Основные виды изоляции

2. Изоляция высоковольтных конструкций подразделяется на внешнюю и внутреннюю.

3. Внешней изоляцией называются части изоляционной конструкции, в которых изолирующей средой является атмосферный воздух, в том числе у поверхности твердого диэлектрика. Электрическая прочность внешней изоляции зависит от атмосферных и других внешних условий. Несмотря на его сравнительно низкую электрическую прочность всего Е_пр=1−30 кВ/см, воздушная изоляция имеет ряд достоинств: малая стоимость, отсутствие старения, способность восстанавливать свои изолирующие свойства после погасания разряда.

4. Внутренней изоляцией называются части изоляционной конструкции, в которых изолирующей средой являются жидкие, твердые или газообразные диэлектрики или их комбинации, не имеющие прямых контактов с атмосферным воздухом.

5. Длительная практика создания и эксплуатации различного высоковольтного оборудования показывает, что во многих случаях весь комплекс требований наилучшим образом удовлетворяется при использовании в составе внутренней изоляции комбинации из нескольких материалов, дополняющих друг друга и выполняющих несколько различные функции. Так только твердые диэлектрические материалы обеспечивают механическую прочность изоляционной конструкции; обычно они имеют и наиболее высокую электрическую прочность. Высокопрочные газы и жидкие диэлектрики легко заполняют изоляционные промежутки любой конфигурации, в том числе тончайшие зазоры, поры и щели, чем существенно повышают электрическую прочность, особенно длительную.

6. Наиболее широкое распространение получили следующие виды изоляции.

7. Бумажно-пропитанная изоляция. Исходными материалами для изготовления бумажно-пропитанной изоляции (БПИ) служат специальные электроизоляционные бумаги и минеральные (нефтяные) масла (бумажно-масляная изоляция) или синтетические жидкие диэлектрики.

8. Бумажно-пленочная изоляция обладает более высокой кратковременной и длительной электрической прочность. Недостатками БПИ являются невысокая допустимая рабочая температура (не более 90 °С) и горючесть.

9. Маслобарьерная изоляция (МБИ). Основу этой изоляции составляет минеральное трансформаторное масло, которое надежно заполняет изоляционные промежутки между электродами любой сложной формы и обеспечивает хорошее охлаждение конструкции за счет конвективного или принудительного движения.

10. Достоинствами МБИ являются относительная простота конструкции и технологии, интенсивное охлаждение активных частей оборудования, а также возможность восстановления качества изоляции в эксплуатации путем сушки и замены масла.

11. Основные недостатки МБИ − меньшая, чем у бумажно-масляной изоляции, электрическая прочность, пожаро-и взрывоопасность конструкции. Маслобарьерная изоляция используется в качестве главной в силовых трансформаторах от 10 до 1150 кВ, в автотрансформаторах и реакторах высших классов напряжения.

12. Изоляция на основе слюды. На основе слюды выполняется высоковольтная изоляция класса нагревостойкости В с допустимой рабочей температурой 130 °С для статорных обмоток крупных электрических машин. Основными исходными материалами служат микалента или стеклослюдинитовая лента.

13. Пластмассовая изоляция в промышленных масштабах используется пока только в силовых кабелях на напряжения до 220 кВ и в импульсных кабелях. Основным диэлектрическим материалом в этих случаях является полиэтилен низкой и высокой плотности.

14. Газовая изоляция. Для выполнения газовой изоляции в высоковольтных конструкциях используются азот, двуокись углерода и элегаз. Наиболее перспективным является элегаз. Он имеет наибольшую среди указанных газов электрическую прочность, высокие дугогасящие свойства и является хорошей теплоотводящей средой. Основной областью применения элегазовой изоляции являются герметизированные распределительные устройств (ГРУ) на напряжения 110 кВ и выше.

15. На оборудование, работающее в электрических сетях, воздействуют следующие виды напряжения: рабочее напряжение; внутренние перенапряжения; грозовые перенапряжения.

16. Рабочее напряжение. В России электрические сети подразделяютсяна классы напряжения, которые совпадают с номинальным линейным напряжением сети U_ном. ГОСТ 1516.3-96 устанавливает для каждого класса напряжения наибольшее рабочее напряжение (линейное) U_{раб.наиб}, которое равно U_{раб.наиб} = k_p∙U_ном, причемзначение k_pпринимается 1,05−1,2.

17. Внутренние перенапряжения. Наиболее важной характеристикой перенапряжения является максимальное значение U_max или кратность k_n по отношению к амплитуде наибольшего рабочего фазного напряжения U_{раб.наиб}

18. Для оборудования подстанций вводится понятие о расчетной кратности внутренних перенапряжений k_pк., для которой появление перенапряжений с большей кратностью маловероятно (1 раз в 50−100 лет). Значение расчетной кратности внутренних перенапряжений выбирается из технико-экономических соображений с учетом характеристик защитных устройств.

19. Грозовые перенапряжения. При ударе молнии в провод линии электропередачи или при ударе молнии в грозозащитный трос или опору и перекрытии гирлянды изоляторов с опоры на провод по проводу начинает распространяться волна, набегающая на подстанцию. Расчетные значения напряжений, воздействующих на изоляцию оборудования при грозовых перенапряжениях U_{возд. гроз} = k_гроз∙U_{ост. разр}, где U_{ост. разр} − остаюшееся напряжение на разряднике при токах координации; k_гроз − коэффициент, учитывающий перепад напряжения между разрядником (ОПН) и защищенным объектом.

1.2.Изоляция воздушных линий электропередач

Основной изоляцией воздушных линий (ВЛ) служит атмосферный воздух. Разрядные напряжения воздушных промежутков зависят отих длины, формы электродов, метеорологических условий, длительности воздействия и скорости нарастания напряжения.

Линейные изоляторы по конструкции разделяются на тарельчатые, штыревые и стержневые (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Линейные изоляторы: а − штыревой; б − тарельчатый; в − стержневой фарфоровый; г − стержневой стеклопластиковый

Тарельчатые и штыревые изоляторы изготавливаютиз электротехнического фарфора или закаленного стекла, стержневые − из высокопрочного фарфора или полимеров, В последнее время тарельчатые изоляторы, в основном, выпускают из закаленного стекла.

В ряде европейских стран нашли применение длинностержневые изоляторы из высокопрочного фарфора, которые практически не пробиваются. Так как фарфор работает в длинностержневых изоляторах на растяжение, то их механическая прочность меньше тарельчатых.

Распределение напряжения вдоль гирлянды изоляторов. Электрическое поле провода на опоре определяется близостью земли, заземленных траверсы и стойки или стоек опоры.Наличие гирлянды несущественно искажает общую картину электрического поля, однако распределение напряжения вдоль гирлянды зависит от параметров изоляторов. Изоляторы в сухом состоянии представляют собой конденсаторы, емкость которых изменяется от 25 до 80 пФ. Металлические части изоляторов обладают, кроме того, емкостями относительно земли, провода и других изоляторов. Поскольку частичные емкости изоляторов относительно земли больше, чем относительно провода и соизмеримы со «сквозной» емкостью гирлянды С_г распределение напряжения по изоляторам неравномерно и наибольшее падение напряжения приходится на ближайшие от провода изоляторы. С увеличением длины гирлянды ее сквозная емкость уменьшается, а емкость относительно земли возрастает, что приводит к еще более неравномерному распределению напряжения. Для примера на рис. 2.2 приведено распределение напряжения в процентах по изоляторам гирлянды для ВЛ 500 кВ.

Рис. 2.2. Зависимость напряжения на изоляторе ΔU от напряжения на гирлянде из 22 изоляторов ПС120 ВЛ 500 кВ от порядкового номера изолятора при отсчете от провода

Для выравнивания распределения напряжения по длине натяжных гирлянд применяют тороидальные экраны, которые практически не изменяют разрядных напряжений гирлянды, но устраняют радиопомехи. В некоторых случаях для выравнивания распределения напряжения гирлянду около провода расщепляют на две, тем самым увеличивают эквивалентную сквозную емкость расщепленного участка гирлянды. Выравнить распределение напряжения можно также путем применения изоляторов с полупроводящим покрытием

При выборе изоляции в первую очередь необходимо обеспечить безопасность людей, животных и механизмов, передвигающихся под линиями и вблизи оборудования подстанций.

Практика проектирования ВЛ показала, что с экономической точки зрения целесообразно выбирать изоляцию из условия ее надежной и безопасной работы при рабочем напряжении. Если при расчете по коммутационным и грозовым перенапряжениям длины гирлянд изоляторов получаются больше рассчитанных из условия надежной работы по рабочему напряжению, то необходимо при проектировании электропередачи предусмотреть мероприятия, которые снижают перенапряжения (применение реакторов, ограничителей перенапряжений, выключателей с шунтирующими сопротивлениями, грозозащитных тросов и др.) до уровня, прикотором обеспечивается надежная работа изоляции при коммутационных и грозовых перенапряжениях.

Существуют два пути выбора изоляции. Первый предназначается для обычных линий электропередачи и подстанций и производится поП УЭ и другим нормативным документам, которые были сформулированы врезультате обобщения многолетнего опыта эксплуатации и специальноорганизованных научно-исследовательских работ.

Второй применяютдлянестандартных линий электропередачи и основывается на статистическом или комбинированном методах выбора изоляции.

Поскольку с уменьшением давления воздуха влагоразрядные напряжения загрязненных изоляторов снижаются, при выборе изоляции воздушных линий 110−750 кВ, проходящих на высотах от 1 до 2, от 2 до 3 и от 3 до 4 км, удельная длина пути утечки должнабыть увеличена на 5, 10 и 15 % соответственно.

Число изоляторов в гирлянде изменяется в следующих пределах табл. 2.1.

Таблица 2.1

Uном, кВ
Длина гирлянды, м	1,3−1,7	2,3−2,5	2,9−3,5	4,3−4,5
Число изоляторов в гирлянде, шт	6−8	10−14	15−21	21−29

 

Выбор изоляции линии на деревянных опорах имеет особенности.

В настоящее время деревянные опоры используются на линиях с номинальным напряжением до 220 кВ; сооружение таких линий обходится дешевле, чем линий на металлических опорах. У нас в стране длина линий на деревянных опорах составляет примерно одну треть общей протяженности сетей напряжением 35 кВ и выше.

Участки деревянных траверс на опорах оказываются соединенными последовательно с гирляндами изоляторов. Однако общая электрическая прочность такой комбинированной изоляции получается существенно ниже суммы прочностей отдельно взятых ее элементов. Объясняется это сложным характером распределения напряжения между гирляндой и участком траверсы, зависящим к тому жеотформы воздействующего напряжения.

По данным ВНИИЭ деревянная траверса увеличивает мокроразрядное напряжение линейной изоляции на 15−20 %. Этого вполне достаточно, чтобы сократить количество изоляторов в гирляндах на один элемент. На линиях 35−220 кВ с деревянными опорами количество изоляторов в гирляндах принимается на один меньше, чем на металлических опорах.