Выбор основных изоляционных промежутков ЛЭП и РУ

Воздушные промежутки являются естественной изоляцией ВЛ и РУ. Напряжение пробоя воздушных промежутков зависит от многих факторов: климатических условий, однородности поля, конструкции опор и расположения проводов. В установках 330 кВ и выше напряжения пробоя зависит также от расщепления проводов, полярности и значения напряжения соседних фаз.

При выборе расстояния между токоведущими частями, между токопроводами и заземленными конструкциями необходимо учитывать безопасность обслуживания и экологическое влияние высокого напряжения на персонал, а также требования техники безопасности при движении транспортных средств.

Во всех случаях разрядные напряжения воздушных промежутков должны быть на 10–15 % больше, чем воздействующие напряжения. Кроме того, электрическая прочность промежутков должна быть скоординирована с электрической прочностью гирлянд изоляторов при рабочих напряжениях, грозовых и внутренних перенапряжениях.

Для ОРУ напряжением до 220 кВ за основу принимают испытательные напряжения грозовых импульсов, а для ОРУ 330 кВ и выше – испытательные напряжения промышленной частоты.

По условию воздействия атмосферных перенапряжений расчетная величина импульсного разрядного напряжения принимается равной 50%-ному разрядному напряжению гирлянды при положительной полуволне.

По условиям внутренних перенапряжений разрядное напряжение воздушного промежутка должно удовлетворять условию

,                         (2.8)

где  – коэффициент кратности внутренних перенапряжений;  – коэффициент, учитывающий метеорологические условия, равный 0,89; 0,84; 0,74 соответственно для высот 500, 1000 и 2000 м над уровнем моря.

Наименьшие размеры воздушных промежутков для ВЛ и РУ, принятые на основе исследований и опыта эксплуатации приводятся в ПУЭ.

Изоляционные расстояния между фазами в РУ принимаются на 10 % больше, чем между фазой и землей. При гибкой ошиновке изоляционные расстояния должны быть увеличены с учетом возможных сближений проводов под действием ветра и токов короткого замыкания.

Для обеспечения безопасности обслуживающего персонала в тех местах, где это необходимо, расстояния должны быть увеличены на следующие величины: минимальное расстояние от токоведущих конструкций до земли на 270 см, при этом расстояние от нижней кромки диэлектрической части изолятора до земли не должно быть меньше 250 см; минимальное расстояние между токоведущими частями и ограждениями, зданиями и сооружениями на 200 см; минимальное расстояние от токоведущих частей до транспортируемого оборудования на 75 см.

Расстояние провод-земля выбирается по уровню внутренних перенапряжений исходя из условия проезда транспорта высотой 4 м. Под ЛЭП в точке наибольшего провисания проводов, а при напряжениях 750–1150 кВ – исходя из допустимого значения напряженности поля на высоте 1,8 м (таблица 2.4).

Таблица 2.4 – Допустимое значения напряженности поля на высоте 1,8 м

, кВ/м	6–20	35–110	150	220	330	500	750	1150
, м	6	6	6,5	7	7,5	8
, кВ/м						7	12,0	14,0

 

С точки зрения экологического влияния высоких и сверхвысоких напряжений кроме минимальных расстояний регламентируется время пребывания персонала в электрическом поле. Для этого в ОРУ и в полосе ВЛ по результатам измерений составляется карта напряженности электрического поля.

Допустимая продолжительность пребывания человека в электрическом поле в течении суток приведена в таблице 2.5.

Таблица 2.5 – Длительность пребывания в электрическом поле

Напряженность поля, кВ/м	5	10	15	20	25
Время пребывания, мин	не огр.	180	90	10	5

 

Если напряженность на рабочем месте превышает 25 кВ/м или продолжительность работы превышает допустимое время, то работы должны производиться с применением средств защиты, например, экранирующей одежды.

Если кроме обслуживающего персонала рядом могут находиться местные жители, то напряженность электрического поля не должна превышать 15 кВ/м в населенных пунктах и 20 кВ/м в ненаселенной местности.

Для ВЛ сверхвысокого напряжения устанавливаются зоны влияния. Например, для ЛЭП 750 кВ зона влияния составляет 40 м. Время пребывания в зоне влияния не должно превышать 1,5 ч в сутки.

Для обеспечения безопасности местного населения в зоне вывешиваются предупредительные знаки и проводится периодический инструктаж. В зоне влияния запрещается складирование материалов и горючего, установка различных металлических емкостей, строительство загонов для скота.

В пролетах ВЛ расстояния между проводами сохраняются такими же как и на опорах. Расстояния между проводами и тросами в середине пролета зависят от длины пролета (таблица 2.6)

Таблица 2.6 – Расстояния между проводами и тросами в середине пролета

, м	100	200	300	400	500	600
, м	3,2	4,0	5,5	7,0	8,5	10,0

 

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 . Применение газов в качестве изолирующей среды позволяет снизить массу и габариты конструкции. Для обеспечения безопасной и надежной конструкции необходимо, чтобы газы удовлетворяли следующим требованиям: 1) газы должны быть стойкими к электрическим разрядам и не выделять токсичных веществ; 2) не вступать в химические реакции с контактирующими материалами; 3) обладать высокой теплопроводностью и иметь низкую температуру сжижения, допускающую работу при высоких давлениях; 4) быть негорючими; 5) иметь низкую стоимость;

В настоящее время в качестве изоляции применяют следующие газы: воздух, элегаз, азот и смесь азота с элегазом.

Элегаз. Прочность элегаза в 2,5 раза выше электрической прочности воздуха. Его электрическая прочность возрастает пропорционально давлению, однако увеличение давления ограничевается возможностью сжижения: температура сжижения  при давлении .

Механизм развития разрядных процессов в элегазовой изоляции такой же, как и в воздухе. В резконеноднородных полях зависимость  имеет максимум (рис. 3.1). Максимум объясняется образованием при ионизации объемного заряда вокруг электрода, который как бы увеличивает радиус его кривизны, выравнивая тем самым поле. Снижение  после достижения максимума объясняется частичной нейтрализацией положительного объемного заряда электронами лавин. Затем разряд переходит в стримерную стадию, и напряжение пробоя уменьшается, приближаясь к начальному напряжению возникновения короны. Выбирая рабочее давление изоляционного газа, следует учитывать эту аномалию (рис. 3.1).

Напряжение возникновения короны и электрическая прочность элегазовой изоляции зависит от однородности поля и площади электродов. Напряжение перекрытия по поверхности твердой изоляции в среде элегаза также как и в воздушных промежутках ниже, чем прочность чистого элегаза. Это объясняется в основном неоднородностью электрического поля возле поверхности изоляции, вызванной наличием загрязнений, влаги и т.п.

Недостатки элегазовой изоляции: 1) необходимость хорошей герметизации конструкции; 2) необходима высокая степень чистоты всей конструкции от пыли, влаги, металлической стружки, волокон. Наличие этих веществ приводит к разложению элегаза и образованию химически активных веществ.

Применение элегаза – изоляция КРУЭ на напряжение 110–220 кВ при . Разрабатывается КРУЭ на 1150 кВ; изоляция кабелей, трансформаторов, конденсаторов. Использование элегаза позволяет на порядок увеличить ток отключения и время отключения тока коммутационными аппаратами.

Азот. Применяется как изолирующая среда трансформаторов (в качестве прослойки, изолирующей трансформаторное масло от воздуха для исключения его увлажнения и окисления), конденсаторов, как чистый так и в смеси с элегазом.

 

Вакуумная изоляция

К вакуумной относится газовая изоляция, находящаяся под давлением 0,01–0,2 кПа (для сравнения атмосферное давление составляет 100 кПа). Глубокий вакуум возникает при . Характерной особенностью вакуумной изоляции является высокая электрическая прочность (  при ), хорошие дугогасящие свойства, низкая теплопроводность.

Механизм пробоя вакуума в основном объясняется автоэлектронной и вторичной эмиссией. При локальных нагревах электродов могут образовываться газо- или парообразные выбросы с их поверхности. Пробивные напряжения зависят от чистоты поверхности, формы поля, числа разрядов и др. факторов. В силу этого  имеет большой разброс. Для увеличения  вакуумной изоляции применяют тренировку (выдержка под напряжением).

Недостатки вакуумной изоляции: 1) сложность получения глубокого вакуума; 2) обработки токоведущих частей; 3) осуществления привода подвижных частей электрооборудования.

Область применения вакуума: КРУ, электровакуумные приборы, высоковольтные выключатели, конденсаторы, вакуумные разрядники.

 

Жидкая изоляция

Жидкая изоляция как и газовая обладает самовосстанавливающимися свойствами и хорошими теплопроводящими свойствами. Кроме того, некоторые жидкие диэлектрики обладают и дугогасящими свойствами.

В качестве жидких диэлектриков в настоящее время используются различные нефтяные масла, а также синтетические, кремнийорганические и фторорганические жидкости.

Электрические разряды в жидких диэлектриках могут иметь электрический, тепловой или электрохимический характер или их сочетание. На электрическую прочность жидких диэлектриков значительное влияние оказывают различные примеси: вода, газы, волокнистые материалы, а также однородность поля и температура.