Файл: Мельников, Н. А. Проектирование электрической части воздушных линий электропередачи 330-500 кВ.pdf

рактеристикой, с достаточной степенью точности характеризу­

ется двумя параметрами: 50%-ным импульсным разрядным напряжением гирлянды U50% и ее разрядным напряжением Uptl

По этим параметрам, используя приведенную ниже эмпи­ рическую формулу, можно построить вольт-секундную характе­ ристику гирлянды:

(7-16)

где

(7-17)

В связи с кратковременностью грозовых процессов дождь и любое другое увлажнение слабо влияют на импульсное раз­ рядное напряжение гирлянд и практически могут не учиты­ ваться.

Разрядные напряжения загрязненных и увлажненных гир­ лянд изоляторов. В районах с загрязненной атмосферой на изо­ ляторах осаждается сухой слой загрязнения, который только в незначительной степени уменьшает их разрядное напряжение. Снижение электрической прочности гирлянд происходит в тех случаях, когда загрязнение, содержащее проводящие вещества, увлажняется во время тумана, моросящего дождя или появле­ ния росы. После насыщения влагой проводящие вещества рас­ творяются, что приводит к снижению на несколько порядков со­ противления поверхностного слоя загрязнения.

Интенсивность загрязнения отдельных участков поверхности изолятора и степень их увлажнения зависят от конструктивных особенностей изоляторов, условий загрязнения и увлажнения

164

и носят неравномерный характер. После приложения напряже­ ния по увлажненным и загрязненным изоляторам начинает про­ текать ток утечки, пропорциональный проводимости слоя за­ грязнения. Это явление аналогично процессам разряда по ув­ лажненной поверхности гирлянды и сопровождается образова­ нием в местах с наибольшей плотностью тока у пестиков на поверхности изоляторов коротких предварительных разрядов сине-фиолетового цвета, которые не имеют тенденции к удлине­ нию и, следовательно, опасности для изоляции не представляют. Через несколько минут после образования частичных дуг в ре­ зультате выделения энергии в увлажненном слое загрязнения на поверхности изоляторов образуется последовательно вклю­ ченная кольцевая подсушенная зона, достигающая 5—10 см по диаметру, и ток утечки прерывается. Процесс высыхания сопро­ вождается перераспределением напряжения вдоль пути утечки и в результате к подсушенной зоне оказывается приложенным более 95% напряжения, приходящегося на изолятор. При этом происходят периодические перекрытия сухой зоны частичными разрядами темно-желтого цвета с относительно большим током, характерными для дугового разряда формами кривых тока и на­ пряжения и падающей вольт-амперной характеристикой. Ча­ стичные дуги способствуют радиальному расширению сухой зо­ ны и также переходят на неподсушеннуго часть изолятора. Пре­ дельная длина частичного разряда зависит от напряжения, приложенного к изолятору, и тока, протекающего через частич­ ную дугу, который в свою очередь зависит от степени за­ грязнения и увлажнения изоляторов. Отмечено, что при ско­ рости ветра более 22 м/с дуги исчезают. Частичные дуги, возникающие во время периодических перекрытий сухой зоны,

изоляции в результате снижения поверхностного сопротив­ ления.

Интенсивные загрязнения, сопровождаемые повышенной влажностью, могут снизить разрядные напряжения одиночного изолятора с 40—50 кВ до 6—10 кВ.

Для определения оптимальной конфигурации изоляторов, предназначенных для эксплуатации в условиях различного рода загрязнений, и составления рекомендаций по выбору уровней изоляции линий, работающих в районах с загрязненной атмос­ ферой, широко проводятся полевые и лабораторные испытания. В районах, где предусматривается интенсивное строительство линий электропередачи, сооружаются сетевые испытательные стенды, на которых в условиях загрязненной атмосферы посто­ янно находятся под напряжением гирлянды изоляторов различ­ ных конфигураций. На стендах производятся измерения токов

165

утечки и поверхностного сопротивления изоляторов при естест­ венном и искусственном увлажнении.

В полевых условиях измеряют токи утечки в первую очередь на гирляндах, где происходят видимые разряды. Количество толчков тока утечки, их величина и последовательность зависят от конструкции изоляторов, степени их загрязненности и усло­ вий погоды. Например, в сухую погоду токи утечки по загряз­ ненной изоляции не превышают 5 мА и не представляют опас­ ности для изоляции. При токах утечки до 15 мА линия элек­ тропередачи, как правило, продолжает надежно работать, но отдельные случаи перекрытия могут наблюдаться, если поверх­ ность изоляторов загрязнена неравномерно. Возрастание тока утечки до 40 мА показывает, что вероятность перекрытия резко увеличилась. При токах утечки 100 мА и более перекрытие гир­ лянд изоляторов становится вполне вероятным. Широкое рас­ пространение получили также лабораторные испытания, при которых равномерное загрязнение и увлажнение поверхности изоляторов производится искусственным путем. Наиболее на­ дежные результаты могут быть получены при лабораторных испытаниях неравномерно загрязненных изоляторов, де­ монтированных с действующих линий и снятых с полевых стендов.

Во время лабораторных испытаний одиночных изоляторов и гирлянд должны имитироваться два основных режима рабо­ ты изоляции в эксплуатации: включение загрязненной изоляции под напряжение в сырую погоду и увлажнение загрязненной изоляции, находящейся под напряжением.

В связи с этим предусматриваются следующие способы ис­ пытания загрязненных изоляторов.

1. Плавный подъем напряжения при предварительном ув­ лажнении поверхности загрязненных изоляторов.

2.Включение напряжения толчком и длительное его прило­ жение к заранее загрязненному и увлажненному изолятору до тех пор, пока не произойдет подсушка или перекрытие.

3.Длительное приложение напряжения к заранее загрязнен­ ному изолятору с последующим его увлажнением или к чистому изолятору с последующим осаждением на нем соленого тумана.

Степень увлажнения загрязняющего слоя характеризуется изменением поверхностного сопротивления, измеряемого в спе­ циальных камерах искусственного тумана.

Основной электрической характеристикой гирлянд изоляторов в нормальном эксплуатационном режиме является градиент Ег, равный 50%-ному разрядному напряжению изолятора, отнесен­ ному к его строительной высоте, и определяемый при различных характеристиках загрязнения и непрерывном увлажнении:

166

где Ur — разрядное напряжение гирлянды изоляторов тарель­ чатого типа.

Градиент разрядного напряжения Е г характеризует пригод­ ность изоляторов для работы в условиях загрязненной и увлаж­ ненной атмосферы. У специальных конструкций грязестойких изоляторов средние разрядные градиенты примерно на 20— 30% выше, чем у соответствующих изоляторов нормального ис­ полнения. Результаты измерений также показали, что с увели­ чением отношения 1/Н, как правило, наблюдается рост разряд­ ных градиентов.

7-3 РАБОТА ИЗОЛЯЦИИ В РАЙОНАХ С ЗАГРЯЗНЕННОЙ АТМОСФЕРОЙ

Внастоящее время линии сверхвысокого напряжения получили широкое распространение в европейской части СССР, где имеются промышленные ис­ точники загрязнения, а также в Казахстане и Средней Азии, для которых в ря­ де случаев характерны солончаковые почвы. Наличие на трассе даже неболь­ ших по длине участков, подверженных интенсивному загрязнению, может при­ вести к значительному увеличению числа отключений всей линии электропе­ редачи.

Вбольшинстве случаев прочность изоляции резко снижается только при относительной влажности в пределах 70—100% и температуре воздуха, близ­ кой к нулю (в диапазоне от —5 до + 10 °С). Наиболее часто на изоляторах ув­ лажненная проводящая поверхность возникает осенью и весной во время тума­

нов, рос, мелких моросящих дождей, гололедов, сменяющихся оттепелями, и т. п. явлений, наблюдающихся в течение 10% всего времени года, при кото­ рых могут насыщаться образовавшиеся в период сухой погоды слои загряз­ нения и в то же время поверхность изоляторов не очищается, как это бывает при интенсивных дождях. Рассматриваемый процесс имеет длительный харак­ тер. Наблюдения показали, что на участках трассы линии с загрязнениями

интенсивного загрязнения в тех случаях, когда в течение ночи изоляторы вследствие теплоотдачи охлаждаются, а на рассвете происходит интенсивное

Эти явления, получившие название «перекрытия на восходе солнца», наи­ более часто происходят в местах с резким перепадом температур на опорах, находящихся вблизи водных источников, в низинах, вблизи лесных посадок и других местах с интенсивным выпадением росы. Перекрытия изоляции при отсутствии вблизи линий источников промышленных загрязнений наблюда­ лись во многих странах, включая и Советский Союз.

Промышленные загрязнения. Вблизи некоторых химических предприятий в воздухе часто, особенно при нарушении технологического процесса, содер­ жится сернистый газ или пары кислот. В этих случаях при наличии увлажне­ ния на изоляторах может образоваться невидимая проводящая пленка. Неко­ торые виды загрязнений, оседая на изоляторах, постепенно уплотняются, образуя прочный несмываемый и трудно очищаемый осадок. Наиболее опасны­ ми, кроме химических уносов, источниками промышленных загрязнений явля­

167

ются материалы, используемые для цементной и металлургической промыш­ ленности, в том числе: гипс, известняк, кокс, железная руда, а также отходы алюминиевых и ферросплавных производств. Вблизи цементных заводов на изоляторах осаждается хорошо проводящий слой цемента, а в районе алюми­ ниевых и ферросплавных заводов на поверхности изолятора образуется пла­ виковая кислота, которая разрушает глазурь, вследствие чего поверхностная проводимость диэлектрика резко увеличивается.

Загрязняющие осадки со сраиительно небольшим содержанием раствори­ мых в воде солей, например топочные уносы котельных, представляют опас­ ность только при значительной интенсивности загрязнения. В этом случае на изоляторах может накопиться значительный слой грязи (30—50 мг/см2) и при сырой погоде произойти перекрытие. При небольшой интенсивности загрязне­ ния при наличии самоочистки изоляторов дождем и ветром такие загрязнения серьезной опасности не представляют.

Районы с засоленными почвами. Перекрытия при рабочем напряжении ча­ сто происходят и в тех случаях, когда трасса линии электропередачи проходит в солончаковых районах, или при наличии только полевого загрязнения в сель­ скохозяйственных районах, где ветер разносит на большие расстояния хими­ ческие удобрения, вносимые в землю или распыляемые по воздуху самоле­ тами. В некоторых случаях солесодержание слоя загрязнения изоляторов, демонтированных в сельскохозяйственных районах, достигает 10%, а поверх­ ностная плотность загрязнения — 0,5—1,0 мг/см2.

Выбор изоляции в солончаковых районах представляет собой сложную задачу в связи с тем, что разрядные характеристики изоляции зависят не толь­ ко от солесодержания грунтов вдоль трассы, но и от многих других факторов. Отложения на изоляции собираются с обширной территории и являются функ­ цией направления и скорости ветра, а также структуры почвы, вследствие этого различие в степени засоленности грунтов отдельных участков трассы линии в значительной степени нивелируется. При классификации участков трассы по различной степени загрязнения, кроме анализа опыта эксплуатации и геологических материалов, характеризующих источники солончаковых за­ грязнений, необходимо также учитывать рельеф местности и степень влажно­ сти. Влажное проводящее загрязнение может образоваться и в тех случаях, когда на изоляторы ветром заносятся брызги соленой морской воды или воз­ никает туман, в котором содержатся частицы соли.

Морские туманы возникают в осенне-зимний период при больших пере­ падах температур воды и воздуха, а также наблюдаются весной. Наличие ветра усиливает испарение воды и увеличивает вероятность возникновения тумана. Кроме того, близость моря повышает влажность воздуха в прибреж­ ных районах и способствует выпадению сильных рос. В этих условиях даже небольшой слой солончаковой пыли, отложившейся на изоляторах, может привести к перекрытиям нормальной изоляции. При соленом тумане наблю­ дались также перекрытия чистых гирлянд. Перекрытия изоляции из-за мор­ ских туманов в большинстве районов наблюдаются на расстоянии до 5— 8 км от побережья. Наиболее опасным даже для усиленной изоляции явля­ ется сочетание пыльной бури и тумана или повышенной влажности воздуха. В отличие от промышленных при солевых загрязнениях перекрытия возни­ кают немедленно после появления увлажнения.

Загрязнение пометом птиц. На некоторых линиях электропередачи, трасса которых проходит в районах с чистой атмосферой, наблюдается большое коли­ чество перекрытий, вызванных загрязнением изоляции пометом птиц, находя­ щихся на опорах, преимущественно в ночные часы и после восхода солнца.

До последнего времени считалось, что при отсутствии источников загряз­ нения и запыления причиной перекрытий является сочетание осаждения пыль­ цы цветов на поверхности изоляторов и утреннего увлажнения. Результаты наблюдений, произведенных в разных странах, показали, что в действитель­ ности все эти перекрытия, происходящие преимущественно в летнее время, явились следствием загрязнения изоляции крупными птицами. Наибольшая интенсивность перекрытий регистрируется там, где трасса линии проходит почти по открытой местности, но вблизи имеются рощи и леса. После выпол­

168