Предмет техники высоких напряжений (ТВН)

ТЕХНИКА ВЫСОКИХ НАПРЯЖЕНИЙ (ТВН)

Содержание:
15.1. Предмет техники высоких напряжений (ТВН)  
15.2. Механизм нарушения электрической изоляции  
15.3. Характеристики отдельных видов высоковольтной изоляции  
  15.3.1.Воздушная изоляция
  15.3.2.Назначение и типы изоляторов
  15.3.3.Внутренняя изоляция
15.4. Электрические воздействия на электрическую изоляцию
  15.4.1.Грозовые перенапряжения и их ограничение
  15.4.2.Коммутационные перенапряжения и их ограничение
15.5. Испытания изоляции электрооборудования
  15.5.1.Испытания оборудования в процессе изготовления
  15.5.2.Профилактические испытания изоляции в эксплуатации
  15.5.3.Испытательное оборудование
15.6. Перспективные направления развития техники высоких напряжений
  15.6.1.Особенности проектирования изоляции оборудования постоянного тока
  15.6.2.Особенности проектирования изоляции оборудования ультравысокого напряжения
  Контрольные вопросы
  Литература для самостоятельного изучения

Необходимость обеспечения высоких технико-экономических показа­телей оборудования для производства и передачи электроэнергии, показа­телей линий электропередачи (ЛЭП) требует минимизации их габаритов, что при наличии высоких напряжений приводит к появлению сильных электрических полей в изоляционных конструкциях, разделяющих эле­менты оборудования и линий электропередачи, находящиеся под разными потенциалами (между собой и от заземленных элементов конструкции).

Сильные электрические поля могут вызывать процессы в изоляцион­ных конструкциях, приводящие к нарушению их электроизоляционных свойств, т.е. к возникновению аварийных режимов в энергосистемах. Эти

процессы часто развиваются при одновременном воздействии на изоляци­онные конструкции тепловых и механических нагрузок. Природа этих нагрузок — протекающие в оборудовании и линиях электропередачи сильные электрические токи, переменное электромагнитное поле и воз­действия окружающей среды.

При этом необходимо обеспечить надежную работу изоляции оборудо­вания при всех постоянно воздействующих на нее или кратковременно возникающих напряжениях.

Изоляция электрических установок разделяется на внешнюю и внут­реннюю. К внешней изоляции относятся воздушные промежутки (напри­мер, между проводами различных фаз электропередачи), внешние поверх­ности твердой изоляции (изоляторов), промежутки между контактами разъединителя и т.п. К внутренней изоляции относятся изоляции обмоток трансформаторов и электрических машин, изоляция кабелей, герметизи­рованная изоляция вводов, изоляция между контактами выключателя в отключенном состоянии и т.д. Внутренняя изоляция представляет собой комбинацию твердого и жидкого диэлектриков (например, в трансформа­торах) или твердого и газообразного диэлектриков (например, в гермети­зированных распределительных устройствах с элегазовой изоляцией).

Основной особенностью внешней (воздушной) изоляции является зависимость ее электрической прочности от атмосферных условий: давле­ния, температуры и влажности воздуха. На электрическую прочность изо­ляторов наружной установки существенно влияют также загрязнения их поверхности и атмосферные осадки.

Электрическая прочность внутренней изоляции электрооборудования практически не подвержена влиянию атмосферных условий. Ее особен­ностью является старение, т.е. ухудшение электрических характеристик в процессе эксплуатации. Очень трудно избежать возникновения в изоля­ции так называемых частичных разрядов. Вследствие изменения темпе­ратурного режима, вызванного колебаниями тока нагрузки, механических воздействий в твёрдой или жидкой изоляции образуются полости микрон­ных размеров, заполненные газом. В этих полостях возникают частичные разряды. Кроме того, на острых кромках электродов, на крепежных дета­лях аппаратуры возникает коронный разряд. Под действием этих разрядов изоляция разрушается, загрязняется продуктами разложения.

Вследствие диэлектрических потерь изоляция нагревается. При затруд­ненном отводе тепла, что характерно для изоляции большой толщины, чрезмерный нагрев может привести к тепловому пробою изоляции.

Воздушная изоляция после пробоя полностью восстанавливает свои изоляционные свойства, если снимается напряжение или гаснет дуга в месте пробоя.

Пробой твердой и комбинированной изоляции — явление необрати­мое, приводящее к выходу электрооборудования из строя. Жидкая и внут­ренняя газовая изоляция, как правило, после пробоя полностью не восста­навливают свои свойства, пробои приводят к ухудшению их характеристик.

Вследствие этого состояние внутренней изоляции контролируется во время эксплуатации, чтобы выявить развивающиеся в ней дефекты и пре­дотвратить аварийный отказ электрооборудования.

Изоляция электрических установок постоянно находится под воздей­ствием рабочего напряжения. В процессе эксплуатации возможны повыше­ния напряжения сверх рабочего — перенапряжения. Если их источником являются внутренние характеристики энергосистемы — электродвижущие силы генераторов системы, а причиной — нормальные или аварийные ком­мутации, сопровождающиеся колебательными процессами или резонанс­ными явлениями в системе, то такие перенапряжения называются внутрен­ними. Помимо внутренних перенапряжений на изоляцию электроустановок могут воздействовать также грозовые перенапряжения, причиной возник­новения которых являются удары молнии в электроустановки.

Воздушные электрические сети вследствие большой протяженности достаточно часто поражаются молнией. При этом на изоляции линий воз­никают весьма высокие напряжения, которые изоляция выдержать не может. Происходит пробой воздуха вдоль гирлянды изоляторов, переходя­щий в поддерживаемый источником рабочего напряжения дуговой разряд.

Помимо нарушения изоляции воздушных линий удары молнии приво­дят к появлению на проводах импульсов высокого напряжения, которые, распространяясь по проводам, достигают подстанций и воздействуют на установленное там электрооборудование.

Уровень грозовых перенапряжений зависит от интенсивности ударов молнии и характеристик пораженных объектов и поэтому является ста­тистической величиной. Внутренние перенапряжения зависят от вида коммутации, режима и характеристик электрической сети и коммутацион­ных аппаратов.

Ограничение перенапряжений в электрических установках до эконо­мически приемлемых значений производятся с помощью защитных аппа­ратов: трубчатых и вентильных разрядников, нелинейных ограничителей перенапряжений (ОПН).

Взаимное согласование значений воздействующих напряжений, характе­ристик защитной аппаратуры и электрических характеристик изоляции, обеспечивающее надежную работу и высокую экономичность электриче­ской установки, представляет собой главную технико-экономическую задачу проектирования электроустановки и называется координацией изоляции.

В соответствии с изложенным, «Техника высоких напряжений» (ТВН) — научная дисциплина, в которой рассматриваются электрические характе­ристики внешней и внутренней изоляции электроустановок, эксплуатация изоляции при рабочем напряжении, грозовые и внутренние перенапряже­ния и их ограничение, координация и методы испытания изоляции, а также изоляционные конструкции линий электропередачи и основных видов электрооборудования