В электрических системах»

Изоляция электрических установок постоянно находится под воздействием рабочего напряжения. Среднее междуфазное напряжение установки называется номинальным напряжением. Шкала номинальных напряжений линий электропередачи и оборудования приведена в табл. 1. В эксплуатации напряжения отличаются от номинального вследствие падений напряжений на элементах установки, вызываемыми проходящими токами, и регулирования напряжения источников. Местные распределительные сети (воздушные и кабельные) рассчитаны на напряжение до 35 кВ. Средние напряжения 110…220 кВ используются в районных сетях, по которым передаются мощности на расстояния от нескольких десятков до 100…150 км. Диапазон напряжений 330 кВ и выше относится к сверхвысоким напряжениям (СВН) и электрическая энергия передается по ним на расстояния до 1000 км. В табл. 1 указаны наибольшие рабочие напряжения, допустимые на оборудовании данного номинального напряжения. Ограничение накладывается изоляцией оборудования, а также насыщением магнитопроводов трансформаторов (силовых и измерительных). Допустимые рабочие напряжения на изоляции линий рассчитываются, исходя из условия загрязнения воздуха в районе прохождения линии. Допустимые рабочие напряжения на линиях ограничиваются также допустимыми потерями на корону и уровнем радиопомех при коронировании. В нормальных рабочих режимах на изоляцию воздействует фазное напряжение. В переходных режимах, возникающих при включениях и отключениях элементов сети, коротких замыканиях и в некоторых схемах, в основном при одностороннем включении линий, в установившихся режимах возникают так называемые внутренние перенапряжения. При грозовых разрядах в сетях возникают атмосферные перенапряжения. Термином «перенапряжения» обычно обозначают повышения напряжения, которые могут представлять опасность для изоляции. Так как возможность нарушения изоляции зависит от состояния самой изоляции, то нельзя указать определенной нижней границы, при которой повышение напряжения становится перенапряжением, и, следовательно, термин перенапряжение имеет качественный характер. Величины перенапряжений характеризуются их кратностью по отношению к U_ф: k = U_пер/U_ф. Кратность внутренних перенапряженийявляется произведением двух коэффициентов: K_п = k_удk_у, где k_уд – ударный коэффициент, представляет собой отношение максимального напряжения переходного процесса к установившемуся напряжению (вынужденной составляющей переходного процесса); k_у – отношение установившегося напряжения к наибольшему рабочему фазному напряжению. Чем выше номинальное напряжение сети, тем меньшее значение кратности k нормируется для изоляции. Это объясняется тем, что с ростом k растет и доля стоимости изоляции в общей стоимости оборудования и линий, и для их удешевления необходимо снижение уровня допустимых перенапряжений. Для развития перенапряжений существенное значение имеет режим нейтрали системы. Системы могут иметь эффективно заземленную, изолированную или резонансно-заземленную нейтраль. Воздушные промежутки и изоляторы, электрические характеристики которых зависят от атмосферных условий, относят к внешней изоляцииэлектроустановок, авнутренняя изоляция электрооборудования практически не подвержена влиянию атмосферных условий. Эта изоляция обмоток трансформаторов и электрических машин, изоляция кабелей, герметизированная изоляция вводов и силовых конденсаторов, изоляция между контактами выключателя в отключенном состоянии и т.д. Внутренняя изоляция представляет собой обычно комбинацию твердого и жидкого диэлектриков (например, в трансформаторах) или твердого и газообразного диэлектриков (например, в кабелях). Применяется также изоляция и одного вида. Особенностью внутренней изоляции является старение, т.е. ухудшение электрических характеристик изоляции в процессе эксплуатации. Очень трудно предотвратить возникновение в изоляции микроскопических разрядов. Например, вследствие изменения температурного режима, вызванного колебаниями тока нагрузки, в бумажно-масляной изоляции кабеля образуются газовые пузырьки, в которых возникают частичные разряды. На острых кромках электродов, на крепежных деталях аппаратуры возникает коронный разряд. Под действием этих микроскопических разрядов изоляция разрушается, химически разлагается, загрязняясь продуктами разложения. Вследствие диэлектрических потерь изоляция нагревается. При затрудненном теплоотводе, что характерно для монолитной изоляции, такой, как твердая, чрезмерный нагрев может привести к тепловому пробою изоляции. Возможности теплоотвода или даже специального охлаждения приходится учитывать при проектировании внутренней изоляции. Пробой твердой или комбинированной изоляции – явление необратимое. Жидкая и газовая изоляция самовосстанавливаются, однако, пробои приводят к ухудшению их характеристик. Электрическая прочность как внутренней, так и внешней изоляции зависит от формы воздействующего напряжения. Не вдаваясь в детали, можно сказать, что пробивное напряжение изоляции тем выше, чем короче время воздействия напряжения. Такую же зависимость от времени имеют и сами воздействующие напряжения: чем меньше время воздействия, тем они больше.