Работа изоляции в условиях длительного воздействия рабочего напряжения
Перенапряжения, воздействующие на электроустановки
Перенапряжения, воздействующие на изоляцию электроустановок, можно разделить на грозовые и внутренние.
Грозовые перенапряжения возникают при поражении электрической установки разрядом молнии. С грозовым разрядом связано возникновение волн перенапряжений, достигающих нескольких тысяч киловольт. При отсутствии специальной защиты такие перенапряжения достаточны для перекрытия и повреждения изоляции установок любого номинального напряжения. Эти перенапряжения распространяются в электрической системе в форме волн и проникают во все элементы системы, в частности в аппаратуру и обмотки трансформаторов. Возникающие при этом переходные процессы приводят к резкому повышению напряжений, воздействующих на внутреннюю изоляцию трансформаторов и аппаратов. Поэтому защита от грозовых перенапряжений является обязательным элементом надежной работы электрической системы.
Внутренние перенапряжения возникают при переключениях в сети, при дуговых замыканиях на землю в сетях с изолированной и компенсированной нейтралью, а также при резонансных явлениях, возникающих на длинных линиях и в несимметричных режимах. Такие перенапряжения существенно зависят от характеристик оборудования, в первую очередь выключателей, и схем сети. Внутренние перенапряжения, так же как и грозовые, носят статистический характер. Они могут в 3-3,5 раза превышать фазное напряжение установки. Как правило, изоляция установок до 220 кВ включительно такие напряжения выдерживает. При более высоких номинальных напряжениях амплитудные значения внутренних перенапряжений могут стать выше значений пробивных напряжений изоляции. Приходится применять различные способы ограничения внутренних перенапряжений.
Взаимное согласование значений воздействующих напряжений, характеристик защитной аппаратуры и электрических характеристик изоляции, обеспечивающее надежную работу и экономичность электрической установки называется координацией изоляции и представляет собой главную технико-экономическую задачу проектирования электроустановки.
На протяжении всего срока службы изоляция находится под воздействием рабочего напряжения установки. В таблице приведена шкала принятых у нас в стране номинальных (средних междуфазных рабочих) напряжений. В процессе эксплуатации имеют место отклонения от номинального напряжения, обусловленные падением напряжения в элементах электрической системы. При этом наибольшие рабочие напряжения в системе не должны превосходить значений, указанных в таблице. Там же приведены величины наибольших фазных напряжений, которые прикладываются к изоляции между токоведущими частями и землей.
Нежелательные последствия пробоя воздуха - это возможность возникновения устойчивой дуги. На линиях электропередачи дуговое замыкание на землю или между проводами приводит к отключению линии на время, необходимое для восстановления изоляции.
Возможность ликвидации дуговых замыканий на землю, представляющих собой наиболее распространенный вид нарушений нормальной работы сети, зависит от способа заземления нейтрали.
При работе сети с изолированной нейтралью через место однофазного замыкания на землю проходит емкостный ток неповрежденных фаз. В сетях небольшой напряженности, имеющих небольшие емкостные токи, дуга гаснет при первом прохождении тока через нуль и нормальная схема электроснабжения восстанавливается без отключения поврежденного участка. Таким образом, большинство однофазных замыканий на землю оказываются неопасными. Повышение протяженности сети вызывает увеличение емкостных токов, что приводит к затяжному горению дуги, развитию колебаний из-за ее неустойчивого характера, возможности переброски дуги на другие фазы. Для облегчения условий гашения дуги в нейтрали трансформаторов включаются реакторы с большой индуктивностью (дугогасящие реакторы); при однофазном замыкании на землю индуктивный ток реактора компенсирует емкостный ток, в результате чего ток замыкания на землю резко уменьшается. Это приводит к ликвидации дуги и восстановлению нормальных условий работы.
Эти сети не отключаются при однофазных замыканиях на землю, поэтому в них возможны повышения напряжения на неповрежденных фазах до линейного.
В сетях с заземленной нейтралью ток однофазного к.з. приводит в действие релейную защиту, вызывающую селективное повреждение отключенного участка. Благодаря быстрому отключению дуга не успевает переброситься на другие фазы или причинить повреждение изоляции. Линия может быть вновь включена в работу через доли секунды, что используется в системах автоматического повторного включения (АПВ).
Поскольку изоляция постоянно находится под рабочим напряжением, а также испытывает механические, тепловые и другие воздействия, она постепенно теряет свои первоначальные свойства, и ее электрическая прочность снижается - изоляция подвергается старению. Необходимо, чтобы в течение всего срока службы, на который рассчитана установка, так называемая длительная прочность изоляции не снизилась бы до величины наибольшего рабочего напряжения установки.