Красько А.С., Пономаренко Е.Г.

Красько А.С., Пономаренко Е.Г.

ЧАСТЬ I
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ РАЗРЯДЫ В ГАЗАХ.
внешняя изоляция воздушных линий
и распределительных устройств.
внутренняя изоляция

МИНСК 2010

Содержание

предисловие.. 4

введение.. 5

1. электрические разряды в газах.. 7

1.1. Газ как изолирующая среда. 7

1.2. Виды электрических разрядов в газах. 8

1.3. Разряд в воздушном промежутке при длительном воздействии напряжения 9

1.4. Лавина электронов. 10

1.5. Пробивное напряжение. 11

1.6. Стримерная теория разряда. 13

1.7. Разряды в неоднородном поле. закон подобия разрядов. 14

1.8. Разряды в несимметричных полях. Эффект полярности. 17

1.9. Понятие лидера и главного разряда. 19

1.10. Дуговой разряд. 20

1.11. Коронный разряд на проводах ЛЭП.. 21

1.12. Корона на проводах постоянного тока. 21

1.13. Корона на проводах ЛЭП переменного тока. 22

1.14. Потери энергии на корону. 23

1.15. Разряды в воздушном промежутке при импульсном напряжении. 24

1.16. Статистическое распределение разрядных напряжений. 26

1.17. Разряды в воздухе вдоль поверхности твердой изоляции. 27

1.18. Поверхностный разряд в однородном поле. 28

1.19. Поверхностный разряд в резконеоднородном поле. 28

1.20. Разряды вдоль увлажненной и загрязненной поверхности. 29

2. внешняя изоляция воздушных линий и распределительных устройств.. 31

2.1. Назначение, типы и характеристики изоляторов. 31

2.2. Конструкции и характеристики станционных и линейных изоляторов. 32

2.3. Гирлянды изоляторов. Распределение напряжения по элементам гирлянды 39

2.4. Выбор изоляторов. 42

2.5. Выбор основных изоляционных промежутков ЛЭП и РУ.. 45

3. внутренняя изоляция.. 48

3.1. Общие сведенья и требования. 48

3.2. Газовая изоляция. 49

3.3. Вакуумная изоляция. 50

3.4. Жидкая изоляция. 51

3.5. Кратковременная и длительная электрическая прочность внутренней изоляции 51

3.6. Допустимые напряжения для внутренней изоляции. 53

3.7. Частичные разряды во внутренней изоляции. 54

3.8. Факторы, влияющие на электрическую прочность внутренней
изоляции. 57

3.9. Маслобарьерная изоляция (МБИ) 57

3.10. Бумажно-масляная изоляции (БМИ) 58

3.11. Изоляция силовых трансформаторов. 59

3.12. Испытания трансформаторов. 64

3.13. Изоляция кабелей. Общие сведенья и классификация. 65

3.14. Кабели с пластмассовой изоляцией (до 35 кВ) 67

3.15. Провода и кабели с пласмассовой изоляцией на напряжение до 1 кВ.. 69

3.16. Кабели с пласмассовой изоляцией на напряжения 6–500 кВ.. 70

3.17. Некоторые вопросы эксплуатации кабелей с пластмассовой
изоляцией. 73

3.18. Кабели с бумажно-масляной изоляцией (до 35 кВ) 74

3.19. Кабели с резиновой изоляцией (до 35 кВ) 75

3.20. Маслонаполненные кабели (110–750 кВ) 76

3.21. Газонаполненные кабели. 80

3.22. Кабели постоянного тока. 81

3.23. Кратковременная и длительная электрическая прочность изоляции кабелей 82

3.24. Изоляция электрических машин высокого напряжения. 84

3.25. Изоляция силовых конденсаторов. 87

3.26. Изоляция герметичных распределительных устройств. 89

 

предисловие

За последние 30–40 лет достигнут значительный прогресс, как в области разработки новых изоляционных материалов, так и в области технологии изготовления изоляции высоковольтного электрического оборудования. Однако, в настоящее время в научно-технической библиотеке БНТУ практически отсутствуют новые учебники и учебные пособия по дисциплинам «Техника высоких напряжений» и «Изоляция и перенапряжения». Все учебные издания по данным дисциплинам в основном выпущены в 70–80-х годах прошлого столетия. Поэтому авторы данной работы стремились восполнить этот пробел. Основное внимание уделялось вопросам конструирования изоляции высоковольтного оборудования. Основными источниками информации выступали каталоги и проспекты различных фирм и производителей электрического оборудования.

Введение и главы 2 и 3 написаны А.С. Красько, глава 1 – Е.Г. Пономаренко. Авторы выражают глубокую признательность рецензентам к.т.н., доценту кафедры «Элетроснабжение» БНТУ А.А. Гончару и к.т.н., доценту кафедры «Электротехника и электроника» БНТУ С.В. Домникову.

 

Введение

Надежная, долговременная и экономичная работа электрической системы в основном определяется изоляцией электрооборудования и других звеньев системы. Разрушение и повреждение изоляции являются главными причинами аварий в электрических установках. Поэтому конструктивное решение изоляции, выбор изоляционных материалов и технологии изготовления определяют надежность, стоимость и конкурентную способность электрического оборудования. Следует отметить, что в общей стоимости высоковольтного оборудования изоляционная составляющая занимает более 60 %.

В данном пособии изложены вопросы электрического разряда в газообразных жидких и твердых диэлектриках. Рассмотрена изоляция распределительных устройств и линий электропередач, а также оборудования высокого напряжения: силовых трансформаторов, электрических машин, кабелей, конденсаторов аппаратов.

Классификация изоляции. В зависимости от условий работы изоляция подразделяется на внешнюю и внутреннюю. К внешней относятся воздушные промежутки а также изоляция соприкасающаяся с воздухом. При этом электрическая прочность изоляции зависит от температуры, давления и влажности. К внутренней относится изоляция не подверженная воздействию внешних условий.

По агрегатному состоянию изоляция может быть газообразной, жидкой и твердой. Газообразная и жидкая изоляция обладает самовосстанавливающимися свойствами, т.е. после пробоя электрическая прочность газообразной и жидкой изоляции восстанавливается при снятии напряжения.

Изоляция электрооборудования, предназначенного для работы в электрических сетях, подразделяется на классы напряжения. Классом напряжения называется номинальное междуфазное напряжение электрической сети, для работы в которых предназначено оборудование. Для каждого класса напряжения установлено наибольшее рабочее напряжение (на 10–15 % выше номинального), которое изоляция должна выдерживать длительное время. Класс напряжения характеризуется уровнем изоляции, под которым понимают совокупность испытательных напряжений согласно ГОСТ или ТУ.

При изготовлении изоляции необходимо обеспечить: 1) требуемые электрические параметры оборудования: рабочее напряжения, емкость, индуктивность, активное сопротивление, диэлектрические потери; 2) срок службы при рабочем напряжении и допустимой температуре; 3) достаточную электрическую прочность при воздействии перенапряжений; 4) механическую прочность с учетом возможных вибраций, ударных нагрузок при к.з. и других режимах работы; 5) требуемую надежность; 6) минимальную стоимость; 7) допустимые (минимальные) размеры и массу; 8) технологичность изготовления; 9) простоту ремонта и безопасность обслуживания; 10) экологическую безопасность; 11) стойкость к внешним воздействиям окружающей среды.

Выполнение всех требований осуществляется на основании технико-экономических расчетов, направленных на минимизацию затрат

.

где З – ежегодные (приведенные) затраты; К – капитальные затраты; Е – нормативный коэффициент эффективности; И – эксплуатационные издержки; М(У) – математическое ожидание годового ущерба.

Факторы, воздействующие на изоляцию. В процессе эксплуатации изоляция подвергается следующим воздействиям: 1) электрическому: рабочие напряжения при нормальных условиях эксплуатации, внутренние и внешние перенапряжения; 2) тепловому: при нормальной рабочей температуре и перегреве в аварийных и форсированных режимах; 3) воздействию окружающей среды: влажность, температура, загрязнение; 4) механическим воздействиям всех видов в любых условиях; 5) воздействию агрессивных агентов окружающей среды или компонентов, образующихся в изоляции; 6) воздействию живых организмов.

 

Газ как изолирующая среда

Газы, как изолирующая среда, широко применяются на воздушных линиях, в РУ и другой электрической аппаратуре. В качестве изолирующих газов используется воздух, элегаз (), азот, смесь элегаза с азотом и др.

Достоинства газовой изоляции – это относительно низкая стоимость, относительно высокая электрическая прочность, свойство «самовосстановления», хорошая теплопроводность.

Воздух. При нормальных атмосферных условиях (давление = 100 кПа, температура = 293 К, плотность ) и в однородном электрическом поле электрическая прочность воздуха составляет . Такое значение характерно для расстояния между электродами менее 1 м. При расстояниях  прочность составляет около , а при расстоянии 10 м и выше – . Снижение электрической прочности воздуха при больших расстояниях объясняется стримерной теорией развития разряда (см. п. 1.6). На величину электрической прочности воздуха оказывают влияние температура, давление (плотность) и влажность.

Электрическое оборудование обычно проектируется для работы на высоте до 1000 м над уровнем моря при темепературе  и . При увеличении высоты на 100 м и увеличении температуры на  прочность воздуха снижается на 1 %. Увеличение абсолютной влажности в два раза снижает прочность на 6–8 %. Эти данные характерны для расстояния между токоведущими частями до 1 м. При увеличении расстояния влияние атмосферных условий снижается.

Главным недостатком воздуха является то, что под воздействием на него короны образуется озон и окись азота, что в свою очередь приводит к старению твердой изоляции и коррозии.

В настоящее время для изготовления газовой изоляции используются следующие газы: элегаз, азот, смесь элегаза с азотом и некоторые фторуглероды. Многие из этих газов имеют электрическую прочность выше, чем у воздуха. Недостатком многих изоляционных газов является токсичность, высокая температура сжижения, способность выделять углерод, который, оседая на поверхности твердой изоляции, увеличивает ее проводимость.

Элегаз. В новых высоковольтных коммутационных аппаратах элегаз применяется в качестве изолирующей и дугогасящей среды. Коммутационная способность и диэлектрические свойства коммутационной аппаратов зависят от плотности элегаза, которая постоянно должна контролироваться. Утечки через уплотнения или корпус должны автоматически определяться приборами. Нормальное рабочее давление (давление заполнения при 20°С) для этих коммутационных аппаратов от 0,45 до 0,7 МПа в минимальном температурном диапазоне от –40°С до –25°С. Элегаз не токсичен, не подвержен загрязнению или увлажнению, не огнеопасен и не имеет озоноразрушающего эффекта. Однако, он сохраняется в атмосфере более 3200 лет и имеет парниковый потенциал в 22000 раз больше, чем потенциал углекислого газа. Несмотря на то, что доля элегаза в образовании парникового эффекта сравнительно мала (около 0,2 %), он включен в список парниковых газов из-за широкого использования в электроэнергетике.

 

Лавина электронов

После появления у катода хотя бы одного свободного электрона, он под действием электрического поля приобретает энергию, достаточную для выбивания другого свободного электрона. В результате появляется новый свободный электрон, который может вызвать следующий акт ионизации. Такой непрерывно нарастающий поток электронов называется лавиной электронов.

На участке  (рис. 1.2) приращение свободных электронов будет равно

,                 (1.5)

где  – число свободных электронов, образовавшихся на участке , при наличии одного начального свободного электрона.

В однородном электрическом поле

; ;

.                                       (1.6)

Образовавшиеся в процессе ионизации свободные ионы, как отмечалось выше, в силу меньшей подвижности будут сконцентрированы между катодом и фронтом лавины, что приводит к увеличению напряженности электрического поля у катода и увеличению интенсивности ионизации.

Для возникновения самостоятельного разряда (лавины электронов) необходимо, чтобы в результате развившейся первоначальной лавины возник хотя бы один вторичный свободный электрон, способный вызвать новую лавину. В этом случае условие развития разряда в общем виде

,                           (1.7)

где  – коэффициент вторичной ионизации, который представляет собой число вторичных электронов, отнесенное к одному акту ионизации в лавине;  – расстояние между электродами.

Для однородного поля

.                            (1.8)

Для воздуха при атмосферном и более высоком давлении условием возникновения самостоятельного разряда будет , при пониженных давлениях .

 

Пробивное напряжение

Если соблюдается условие самостоятельного разряда , то число электронных лавин растет. При этом последующая лавина развивается еще до того, как положительные ионы предыдущей лавины успевают достичь катода. В таком случае лавины распространяются по всему промежутку , и газ в промежутке приходит в состояние плазмы. Наступает искровой или дуговой разряд.

Значение пробивного напряжения  можно получить из условия самостоятельности разряда (1.8), подставив  (1.3) и приняв, что напряженность в момент пробоя равна

.                          (1.9)

Тогда из (1.9) при записи

.                             (1.10)

Выражение (1.10) является математическим выражением экспериментального закона Пашена, из которого следует, что пробивные напряжения в однородном поле при  являются функцией произведения давления  и расстояния между электродами

.           (1.11)

Кривая  имеет минимум (рис. 1.3). Для воздуха В при .

При  и увеличении плотности газа от значения, соответствующего минимуму кривой, электрическая прочность промежутка возрастает, т.к. уменьшается длина свободного пробега, увеличивается число столкновений и уменьшается вероятность ионизации. При уменьшении плотности относительно минимума  возрастает за счет эффекта снижения числа столкновений. В связи с этим в изоляционных конструкциях используется газ под высоким давлением или под малым (вакуум).

Экспериментальная зависимость  при высоких и низких давлениях лежит несколько ниже теоретической (на рис. 1.3 показана штриховой линией). Это объясняется при больших давлениях влиянием микровыступов, а при низких – автоэлектронной эмиссией.

Для практических расчетов пробивного напряжения можно использовать более простое выражение

,                        (1.12)

где ,  – постоянные, зависящие от рода газа (для воздуха  и );  – относительная плотность воздуха

,                                  (1.13)

где  и  соответствуют нормальным атмосферным условиям ( = 1,013·10⁵ Па или 760 мм рт. ст., и = 20ºС).

Для  см и нормальных условиях . При увеличении  см . При  м .

 

Стримерная теория разряда

На длинных промежутках пробивные напряжения значительно ниже значений, полученных расчетным путем исходя из теории ударной ионизации. Исследование разрядов в длинных промежутках привели к появлению стримерной теории разряда.

Сущность этой теории заключается в том, что после образования начальной лавины 1 (рис. 1.4) на расстоянии  от катода плотность электронов во главе лавины резко возрастает, следовательно возрастает и напряженность электрического поля во главе лавины. Такое явление имеет место при . Благодаря этому на некотором расстоянии  от головы первоначальной лавины возможно возникновение свободных электронов за счет фотонной ионизации. Фотоэлектроны, находящиеся в сильном электрическом поле , приобретают энергию, достаточную для образования новой лавины 2, которая перемещается к аноду. Таким образом, объемный заряд первой лавины оказывается «перенесенным» на расстояние . Область между этими лавинами заполняется плазмой, что приводит к перераспределению напряжения на промежутке  и увеличению напряженности поля на отдельных участках.

Скорость перемещения стримера в  раз больше скорости электронов в области фронта и составляет 10⁷ – 10⁸ см/с, а плотность заряда в стримере 10¹² ион/см³. Вторая лавина может порождать новую лавину на расстоянии . После достижения стримером анода между электродами образуется область высокой проводимости и возникает разряд. На начальной стадии развития, когда стример замыкается через емкость, амплитуда тока достигает 10 А. Когда стример достигает электродов наступает главный разряд и ток резко возрастает. Рассмотренная схема развития называется катодным стримером и характерна для однородного поля при , а . При напряжениях близких к пробивному  стример образуется после пробега начальной лавиной расстояния от катода до анода. Такой стример называется анодным.

 

Дуговой разряд

Дуговой разряд – это самостоятельный разряд в газе, характеризующийся высокой температурой
(6000–12000°С) и большой плотностью тока. Дуговой разряд возникает между контактами коммутационной аппаратуры, в разрядниках, между проводами ЛЭП.

Канал дуги разделяют на 3 участка (рис. 1.9): 1 – катодный; 2 – столб дуги; 3 – анодный. Длина катодного участка 1 около 10^{-4 см, катодное падение напряжения  составляет 10–20 В, напряженность поля 102}–10³ кВ/см. Все это обуславливает мощную эмиссию электронов с поверхности катода. Длина анодного участка 3 чуть выше 10^{-4 см, анодное падение напряжения  – 2–6 В. Падение напряжения в столбе дуги 2 равномерно, напряженность поля  15–30 В/см. Такая напряженность придает электронам ускорение и в канале создается высокая температура, которая приводит к интенсивной термической ионизации. Длина столба может достигать десятка метров. Он представляет собой плазму с высокой электропроводностью.}

Напряжение дуги: . У длинной дуги , у короткой .

На переменном токе дуга будет возникать тогда, когда напряжение между электродами больше электрической прочности промежутка. Поэтому при переменном напряжении имеет место бестоковая пауза  (рис. 1.10), в течение которой создаются благоприятные условия для гашения дуги. Для того, чтобы дуга погасла (не загорелась вновь) при прохождении тока через нулевое значение, необходимо, чтобы электрическая прочность промежутка восстанавливалась быстрее, чем скорость нарастания напряжения.

Пробивное напряжение дугового промежутка определяется в основном прочностью катодного участка и столба дуги: . Значение  зависит от тока дуги и составляет 250–300 В при  и
5–20 В при больших токах.

Процесс восстановления электрической прочности дугового промежутка зависит от скорости рекомбинации и диффузии зарядов плазмы, а также от ослабления термической ионизации. Последний процесс в значительной степени зависит от тока дуги.

Для ускорения гашения дуги применяют: 1) интенсивное охлаждение (дутье); 2) разбиение дуги на ряд коротких дуг; 3) уменьшение тока дуги до критического значения. Критическая длина дуги  – для активных цепей;  – для реактивных цепей. Из приведенных формул следует, что критическая длина дуги в сетях, например, 35 кВ достигает
7–20 м, а в сетях 110 кВ – 20–60 м.

 

Потери энергии на корону

Исключить полностью явление коронирования на проводах ЛЭП невозможно, т.к. при различных погодных условиях корона может возникать в местах с сильно неоднородным полем. Потери энергии на корону могут составлять до 40 % энергии потерь на нагрев.

Суммарные потери на корону определяются на основе экспериментальных данных для различных погодных условий

,                     (1.22)

где  и  – соответственно удельные потери и длительность для хорошей погоды, дождя, изморози и снега. .

Потери на корону для каждого из видов погоды определяются по формуле Левитина с использованием зависимости . Рекомендуется учитывать потери на корону при .

 

Выбор изоляторов

Выбор изоляторов закрытых установок. Условия работы изоляции ЗРУ более благоприятные, т.к. изоляция менее подвержена воздействию различных атмосферных условий. Кроме того, абсолютные значения внутренних и атмосферных перенапряжений в сетях до 20 кВ значительно меньше, чем в сетях 35 кВ и выше. Поэтому запас электрической прочности изоляторов на напряжение до 20 кВ достаточно высок.

Однако в диапазоне генераторных напряжений значения токов короткого замыкания могут достигать десятков и сотен тысяч ампер. Поэтому опорные и проходные изоляторы ЗРУ, выбранные по номинальным значениям напряжения и тока, обязательно должны проверяться на динамическую стойкость при коротких замыканиях.

Сущность этого расчета сводится к определению изгибающего момента, действующего на изолятор при максимальном значении ударного тока КЗ для принятого расположения шинопроводов. Иногда расчет сводят к определению критического пролета между изоляторами по каталожному значению изгибающего момента для выбранного изолятора. Подробно эти вопросы рассматриваются в курсе «Электрические станции».

Выбор изоляторов наружной установки. Для обеспечения надежной работы выбор типа и количества изоляторов в гирлянде необходимо производить с учетом климатических условий и степени загрязнения атмосферы. По степени загрязнения атмосферы районы подразделяются на 6 категорий. К I категории относятся районы, имеющие наименьшую степень загрязнения атмосферы: это сельскохозяйственные районы, луга, леса, болота, тундра Ко II категории относятся районы с сильной ветровой эрозией почвы, сельскохозяйственные районы, где применяются химические удобрения и гербициды, промышленные города. Территория вблизи промышленных предприятий в зависимости от вида и объема производства, а также территории вблизи морей, соленых почв и озер относятся к III-VI зонам загрязнения.

Размеры этих зон – минимальный защитный интервал для различных производств определяется руководящими указаниями по выбору изоляции. Если имеет место наложение зон загрязнения от двух источников, то степень загрязнения определяется по источнику, создающему наибольшее загрязнение.

Для конкретных климатических условий с учетом степени загрязнения атмосферы электрическая прочность гирлянды будет обеспечена, если

,                           (2.5)

где  – число изоляторов в гирлянде;  – длина пути утечки одного изолятора.

Количество изоляторов в гирлянде

.                             (2.6)

Значения  приведены в таблице

Таблица 2.1 – Значения

	1,5	2,0 – 2,3	2,3 – 2,7	2,7 – 3,2	3,2 – 3,5
	1,0	1,1	1,2	1,3	1,4

 

Для обеспечения надежной работы гирлянд под дождем при воздействии внутренних перенапряжений, количество элементов в гирлянде должно удовлетворять условию

,                                (2.7)

где  и  – соответственно расчетное мокроразрядная напряженность и строительная высота принятого изолятора;  – расчетная кратность внутренних перенапряжений. Значения  принимаются 3 для ЛЭП 110–220 кВ; 2,7 – 330 кВ; 2,5 – 500 кВ. .

В процессе эксплуатации возможны повреждения отдельных элементов, поэтому правила устройства электроустановок (ПУЭ) рекомендуют увеличить количество изоляторов, определенных расчетным путем, на один – для ВЛ 110–220 кВ и два – для 330 кВ и выше.

Рекомендуемое количество элементов наиболее распространенных типов изоляторов в поддерживающих гирляндах ВЛ 110–500 кВ на металлических и железобетонных опорах при высоте до 1000 м над уровнем моря приведено в таблице 2.2.

Количество подвесных изоляторов в натяжных гирляндах увеличивается на один по сравнению с рекомендуемым для поддерживающих гирлянд. На переходных опорах высотой более 40 м количество изоляторов в гирлянде следует увеличивать по сравнению с принятыми для всех остальных опор этой ВЛ на один изолятор на каждые 10 м высоты опоры сверх 40 м. Для ВЛ проходящих на высоте более 1000 м над уровнем моря, количество элементов в гирлянде увеличивается на один.

 

Таблица 2.2 – Количество элементов наиболее распространенных
типов изоляторов в гирлянде

Тип изолятора	Количество изоляторов, шт. при напряжении ЛЭП, кВ
	110	220	330	500
ПФ6-А	7	13	19	–
ПФ6-Б	7	14	20	27
ПФ6-В	7	12	18	25
ПФ16-А	6	11	17	23
ПФ20-А	–	10	14	20
П-8,5	6	11	16	22
П-11	6	11	15	21
ПФЕ-11	6	11	16	21
ПС6-А	8	14	21	29
ПС-11	7	12	17	24
ПС12-А	7	13	19	26
ПС16-А	6	11	16	22
ПС16-Б	6	12	17	24
ПС22-А	–	10	15	21
ПС30-А	–	11	16	22
ПС30-Б	–	11	16	22

 

Количество изоляторов на ВЛ, проходящих в местах с сильным загрязнением атмосферы, должно выбираться с учетом местных условий. При этом для районов IV–VI следует рассматривать возможность использования специальных изоляторов.

Выбор типа и числа подвесных и опорных изоляторов для ОРУ производится аналогичным образом, как и для ВЛ. Однако, следует учитывать, что к изоляции ОРУ предъявляются более высокие требования, так как повреждение изоляции ОРУ может привести к тяжелым авариям и повреждению дорогостоящего оборудования. Поэтому для оборудования предназначенного для установки в ОРУ, значение эффективной длины утечки  устанавливаются в зависимости от категории исполнения А, Б или В. Оборудование категории А предназначено для районов со степенью загрязнения I – II. Оборудование категории Б имеет усиленное исполнение и предназначено для районов III – IV категории. При степени загрязнения 6 используется оборудование категории В.

При степени загрязнения III–VI рекомендуют выносить ОРУ из зоны повышенных загрязнений, а размещение ОРУ 500–750 кВ в районах IV–VI вообще не допускается.

Таблица 2.3 – Эффективная длина утечки  для категорий оборудования

Категория электрооборудования
	с заземленной нейтралью	с изолированной нейтралью
А	1,50	1,7
Б	2,25	2,6
В	3,10	3,5

 

Для увеличения разрядных напряжений в условиях загрязненной атмосферы применяют изоляторы с поверхностью, покрытой полупроводниковой глазурью или водоотталкивающей смазкой. В условиях эксплуатации применяется также периодическая обмывка изоляции.

Коэффициент запаса механической прочности принятых изоляторов согласно ПУЭ должен составлять: для ВЛ в нормальном режиме – не менее 2,7; при среднегодовой температуре, отсутствии гололеда и ветра – не менее 5,0; в аварийном режиме для ВЛ 500 кВ – не менее 2,0; а на напряжения 330 кВ и ниже – не менее 1,8.

 

Внутренняя изоляция

3.1. Общие сведенья и требования

Изоляционные конструкции, обеспечивающие изоляцию токоведущих частей машин, аппаратов, кабелей, конденсаторов, приборов и других элементов относятся к внутренней изоляции.

По конструктивному исполнению внутренняя изоляция может иметь различную форму и одновременно выполнять функцию крепежных деталей и теплоотводящей среды. По агрегатному состоянию внутренняя изоляция может быть газообразной, жидкой, твердой или комбинированной. Наиболее широкое применение получили сложные изоляционные конструкции и комбинации: бумажно-масляная изоляция (БМИ), маслобарьерная изоляция (МБИ), комбинированная изоляция на основе слюдопластов, стеклопластов, полимеров, связующих и других материалов.

Основными достоинствами внутренней изоляции являются: 1) высокая электрическая прочность (в 5–10 раз выше, чем воздуха), что позволяет резко сократить размеры изоляции; 2) высокая механическая прочность; 3) жидкая и газообразная изоляция обеспечивает хорошие условия охлаждения.

Характерными особенностями внутренней изоляции являются: 1) сложный характер зависимости электрической прочности при длительном воздействии напряжения; 2) зависимость электрической прочности от механических, тепловых и других внешних факторов, таких как увлажнение, загрязнение и т. п., которые в конечном итоге приводят к старению и разрушению изоляции; 3) для твердой изоляции, в том числе и комбинированной, электрический пробой носит необратимый характер.

Все эти специфические свойства внутренней изоляции не позволяют определить электрическую прочность перед вводом в эксплуатацию, т. к. после испытания электрооборудование будет не пригодно к эксплуатации. Поэтому электрическая прочность внутренней изоляции оценивается косвенным путем: измерением , интенсивности частичных разрядов, величины сопротивления изоляции , по результатам испытания на моделях и другими методами. Учитывая высокую стоимость оборудования и требования к надежности электроснабжения, электрическая прочность внутренней изоляции должна быть выше прочности внешней.

Исходя из вышеизложенного можно сформулировать общие требования к внутренней изоляции: 1) высокая кратковременная и длительная прочность, малые диэлектрические потери, стойкость к ЧР, отсутствие газовых включений; 2) хорошие тепловые свойства: теплопроводность, стойкость к тепловому старению, высокая допустимая рабочая температура, пожаро- и взрывобезопасность; 3) механические свойства: прочность конструкции, отсутствие трещин, расслоений и др. дефектов; 4) технологичность материала с точки зрения организации высокопроизводительного процесса при изготовлении электрооборудования; 5) материал должен удовлетворять экологическим требованиям: не выделять вредных газов, хорошо перерабатываться без загрязнения окружающей среды; 6) материалы не должны быть дефицитными и дорогими; 7) материал должен удовлетворять специфическим требованиям для данного оборудования (высокая , высокая рабочая температура, низкий  и т. д.).

Всем вышеперечисленным требованиям удовлетворяют комбинационные и композиционные конструкции на основе газообразных, жидких и твердых материалов органического и неорганического происхождения.

 

Газовая изоляция

Преимущества газовой изоляции: самовосстанавливаемость, стойкость к старению, пожаробезопасность, высокое удельное сопротивление , малый