_Полный курс ТВН (1). Конспект лекций по дисциплине " техника высоких напряжений" специальность 10. 02. 00 Электроэнергетические системы и сети
 Скачать 1.34 Mb.
|
|
Лекция 6. 4.2. Разрядные характеристики линейных и аппаратных изоляторов Электрическая прочность внешней изоляции линейных и аппаратных изоляторов существенно зависит от состояния их поверхностей и от вида воздействующего напряжения. Перекрытие изолятора наружной установки может произойти и при рабочем напряжении, если его поверхности достаточно сильно загрязнены и увлажнены. Поверхности изоляторов загрязняются и увлажняются неравномерно. Кроме того, при сложной форме изолятора разряд на отдельных участках может отрываться от поверхности и развиваться по наикратчайшему пути в воздухе. В результате эффективно используется не вся геометрическая длина пути утечки LУ,а только ее часть. Поэтому напряжение перекрытия изоляторов, загрязненных в реальных условиях эксплуатации, пропорционально не геометрической, а эффективной длине пути утечки  (16),где k  — поправочный коэффициент, иногда называемый коэффициентом формы изолятора. Для гирлянд и колонок, состоящих из п изоляторов,  (17),где LУИ— геометрическая длина утечки одного изолятора, входящего в состав гирлянды или колонки. Коэффициент k зависит не только от формы изолятора, но и от условий его загрязнения, т. е. от скорости ветра и интенсивности мокрых осадков, от адгезионных и других свойств загрязняющих веществ. Поэтому значения k определяют экспериментальным путем. При отсутствии опытных данных k, можно приближенно оценить по эмпирическим формулам: для изоляторов стержневого типа  (18);для изоляторов тарельчатого типа  (19)где НФ — длина фарфорового тела изолятора стержневого типа; D — диаметр тарелки изолятора. Эффективная длина LЭФпути утечки является важнейшей характеристикой изолятора наружной установки, определяющей его способность длительно без перекрытий выдерживать рабочее напряжение в условиях загрязнения. В справочной литературе, однако, указываются длины LУ, которые не зависят от условий эксплуатации, легко и точно определяются для каждого изолятора. Диапазоны изменения LУ у стандартных аппаратных изоляторов наружной установки приведены ниже, значения LУ для линейных подвесных изоляторов указаны в табл. 4. При отсутствии специальных мер, при рабочем напряжении на изоляторах линий и РУ может возникать коронный разряд, который опасен прежде всего интенсивными радиопомехами. Поэтому в случае необходимости изоляторы или аппараты, в состав которых они входят, снабжаются экранами, имеющими поверхности с достаточно большими радиусами кривизны. Такие экраны выравнивают электрическое поле около изолятора и тем самым резко повышают напряжение появления короны.
Напряжение UК.И. на отдельном подвесном изоляторе тарельчатого типа, при котором на нем возникает корона, зависит от типа изолятора и лежит в пределах 28—50 кВ (табл.4), т.е. достаточно велико. Однако напряжение UК.Г. на гирлянде из п изоляторов, соответствующее появлению короны на одном из изоляторов, может быть значительно меньше nUК.И. и при некоторых условиях оказаться ниже рабочего напряжения. Объясняется это Таблица 4
тем, что напряжение, приложенное к гирлянде, распределяется по изоляторам неравномерно. Для выяснения причин неравномерного распределения напряжения обратимся к схеме замещения гирлянды, показанной на рис. 19. На этой схеме С — собственная емкость изолятора, составляющая для тарельчатых изоляторов 50—70 пФ; С1 — емкость изолятора по отношению к земле; С2 — емкость изолятора по отношению к проводу. Значения емкостей С1 и С2 зависят от положения изолятора в гирлянде; в среднем С1= 4—5 пФ, С2 = 0,5—1,0 пФ. Наличие емкостей С1и С2 и обусловливает неравномерное распределение напряжения по элементам гирлянды. Рассмотрим сначала влияние только емкостей С1. Очевидно, вследствие ответвления тока в эти емкости токи, проходящие через собственные емкости изоляторов, а следовательно, и падения напряжения на изоляторах будут тем меньше, чем дальше от провода находится изолятор. Если теперь рассмотреть влияние только емкостей по отношению к проводу, то картина изменится: токи через емкости С и соответственно падения напряжения будут меньше на тех изоляторах, которые находятся дальше от заземленного конца гирлянды.  Рис. 19 Схема замещения гирлянды изоляторов. В реальных условиях, т. е. при С1> С2  0, наибольшее напряжение прикладывается к изолятору, расположенному около провода, наименьшие напряжения — к изоляторам, находящимся в середине гирлянды, и несколько повышенные — к изоляторам у заземленного конца гирлянды. Как показывают измерения, при одиночных проводах и числе изоляторов n>6—10 на первый от провода изолятор приходится 20—25% напряжения, приложенного ко всей гирлянде. В таких условиях на линиях 330 кВ и более высоких классов напряжения на ближайших к проводам изоляторах гирлянд рабочее напряжение будет достаточным для появления короны. Однако на таких линиях применяются расщепленные провода, емкость изоляторов относительно которых значительно больше. Поэтому распределение напряжения вдоль гирлянды получается более равномерным, и корона при «хорошей» погоде на изоляторах отсутствует. В случае необходимости дополнительной мерой регулирования распределения напряжения по изоляторам гирлянды может служить специальная арматура в виде колец, восьмерок или овалов, укрепляемая на конце гирлянды со стороны провода. Такая арматура увеличивает емкость изоляторов по отношению к проводу, благодаря чему падение напряжения на ближайших к проводу изоляторах уменьшается. Приведенные выше рассуждения относятся к гирляндам, изоляторы которых имеют сухие и чистые поверхности, При смачивании изоляторов дождем, а также при загрязнении их проводящими осадками распределение напряжения определяется главным образом проводимостями по поверхностям изоляторов и чаще всего имеет более равномерный характер. Для линейных и аппаратных изоляторов всех типов и классов напряжения достаточно полной характеристикой электрической прочности их внешней изоляции при воздействии кратковременных перенапряжений являются значения испытательных напряжений — импульсных и промышленной частоты, прикладываемых при сухом состоянии поверхностей и под дождем. Это, однако, не относится к гирляндам. Тарельчатые изоляторы, из которых составляют гирлянды, испытываются по одному. Значения испытательных напряжений таких изоляторов не могут характеризовать электрическую прочность гирлянд. Объясняется это тем, что пути развития разряда для одиночного изолятора и такого же изолятора в гирлянде различны.  Рис. 20. Пути развития разряда по гирлянде изоляторов. У отдельно испытываемого изолятора разряд идет целиком по его поверхности или частично по воздуху (вба1, рис.20). В гирлянде из п изоляторов он может развиваться либо по путям вбг, суммарная длина которых равна nlP, либо по пути де. Длина последнего при больших n приблизительно равна длине гирлянды lГ = nH, где Н — строительная высота изолятора. В первом случае средние сухоразрядные напряженности ниже, так как значительная часть пути разряда лежит вдоль поверхности изоляторов. Опыт показывает, что при  разряд идет по этому пути, несмотря на то, что nlP>lГ. При  разряд развивается по пути де, а сухоразрядные напряженности достигают максимально возможных значений, равных средним разрядным напряженностям воздушного промежутка стержень — стержень.Сухоразрядное напряжение гирлянды, измеренное при частоте 50 Гц, мало зависит от типа изолятора и определяется для гирлянд без арматуры строительной длиной гирлянды, а для гирлянд с арматурой — наименьшим расстоянием между арматурой и траверсой. Мокроразрядные напряжения UМР гирлянд, измеренные при частоте 50 Гц, практически линейно зависят от суммарной длины пути утечки и, следовательно, от числа изоляторов п. Эта зависимость может быть представлена в виде UМР=nHEМР (20) где Емр — средняя мокроразрядная напряженность, зависящая от формы изолятора; для фарфоровых и стеклянных изоляторов она лежит в пределах 200—260 кВ/м (табл.4) Лекция 7. 4.3. Выбор изоляторов для линий и РУ Для конкретной местности с определенными метеорологическими условиями, свойствами и интенсивностью загрязнения атмосферы вероятность перекрытия изолятора и, следовательно среднее число отключений при рабочем напряжении будут зависеть от величины  , где UЛ.МАКС — наибольшее линейное рабочее напряжение. Величина  получила название удельной длины пути утечки. Для целей проектирования изоляции воздушных линий и РУ на основании многолетних эксплуатационных данных, относящихся к районам с разными источниками загрязнения и метеоусловиями, установлена система классификации местностей по степени загрязненности атмосферы и нормированы минимально допустимые значения , при которых обеспечивается приемлемо малое число отключений под действием рабочего напряжения. Нормированные значения указаны в табл.5.Таблица 5 Нормированная удельная эффективная длина пути утечки
Методика определения степени загрязненности атмосферы, учитывающая все возможные источники загрязнения — промышленные предприятия, засоленные почвы и засоленные водоемы, подробно изложена в «Руководящих указаниях по выбору и эксплуатации изоляции в районах с загрязненной атмосферой». Первая, наименьшая степень загрязненности атмосферы соответствует районам с обычными полевыми загрязнениями: леса, тундра, лесотундра, луга, болота; вторая степень — земледельческим районам, в которых применяются химические удобрения, гербициды и другие химические вещества, Степень загрязненности атмосферы вблизи промышленных предприятии устанавливается в зависимости от вида производства и расстояния между источником загрязнений и воздушной линией или открытым РУ. По опасности уносов для внешней изоляции промышленные предприятия подразделяются на группы А, Б, В, Г и Д в порядке возрастания опасности. Для отдельных видов предприятий и производств установлены так называемые минимальные защитные интервалы М, т. е. размеры зоны, окружающей предприятие, за пределами которой степень загрязненности атмосферы не превышает I и II. Величина М в зависимости от вида и объема производства лежит в пределах от 300 до 9000 м. При расстояниях S от линии или РУ до источника промышленных загрязнений  < S < М для предприятий групп Б—Д загрязненность соответствует III степени; при  < S < — для предприятий В—Д — IV степени и при S < — V и VI степени. Степень загрязненности атмосферы вблизи засоленных почв устанавливается с учетом засоленности почвы и подверженности ее эрозии, площади засоленного массива и расстояния от этого массива до линии или открытого РУ. Загрязненность атмосферы в прибрежной зоне морей и соленых озер определяется в зависимости от солености воды и расстояния от береговой линии. Как видно из табл. 5, допустимые значения  для сетей с изолированной нейтралью несколько увеличены. Это связано с возможностью продолжительной работы таких сетей с замыканием одной фазы на землю, когда напряжение на неповрежденных фазах возрастает до линейного.В связи с нормированием величины , для изоляторов линий иРУ, в том числе и для изоляторов трансформаторов, коммутационных аппаратов и другого высоковольтного оборудования, должно соблюдаться условие  (21)Следовательно, выбор изоляторов и оборудования соответствующего класса напряжения для линий и РУ еще не гарантирует надежную работу их внешней изоляции. Все оборудование и изоляторы необходимо выбирать также и с учетом условия (21) и норм на величину , приведенных в табл.5.Применительно к гирляндам изоляторов условие (21) означает, что число nизоляторов в гирлянде должно быть  (22)где LЭФ — эффективная длина пути утечки одного изолятора. В соответствии с (22) и параметрами стандартных подвесных изоляторов (табл.4) ПУЭ рекомендованы конкретные числа изоляторов разного типа для воздушных линий и РУ, расположенных в районах с обычными полевыми загрязнениями на высоте до 1000 м над уровнем моря. В связи с возможностью повреждения изоляторов в эксплуатации число n изоляторов увеличено против полученного из (22): для линий 110—220 кВ — на один, а для линий 330—500 кВ — на два изолятора. Рекомендуемые ПУЭ числа изоляторов в гирляндах для линий и РУ разных классов напряжения с изоляцией нормального исполнения приведены в табл. 6. Для районов с другими условиями загрязнения числа изоляторов в гирляндах определяются по (22) и нормам на .Таблица 6 Число изоляторов в гирляндах воздушных линий и РУ
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(не менее)