Назначение и типы изоляторов
В воздушной, газовой, вакуумной и чисто жидкой изоляции для поддержания электрода под высоким напряжением используются твердотельные изоляторы.
Диэлектрики, из которых изготавливаются изоляторы, должны обладать высокой механической прочностью, так как, являясь элементом конструкции, несут значительную нагрузку. Изоляторы линий электропередачи, например, несут нагрузку от тяжения проводов, исчисляемую тоннами, а иногда и десятками тонн. Опорные изоляторы, на которых крепятся шины распределительных устройств, выдерживают громадные нагрузки от электродинамических сил, возникающих между шинами при коротких замыканиях.
Пробой твердого диэлектрика означает выход изолятора из строя, тогда как разряд по поверхности при условии быстрого отключения напряжения не причиняет изолятору никаких повреждений. Поэтому пробивное напряжение твердого диэлектрика в изоляторе всегда примерно в 1,5 раза выше, чем напряжение перекрытия на поверхности, которым и определяется электрическая прочность изолятора.
Диэлектрики должны быть негигроскопичны и не должны изменять своих свойств под воздействием различных метеорологических факторов. При неблагоприятных условиях (дождь, увлажненные загрязнения) на поверхностях изоляторов, устанавливаемых на открытом воздухе (изоляторов наружной установки), могут возникать частичные электрические дуги. Под их действием поверхность может обугливаться и на ней могут появляться проводящие следы — треки, снижающие электрическую прочность изоляторов. Поэтому диэлектрики для изоляторов наружной установки должны обладать высокой трекингостойкостью.
Всем указанным требованиям в наибольшей степени удовлетворяют глазурованный электротехнический фарфор и стекло, получившие широкое распространение, а также некоторые пластмассы.
Электрическая прочность фарфора в однородном поле при толщине образца 1,5 мм составляет 30—40 кВ/мм и уменьшается при увеличении толщины, электрическая прочность стекла при тех же условиях — 45 кВ/мм.
Изоляторы из закаленного стекла имеют ряд преимуществ перед фарфоровыми изоляторами. Технологический процесс их изготовления полностью автоматизирован, прозрачность стекла позволяет легко обнару-
жить при внешнем осмотре мелкие трещины и другие внутренние дефекты, повреждение стекла приводит к разрушению диэлектрической части изолятора, которое легко обнаружить при осмотре линии электропередачи эксплуатационным персоналом.
Полимерные изоляторы наружной установки изготавливаются из эпоксидных компаундов, из кремнийорганической резины, из полиэфирных смол с минеральным наполнителем и добавкой фторопласта. Такие изоляторы имеют высокую электрическую прочность и достаточную трекин-гостойкость. Высокая механическая прочность полимерных изоляторов достигается посредством армирования их стеклопластиком. Применение полимерных изоляторов на линиях электропередачи позволяет существенно уменьшить массу подвесных изоляторов.
Условия развития разряда по поверхности изоляторов наружной установки существенно изменяются, если на их поверхностях имеются увлажненные загрязнения или же они смачиваются дождем. Тогда разрядные напряжения значительно уменьшаются.
Наиболее сильное влияние на снижение напряжения оказывают увлажненные загрязнения и повышение напряжения перекрытия вдоль поверхности изолятора обеспечивается только применением на его поверхности ребер, часто с очень развитой поверхностью. По нормированным категориям загрязнения и экспериментальным зависимостям длин пути утечки вдоль поверхности изоляторов и заданным воздействиям определяется форма и необходимое число ребер изолятора.
Для повышения разрядного напряжения чисто воздушных промежутков и по высоте аппаратов высокого напряжения и вводов трансформаторов на их концах устанавливают экраны из металлических труб. Установка экранов большого диаметра резко увеличивает радиус кривизны электродов при сохранении межэлектродного расстояния. Это позволяет при сохранении средней напряжённости поля в промежутке резко снизить максимальную напряжённость поля. При этом сильно затрудняется развитие лавины электронов и разряда, повышается разрядное напряжение воздушных промежутков, почти исключается появление короны на электродах высокого напряжения с соответствующим резким снижением уровня радиопомех вблизи подстанций и линий электропередачи.
Применение экранов на гирляндах линии электропередачи за счёт увеличения ёмкостной связи между электродом высокого напряжения и элементами гирлянды изоляторов снижает напряжение на самых нагруженных изоляторах гирлянды и соответственно повышает напряжение ее перекрытия.
Выбор изоляционных расстояний по воздуху между токоведущими частями, а также от токоведущих до заземленных элементов распределитель-ного устройства (РУ), производят по значениям испытательных напряжений. Для РУ напряжением до 220 кВ за основу принимают испытательные
напряжения грозовых импульсов, а для РУ напряжением 330 кВ и выше — испытательные напряжения промышленной частоты.
В целях обеспечения безопасности обслуживающего персонала расстояния между фазой и землей в тех местах, где это необходимо, должны быть увеличены. Поэтому вне зависимости от класса рабочего напряжения минимальные расстояния от неогражденных токоведущих частей до земли увеличиваются на 270 см. Расстояние от нижней кромки диэлектрической части изоляторов до земли должно быть не менее 250 см. Минимальные расстояния между токоведущими частями и ограждениями, зданиями или сооружениями увеличиваются на 200 см. Минимальные расстояния от токоведущих частей до транспортируемого оборудования увеличиваются на 75 см.
Провода воздушных линий электропередачи должны быть изолированы друг от друга и от земли. Для этого они с помощью изоляторов подвешиваются на опорах таким образом, чтобы соблюдались определенные расстояния между проводами, а также между каждым из проводов и землей. Таким образом, изоляцию линий электропередачи образуют воздушные промежутки и изоляторы.
В связи с тем, что изоляторы во время эксплуатации загрязняются и увлажняются, что может существенно снижать их разрядные напряжения, а на опорах провода ближе всего подходят к заземленным металлическим конструкциям, опоры в отношении изоляции являются слабыми точками линии электропередачи, и ее надежная работа во многом определяется правильным выбором числа изоляторов в гирляндах и изоляционных расстояний между проводами и опорой.
По расчетному значению разрядного напряжения ^ ч и опытным кривым разрядных напряжений промежутка провод — опора определяется минимально необходимая длина воздушного промежутка. Полное изоляционное расстояние провод — опора складывается из наименьшей длины воздушного промежутка и значения горизонтального отклонения провода под действием ветра.
Выбор расстояния провод — опора связан не только с электрической прочностью изоляции. Реально он определяется условиями безопасности при проведении работ на опоре без отключения линии. Например, для линий 330 кВ безопасность обеспечивается при расстоянии от проводов (или арматуры) до ближайших частей опоры не менее 3,5 м.
Промежуток провод — земля выбирается по уровню воздействующих напряжений, исходя из условия безопасного проезда транспортных средств высотой 4 м под линией в точке наибольшего провеса проводов, а для линий электропередачи напряжением 750 и 1150 кВ исходя из допустимого значения напряженности электрического поля под линией на высоте 1,8 м. При выбранных таким образом расстояниях между проводами и землей пробои на землю или транспорт практически исключаются как при внутренних, так и при грозовых перенапряжениях.
При выборе изоляционных расстояний необходимо учитывать и экологическое влияние воздушных линий и распределительных устройств.
Для реальных промежутков на подстанциях и линиях электропередачи характерно резко неоднородное распределение напряженности электрического поля вдоль промежутка. В этом случае возникающие у электрода с высокой напряженностью поля лавины электронов и каналы разрядов не пересекают весь промежуток, а сосредотачиваются у этого электрода, образуя свечение вокруг него — коронный разряд.
Коронный разряд создает помехи радио- и телевизионному приему, а также акустический шум. Наиболее сильные радиопомехи и акустический шум возникают при коронировании линий сверхвысокого напряжения во время дождя и снега. В хорошую погоду помехи возрастают при загрязнении проводов.
Для линий электропередачи напряжением ПО и 220 кВ наименьшие диаметры проводов, при которых исключается корона в хорошую погоду, составляют соответственно 1,2 и 2,4 см (при нормальных атмосферных условиях).
При номинальных напряжениях 330 кВ и выше необходимы провода еще большего диаметра, во многих случаях превышающего диаметр, выбранный из условия передачи по линии заданной мощности. В таких случаях целесообразно иметь провода, площадь поперечного сечения которых по проводящему материалу и диаметру независимы. Это так называемые «расширенные» провода. Они имеют диаметр, при котором обеспечивается необходимое снижение напряженности поля на их поверхности, а для сокращения площади поперечного сечения делаются полыми или со стеклопластиковой сердцевиной.
Другое решение состоит в применении расщепленных проводов фаз. В этом случае каждая фаза линии состоит вместо одного провода большого диаметра из нескольких параллельных проводов относительно малого диаметра. В такой конструкции фазы удается при требуемом суммарном сечении проводов существенно уменьшить максимальную напряженность поля на их поверхности (рис. 15.5).
Электрическое поле воздушной линии электропередачи может оказывать на человека физиологическое влияние, воздействуя на функциональное состояние центральной нервной системы, сердечно-сосудистой сие-темы и внутренних органов.
Рис. 15.5. Характеристики расщепленной фазы:
rp — радиус расщепления фазы; r - радиус провода; D - расстояние между проводами фазы
При прикосновении к незаземленным металлическим предметам, сельскохозяйственным машинам и транспортным средствам человек может подвергаться воздействию кратковременных электрических разрядов, особенно опасных во время возникновения на линии перенапряжений. Степень воздействие на человека электрического поля и разрядов возрастает с увеличением напряженности поля под линией.
У нас в стране для персонала, обслуживающего подстанции и линии сверхвысокого напряжения, установлены предельно допустимые продолжительности пребывания в электрическом поле. При выполнении условий, указанных ниже, в течение суток происходит самовосстановление физиологического состояния организма без каких-либо остаточных явлений:
Напряженность электрического
поля, кВ/м.................. 5 10 15 20 25
Допустимые продолжительности
пребывания человека
в электрическом поле
в течение суток, мин... Без ограничений 180 90 10 5
На подстанциях по результатам измерений составляются карты распределения напряженностей электрического поля по территории открытого распределительного устройства, которыми пользуются при проведении работ. Если напряженность поля на рабочем месте превышает 25 кВ/м или продолжительность работы превышает допустимое время пребывания в электрическом поле, то работы производятся с применением средств защиты, например, экранирующей одежды. Средства защиты применяются также в том случае, если не исключена возможность воздействия на работающего электрических разрядов с незаземленных металлических объектов.
В электрическом поле воздушной линии помимо электротехнического персонала могут находиться местные жители, а также животные. В связи с этим, напряженность электрического поля под линией не должна превышать 15 кВ/м в населенной и 20 кВ/м в ненаселенной местностях.
С целью регламентации работ в полосе отчуждения линии электропередачи и около нее установлены так называемые зоны влияния. Границы зоны влияния линий 750 кВ проходят на расстоянии 40 м от проекции на землю крайних проводов. В зоне влияния запрещается строительство загонов для скота и птицы, складирование материалов и горючего, а также установка различного рода металлических баков. Металлические ограждения, опоры для винограда, хмеля и т.п. в полосе до 100 м по обе стороны от оси линии электропередачи подлежат заземлению. Установка палаток, фургонов, полевых станов допускается не ближе 60 м от крайних проводов линии.
Дата добавления: 2016-07-05; просмотров: 3738;