рис.2.2. Схема установки, имитирующая падение дерева  
Пробивная прочность проводов "Торсада" 0,4 кВ (фаза) Для оценки реального запаса прочности остальных типов проводов (финского и производства фирмы Cableries de Lens) при выборе режимов испытаний было решено воспользоваться нормативными материалами (ГОСТ 24183-80 и ТУ К71-025-96) на аналогичные по напряжению однофазные кабели с полиэтиленовой изоляцией классов 0,6/1-5-20,0 кВ. В результате была разработана единая для проводов всех типов программа, которая включала [38]: 1. Испытания без груза. К образцу прикладываются испытательные напряжения применительно к классам номинального напряжения с выдержкой 10 минут при каждом напряжении.
2. Испытания под грузом. Испытания проводятся на образцах к которым подвешен груз (250 кг). Время выдержки при каждом напряжении - 5 минут.
Длительные испытания. В соответствии с ГОСТ 24183-80, к проводам в течение 4 часов непрерывно прикладывается напряжение: для класса 6 кВ -18 кВ; для класса 10 кВ - 30 кВ. Испытания на пробой. Образцы, выдержавшие без пробоя предыдущие исследования, испыты- ваются на кратковременную электрическую прочность плавным подъемом напряжения. Испытания междуфазной изоляции при схлестывании проводов. Результаты испытаний фазных проводов "Торсада" 0,4 кВ Для имитации условий схлестывания два отрезка провода изгибались и приводились в соприкосновение (рис.2.4). После их установки в испытательную камеру (концы образцов опущены в масло) проводился плавный подъем
напряжения до величины примерно 0,75 и пробоя фазы. Затем с выдержкой по 1 минуте ступенями по 5 кВ напряжение повышалось до пробоя. Результаты испытаний приведены в табл.2.3. При испытании по п.5 производился плавный подъем напряжения до 30 кВ, далее напряжение поднималось ступенями по 5 кВ с выдержкой 60 секунд между ступенями. Два отрезка провода "Торсада" 0,4 кВ при испытании на междуфазное перекрытие показали следующий результат: 35 кВ - слабая корона; 40 кВ - слабая корона; 45 кВ - корона усилилась; 50 кВ - сильная корона; 55 кВ - заметны стримеры по поверхности; 60 кВ - заметны стримеры по поверхности; 65 кВ - пробой между фазами через 45 с. Пробой в месте соприкосновения проводов.
Изолированные провода фирмы Cableries de Lens сечением 54,6 мм2 для ВЛбкВ. При испытании по п.5 производился плавный подъем напряжения до 25 кВ, далее напряжение поднималось ступенями по 5 кВ с выдержкой 60 секунд между ступенями. Первая пара проводов при испытании на междуфазное перекрытие показала следующий результат: 30 кВ - слабая корона; 35 кВ - слабая корона; 40 кВ - сильная корона; 45 кВ - появился стример, 50 кВ - стример; 55 кВ - сильное свечение; 60 кВ - сильное свечение; 65 кВ - пробой между фазами через 30 с. Пробой на месте соприкосновения проводов. Вторая пара проводов при испытании на междуфазное перекрытие показала следующий результат: 30 кВ - слабая корона; 35 кВ - слабая корона; 40 кВ - сильная корона;
45 кВ - пробой между фазами через 40 с. Пробой в месте соприкосновения проводов. Изолированные провода "8АХ-70". Результаты испытаний приведены в табл. 2.5. Электрические испытания позволили определить ряд важных особенностей изолированных проводов, изготовленных различными фирмами. Особо высокий запас прочности имеют изолированные провода "Тореада" 0,4 кВ. Образцы этих проводов успешно выдержали полную программу испытаний, предназначенную для кабелей с пластмассовой изоляцией классов 3, 6 и 10 кВ. Пробивная кратковременная электрическая прочность фазных проводов "Торсада" 0,4 кВ составляет 40+45 кВ, что в 200 раз превышает фазное напряжение. Сравнительные характеристики электрической прочности изолированных проводов Результаты испытаний 4-х видов изолированных проводов приведены в таблице 2.6.
Все испытывавшиеся провода имели примерно одинаковую толщину изоляции, однако пробивная прочность фазных проводов "Торсада" 0,4 кВ и проводов "SAX" в 1,5 раза превосходит прочность провода фирмы Cableries de Lens 6 кВ и троса "Торсада" (45 кВ и 30 кВ). Анализ образцов по месту пробоя выявил следующую закономерность. Провода с более низкой электрической прочностью имеют одинаковую конструкцию: одна проволока в центре и 6 по краям эксцентрично относительно центра провода. Так, толщина изоляции троса "Торсада" изменялась в пределах от 1,3 до 2,1 мм (при средней толщине 1,77 мм). Пробои происходили в местах с наиболее тонкой изоляцией. Кроме того, жилы проводов с более высокой электрической прочностью более уплотнены, и хотя конструкция их разная (фазный провод "Торсада" имеет 3 проволоки в центре и 9 по периметру, провод '"SAX" состоит из 7 проволок шестиугольной формы), эксцентриситет жил не обнаружен. В результате прочностные характеристики этих проводов имеют наибольшее абсолютное значение и наименьший разброс при испытаниях. В результате испытаний установлено, что образцы провода "SAX" имеют стабильно неизменную величину электрической прочности междуфазной изоляции, равную 65 кВ. У провода фирмы Cableries de Lens 6 кВ пробивное напряжение за счет эксцентриситета имело разброс от 45 до 65 кВ. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||