ГЛАВА ШЕСТАЯ
ВЛИЯНИЕ ПРОВОДЯЩИХ ОСАДКОВ НА РАЗРЯДНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ ИЗОЛЯТОРОВ
1. Процесс образования осадков на изоляторах
По мере развития промышленности и соответствующего роста электрических сетей высокого напряжения все большее значение приобретает вопрос о работе изоляции в районах с загрязненной атмосферой, из которой на поверхность изоляторов выпадают проводящие при смачивании осадки. При небольших загрязнениях поверхности изоляторов требуется очистка их через достаточно большие промежутки времени (6—12 месяцев), что не вызывает больших неудобств в эксплуатации. Однако при больших загрязнениях промежутки между очистками изоляторов сокращаются до неприемлемых размеров. Бывают случаи, особенно при наличии туманов или моросящих дождей и одновременно неблагоприятного направления ветра, несущего загрязнения, когда очистку производят каждый день и даже не один раз в день. В этих случаях приходится ставить вопрос о каких-либо мероприятиях для улучшения работы изоляции. Прежде чем говорить о таких мероприятиях, следует рассмотреть процесс образования осадков и характеристики этих осадков.
Процесс образования осадков на поверхности изоляторов подробно рассмотрен Томпсоном [Л. 6-1]. По данным этого исследования, в воздухе всегда имеются твердые и жидкие частицы разных размеров, которые могут содержаться в очень различных количествах. Например, частицы дыма могут иметь диаметр порядка 0,001 мк, частицы пыли — от 1 до 100 мк, частицы тумана также от 1 до 100 мк. Содержание частиц в воздухе может изменяться приблизительно от 200 1/см3 до 50000 1/см3 (в густом тумане). На эти частицы могут действовать силы нескольких видов: кинетические, тяжести, электрические и аэродинамические (силы ветра). Кинетические силы возникают от столкновения мелких частице молекулами (Броуновское движение). Они действуют беспорядочно и не играют роли в процессе образования осадков на изоляторах. Силы тяжести определяют выпадение осадка на верхних частях ребер изоляторов при отсутствии ветра.
Электрические силы могут быть двух родов — силы электростатического воздействия электрического поля в случае заряженных частиц и силы притяжения незаряженных частиц к более плотным частям поля в случае неравномерного поля. Силы первого рода могут иметь некоторое (весьма малое) значение при постоянном напряжении, но при переменном напряжении их действие за один период равно нулю.
Действие сил поля на незаряженную частицу значительно (на 2 порядка) меньше действия силы тяжести.
Решающее значение имеет воздействие на частицы силы ветра. Даже при скорости ветра порядка 1—2 м/сек сила давления ветра на частицы диаметром до 100 мк значительно превосходит силу тяжести, не говоря уже о других силах. При малых диаметрах частиц (меньше 10 мк) сила давления ветра на несколько порядков больше всех остальных сил.
Наличие не гладкостей на поверхности изолятора вызывает увеличение количества осадка. Существенно влияние напряжения, под которым находится изолятор. По данным Томпсона количество осадка приблизительно пропорционально квадрату напряжения. Наличие напряжения, создающего повышенные градиенты на поверхности изолятора, хотя и не вызывает значительных сил, притягивающих частицы к его поверхности, но способствует удержанию частиц, соприкоснувшихся с этой поверхностью, так как сила притяжения частицы к поверхности изолятора резко возрастает при близком подходе частицы к этой поверхности. Приставшие к поверхности изолятора частицы делают ее шероховатой, что усиливает осаждение новых частиц.
2. Типы осадков
Опыт показывает, что наличие на поверхности изолятора осадка, если он не увлажнен, практически не влияет на сухоразрядное напряжение изолятора. Наоборот, если осадок увлажнен, особенно при дожде или тумане, он вызывает снижение разрядного напряжения.
Не все виды осадков одинаково влияют на снижение мокроразрядного напряжения изоляторов. Можно разделить осадки на следующие группы:
- сухие, не прилипающие осадки;
- жирные, прилипающие осадки;
- осадки, содержащие значительное количество растворимых в воде солей, кислот или щелочей.
К первой группе относятся топочные уносы тепловых (угольных) электрических станций, городская и полевая пыль, пыль угольных шахт и т. п. Эти осадки не обладают способностью плотно приставать к поверхности изоляторов и обычно имеют малое содержание растворимых в воде солей. Они легко смываются дождем и вызывают сравнительно малое снижение мокроразрядного напряжения.
Рис. 6-1. Зависимость мокроразрядного напряжения изолятора от числа запылений его поверхности, т. е. от толщины загрязнения (данные Обенауса).
Рис. 6-2. Зависимость мокроразрядного напряжения изоляторов от плотности загрязнения. 1 — топочные уносы электростанции; 2 — пыль алюминиевого завода; 3— рабочее напряжение изоляторов (данные ВЭИ).
Ко второй группе относятся осадки промышленных предприятий (металлургических и других заводов), а также буроугольных и торфяных электростанций. Они прилипают к поверхности изоляторов и образуют на ней плотный, трудно смываемый или счищаемый слой. Проводимость этих осадков может быть различна, но она всегда выше, чем проводимость осадков первой группы, а потому они способны вызывать большее снижение мокроразрядного напряжения.
В третью группу входят осадки цементных и химических заводов, алюминиевых комбинатов и коксовых печей, а также отложения соли на морских берегах и солончаках. Это наиболее опасная группа осадков, так как они обычно плотно пристают к поверхности изоляторов и вызывают наибольшее снижение мокроразрядного напряжения.
Особенно важным фактором, определяющим влияние проводящих осадков на мокроразрядное напряжение изоляторов, является содержание в них растворимых в воде солей, кислот и щелочей. При увлажнении таких осадков дождем или росой проводимость поверхности изоляторов увеличивается, а это, как мы видели в гл. 5, снижает мокроразрядное напряжение. Снижение сказывается тем сильнее, чем больше проводимость поверхностного слоя осадка, а последняя увеличивается с увеличением толщины слоя, что хорошо видно на рис. 6-1. На нем по оси абсцисс отложено число запылений, после каждого из которых определялось мокроразрядное напряжение. Так как число запылений определяет толщину слоя осадка, то, следовательно, диаграмма дает зависимость мокроразрядного напряжения от толщины слоя осадка.
Заметим, что принято определять толщину осадка по весу его на единицу поверхности изолятора.
Влияние вида осадка показано на рис. 6-2. Кривая 1 получена при загрязнении изолятора топочными уносами угольной электрической станции (группа 1). Кривая 2 — при загрязнении пылью алюминиевого завода (группа 3). Из этого рисунка видно, какое огромное снижение мокроразрядного напряжения вызывает загрязнение третьей группы, если оно достигает 5—10 мг/см2. Такое загрязнение считается очень тяжелым. В данном случае оно вызывает уменьшение мокроразрядного напряжения до величины, лежащей ниже рабочего напряжения установки. В то же время загрязнение первой группы, хотя и вызывает снижение мокроразрядного напряжения почти вдвое, но все еще не доводит его до крайне опасного предела. Загрязнения до 1 мг/см2 являются легкими и не требуют очистки изоляторов. Загрязнения свыше 3—5 мг/см2 (в зависимости от вида осадка) являются уже тяжелыми и обычно требуют очистки изоляторов.
