Файл: Техника высоких напряжений учеб. пособие.pdf

Показывают, что кратность перенапряжений на подстанциях обычно ниже, чем на .пиниях. Поэтому, хотя для подстанции и линий принима­ ются приблизительно одинаковые значения расчетных кратностей пере­ напряжений, повторяемость перенапряжений с амплитудой, превы­ шающей расчетную кратность, для подстанций меньше, чем для линий.

В табл. 15.1, в качестве иллюстрации, приведено сопоставление вычисленных по формуле (15.16) и установленных ГОСТ 1516—68 испытательных и выдерживаемых напряжений относительно земли для силовых трансформаторов, причем для классов 150 и 220 кв— при наличии разрядников РВМК и в случае их отсутствия. ГОСТ 1516—68 устанавливает также соответствующие испытательные напря­ жения, выдерживаемые в сухом состоянии и под дождем для изоляции другихвидов оборудования и для изоляции между разными фазами и между разомкнутыми контактами одного полюса коммутационных аппаратов, которые являются производными от рассмотренных в таб­ лице основных напряжений.

Уровень изоляции при коммутационных перенапряжениях по ре­ комендациям МЭК может быть оценен приближенно по импульсному уровню изоляции, умноженному на коэффициент приведения, равный

0,8.

Весьма высокая стоимость изоляции и опасение возможных ча­ стичных повреждений внутренней изоляции критическими частич­ ными разрядами при одноминутном испытательном напряжении 50 гц поставили важную проблему всемерного приближения условий испы­ тания внешней и внутренней изоляции на коммутационные перена­ пряжения к реальным условиям эксплуатации. В настоящее время накоплена обширная статистическая информация о форме кривых и амплитудах таких перенапряжений, разработаны и созданы соответ­ ствующие испытательные установки, разработана методика оценки результатов испытания и проводятся многочисленные сравнительные исследования. Это даст возможность в ближайшем будущем стандар­ тизовать испытание изоляции напряжением, максимально приб­ лижающимся к реальным эксплуатационным воздействиям, и получить значительный технико-экономический эффект от повышения надеж­ ности и снижения стоимости изоляции, особенно для электрооборудо­ вания высших классов напряжения.

Координация изоляции электрооборудования при грозовых пере­ напряжениях заключается в выборе необходимого интервала коорди­ нации между кривой допустимых импульсных перенапряжений на изо­ ляции и характеристиками вентильных грозозащитных разрядников с учетом расстояния между оборудованием и разрядником и длины за­ щищенного подхода линии к подстанции (см. § 14.4). При этом будет обеспечен (см. табл. 14.7) сравнительно высокий показатель надеж­ ности грозозащиты (порядка одного раза в сотни лет).

Соответствие между кривой допустимых импульсных напряжений и фактической электрической прочностью внешней и внутренней изоля­ ций электрооборудования обеспечивается путем проведения импульс­ ных испытаний. ГОСТ 1516— 68 предусматривает испытания полным импульсом напряжения 1,5/40 мксек и срезанным при t = 2-f-3 мксек.

400

Связь между амплитудой допустимого импульсного напряжений І/тахдн соответствующим испытательным напряжением полного им­ пульса определяется, согласно принятой ВЭИ методике, по формуле

при противоположных полярностях импульса и рабочего напряжения.

Вкачестве иллюстрации в табл. 15.2 приведены допустимые грозо­ вые перенапряжения и испытательные импульсные напряжения для силовых трансформаторов 35-1-500 кв, установленные ГОСТ 1516—68,

идля 750 кв по техусловиям.

Врекомендациях МЭК расчетная амплитуда допустимых грозовых перенапряжений

причем коэффициент 1,2, обеспечивающий интервал между испытатель­ ным воздействием и расчетным, учитывает статистический разброс электрической прочности изоляции [см. (15.13)].

Внешняя и внутренняя изоляции электрооборудования по ГОСТ 1516—68 испытываются приложением трех полных и трех срезанных импульсов положительной и отрицательной полярностей с амплитудой,

401

соответственно равной Un „ н £/с, Внутренняя изоляция считается выдержавшей испытания, если при всех этих воздействиях не будет обнаружено никаких признаков ее повреждения. Для внешней изо­ ляции в случае хотя бы одного перекрытия должно быть проведено повторное испытание тремя такими же импульсами напряжения. Если и при этом произойдет хотя бы одно перекрытие, то объект счи­ тается не выдержавшим испытаний.

Надежность таких испытаний можно определить следующим обра­ зом. Вероятность того, что внешняя изоляция оборудования выдер­ жит импульсные испытания, равна

держит испытания соответственно полным импульсом положительной

где Pt— вероятность перекрытия изоляции при одиночном испытании

таний разные, причем в большинстве случаев наибольшее значение имеет вероятность Рх перекрытия при положительном полном импуль­ се. С достаточной для практики точностью можно считать, что Рпсп = = Я -.„ ^ 0 ,9 9 . Это будет означать, что в среднем один из ста испытан­ ных на заводе объектов не выдержит испытаний. Тогда из формул (15.22) и (15.23) получим, что 1 — Р,=0,96. Следовательно, вероят­ ность перекрытия изоляции при воздействии положительного импульса 1,5/40 мксек с амплитудой Un_„ равна Р ,=0,04.

е. Координация изоляции электрических машин

Проблема координации изоляции электрических машин весьма не­ определенна из-за ограниченной информации об ее электрической проч­ ности и воздействующих перенапряжениях в условиях эксплуатации.

В процессе изготовления машины ее изоляция для контроля под­ вергается одноминутным пооперационным технологическим испыта­ ниям напряжением промышленной частоты: готовый стержень или катушка ()оп, = 3,5 t/H0M; фаза обмотки после укладки в пазы машины и сборки Uon2 = 3,0 (Уном. Затем проводится контрольное испытание изо­ ляции новой машины пофазно:

^контр = 2^ном+ 1000 6 при и тя< 3000 б-, ^контр = 2.5и тя при 3000 в < 1!тя < 6000 Ö; ^KOlITp 2Umyi + 3000 в при ІІтм > 6000 в.

В процессе эксплуатации изоляция обмотки статора периодически, не реже одного раза в два года, проходит профилактическое одномш

402

мутное испытание напряжением промышленной частоты: для генера­ торов ^ 1іроф = (1,5-М,7) UmM-,для электродвигателей і/„ ф= 1,5 Д1ЮМ-|- ч-1000 в.

Однако в процессе эксплуатации электрическая прочность даже сравнительно короностойкой изоляции может существенно снизиться

пробиться под воздействием «допустимого» перенапряжения или даже нормального рабочего напряжения. Повышение испытательного на­ пряжения нежелательно из-за возможного ускоренного старения изо­ ляции во время испытания и соответствующего снижения срока служ­ бы. Нежелательно также по технико-экономическим соображениям уменьшение интервала времени между профилактическими испытани­ ями.

У с л о в и я к о о р д и н а ц и и из ол я цни э л е к т р и ч е с к и х м а ­ шин устанавливаются на основании многолетнего опыта изготовле­ ния, эксплуатации и испытания машин на заводах и в энергосистемах:

1) допустимая напряженность в изоляции при рабочем напряжении £д раб= 15-г-ЗО кв/см (см. рис. 8.25); уровень частичных разрядов и со­ ответствующее рабочее напряжение устанавливаются на основании длительного опыта эксплуатации изоляции каждого типа исходя из обеспечения среднего Срока службы порядка 20 лет;

2)допустимое квазистационарнсе перенапряжение не должно пре­ вышать линейного наибольшего длительнодопустимого напряжения машины, которое может иметь место на главной изоляции машины при заземлении одной из фаз в сети с изолированной или заземленной через дугогасящую катушку нейтралью;

3)допустимые коммутационные (в том числе и дуговые) перенапря­ жения с учетом старения изоляции не должны превышать 90% ампли­ туды испытательного напряжения в эксплуатации; ток замыкания на землю не должен превышать 5 а;

4)допустимые грозовые перенапряжения не должны превышать амплитуды испытательного напряжения в эксплуатации. Длина фронта

из-за перенапряжений на нейтрали и на междувитковой изоляции (в случае многовитковых обмоток) должна быть не менее 10-т-20 лі/ссек в зависимости от эквивалентной волновой длины обмотки при рас­ пространении волны по трем фазам.

В последнее время получает все более широкое распространение испытание изоляции выпрямленным напряжением (2,54-3,5) Uvm,. Исследования показывают, что оно лучше выявляет местные дефекты типа трещины или прокола и в то же время не вызывает заметного старения, несмотря на существенно повышенную напряженность элек­ трического поля. Однако распределение постоянного напряжения происходит по утечкам и может существенно отличаться от распреде­ ления напряжения .50 гц или перенапряжений в эксплуатации. В связи с этим проводятся многочисленные исследования с другими формами воздействующих напряжений (низкая частота порядка 14-2 гц, один полупериод 50 гц, трапецеидальное напряжение и др.). Изучаются старение изоляции при этих воздействиях, их соответствие реальным

403

условиям эксплуатации и их избирательная способность выявлять местные дефекты.

Внедрение новых методов испытания изоляции электрических ма­ шин и дальнейшее усовершенствование характеристик разрядников позволили повысить надежность н долговечность изоляции и умень­ шить ее толщину. Увеличение коэффициента заполнения паза на 1% повышает мощность машины примерно на 0,75%. Все это обещает дать большой технико-экономический эффект.

§ 15.2. ИЗОЛЯЦИЯ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

а. Выбор линейных воздушных промежутков

Габариты воздушных линий определяются необходимыми длинами воздушных промежутков в пролете (между проводом и землей, между проводами соседних фаз, между проводом и тросом) и на опорах (ме­ жду проводом и стойкой, траверсой пли оттяжкой) с учетом провеса, качания, пляски проводов и др.

Требование надежной работы изоляции электропередачи определяет допустимость одного перекрытия с провода на землю в течение 10 лет (см. § 15.1). Однако такая частота пробоев не может быть допущена по соображениям безопасности. Для выбора промежутка провод — земля должен быть использован критерий практической невозможности по­ ражения разрядом под линией. Для реализации этого требования с помощью аппарата теории вероятностей должен быть установлен сред­ ний срок, в течение которого можно ожидать одно поражение на линии, например 100 лет. Не следует понимать буквально, что при таком под­ ходе один раз в сто лет на каждой линии будет убито по человеку. В действительности вероятность появления человека в том именно пролете, где произойдет один разряд в 100 лет, и в том именно месте, куда случайно разовьется разряд, настолько мала, что принятым сро­ ком в 100 лет обеспечивается принцип практической невозможности поражения под линией. Следует считаться с возможностью пробоя воздушного промежутка между проводом и землей(или транспортом) только при коммутационных перенапряжениях, так как при грозовых перенапряжениях его прочность значительно выше (примерно 500 кв/м), а при обеспечении достаточной надежности при коммутационных пе­ ренапряжениях пробой при рабочем напряжении практически не­ возможен.

Принятому сроку 100 лет соответствует одно опасное перенапря­ жение в течение 50 лет из-за существенного различия электрической прочности воздушных промежутков при положительной и отрицатель­ ной полярности напряжения, т. е. расчетная кратность перенапряже­ ний для этого случая соответствует 50-летней кратности. Чтобы не вво­ дить двойную шкалу расчетных кратностей коммутационных перена­ пряжений для выбора изоляции по условию надежности п по безопас­ ности, .можно воспользоваться отношением между 50-летией и 5-лет­ ней кратностями по данным исследований статистических распределе­ ний амплитуд перенапряжений в электрических сетях и ввести в фор­

404