ГЛАВА ПЕРВАЯ
ТРЕБОВАНИЯ К ИЗОЛЯЦИИ АППАРАТОВ
1. Условия работы изоляции аппаратов
За последнее время во взглядах на требования, которые следует предъявлять к изоляции аппаратов, происходят значительные изменения. В связи с усовершенствованием грозозащиты и качества защитных разрядников выдвигаются предложения о пересмотре испытательных напряжений аппаратов, которые в течение примерно двух с половиной десятков лет были незыблемы. Переход к напряжениям 400—500 кВ и более потребовал пересмотра вопроса о роли внутренних и грозовых перенапряжений при установлении уровней изоляции. Поэтому вопрос о требованиях к изоляции аппаратов должен быть серьезно проанализирован. Но прежде чем говорить об этом, необходимо кратко остановиться на условиях работы изоляции, которые и определяют эти требования. Мы не будем подробно рассматривать все условия работы изоляции, так как они освещены в [Л. 1-1], а остановимся на некоторых вопросах, особенно важных для нашей цели.
Весьма существенна для внешней изоляции аппаратов разница между условиями работы в закрытых помещениях и на открытом воздухе. В первом случае изоляция защищена от воздействия атмосферных влияний (дождя, снега и гололеда, твердых и жидких загрязнений и пр.), а во втором случае она подвержена этим влияниям. Отметим, что существенную роль может сыграть ветер, создающий большое давление на высокие изолирующие конструкции и тем самым до известной степени определяющий механическую прочность изоляции. С увеличением напряжения (400—600 кВ и выше) высота аппаратов значительно растет и влияние ветровой нагрузки при расчете опорной изоляции приходится серьезно учитывать.
В закрытых помещениях работа внешней изоляции, как правило, легче, чем на открытом воздухе. Однако и в этом случае могут существовать утяжеляющие условия. Например, при работе в неотапливаемых помещениях на поверхности изоляции может выпадать роса, снижающая разрядное напряжение изоляторов. В некоторых производственных помещениях и в южных районах изоляции приходится работать в условиях очень высокой температуры и влажности воздуха, близкой к 100%.
Аппаратура, установленная в горных районах, должна работать при пониженном давлении воздуха. Это отзывается в первую очередь на разрядном напряжении внешней изоляции. Однако, если аппарат имеет бумажно-масляную изоляцию и не герметизирован, то пониженное давление может вызвать снижение ионизирующего напряжения этой изоляции.
Весьма важным является вопрос о влиянии разных видов перенапряжений на уровень изоляции, т. е. на требования к электрической прочности внешней и внутренней изоляции.
В связи с повышением мощности электрических станций возрастают токи короткого замыкания, определяющие собой электродинамические силы в аппаратах и распределительных устройствах. На эти силы должны быть рассчитаны изоляторы и другие изолирующие конструкции.
2. Уровень изоляции
Рассмотрим подробнее вопрос о влиянии на требования к изоляции разных видов перенапряжений. Еще сравнительно недавно важнейшим видом перенапряжений, на которые рассчитывалось все электрическое оборудование высокого напряжения, были грозовые перенапряжения. При этом считалось, что перенапряжения внутреннего характера (коммутационные, резонансные и т. п.) безопасны для этого оборудования, если оно рассчитано на грозовые перенапряжения. Однако грозовые перенапряжения не связаны с рабочим напряжением электрических установок, а их верхний предел при разработанной в СССР системе грозозащиты ограничен. Этот предел практически достигнут уже в установках с напряжением 220 кВ. При более высоких напряжениях на первый план выступают внутренние перенапряжения. С этим пришлось столкнуться уже при разработке уровня изоляции установок на 400 кВ, когда был принят уровень изоляции, равный трехкратному рабочему напряжению (3Uф). Естественно, что при более высоких напряжениях роль грозовых перенапряжений еще более падает. Если оставить в стороне силовые трансформаторы, то грозовые перенапряжения могут иметь значение только для таких аппаратов, как трансформаторы напряжения и реакторы, у которых они определяют междувитковую прочность. Внешняя изоляция у всех остальных аппаратов на такие напряжения определяется внутренними перенапряжениями.
Заметим, что под уровнем изоляции понимают такое качество изоляции, при котором она в состоянии выдерживать коммутационные перенапряжения заданной кратности относительно наибольшего рабочего напряжения (фазного), а также заданные импульсные воздействия, ограниченные соответствующими разрядниками и координированные с воздействиями коммутационных перенапряжений. Отсюда следует, что уровень изоляции определяет наименьшее разрядное напряжение, которое должны иметь аппараты. Таковым является разрядное напряжение под дождем. Очевидно, что кратность мокроразрядного напряжения должна быть несколько выше кратности коммутационных перенапряжений с учетом работы изоляции в нормальных эксплуатационных условиях (обычно принимают запас порядка 5%).
В настоящее время в СССР имеется решение снизить, по крайней мере при напряжениях 330 кВ и выше, уровень изоляции, определяемый внутренними перенапряжениями, до 2,5 Uф. Если при этом импульсное испытательное напряжение оставить прежним, то габариты изоляции будут определяться грозовыми перенапряжениями. Однако, усилив грозозащиту, что не представляет особых трудностей и не вызовет сколько-нибудь значительных расходов, можно снова вернуть габариты аппаратуры к пределам, определяемым внутренними перенапряжениями.
Вопрос о возможности снижения уровня изоляции при напряжениях меньше 500 кВ, сталкивается с необходимостью разработки разрядников, пригодных для защиты от внутренних перенапряжений. Несмотря на большой прогресс, достигнутый нашими научноисследовательскими учреждениями и промышленностью в деле создания разрядников с большой пропускной способностью, эта задача еще не полностью разрешена.
Итак, в настоящее время необходимо считать, что для аппаратуры на напряжения до 220 кВ включительно существенное значение имеют характеристики изоляции при импульсных воздействиях, а при более высоких напряжениях определяющую роль играют характеристики при воздействии внутренних перенапряжений.
Следует заметить, что поведение изоляции аппаратов при воздействии внутренних перенапряжений изучено очень недостаточно. Обычно считается, что при повышении частоты воздействующих перенапряжений разрядное напряжение изоляторов повышается. Повышение это, по-видимому, не очень велико. Поэтому обычно испытание аппаратов при промышленной частоте считается достаточным для характеристики их поведения при внутренних перенапряжениях. Следует думать, что при этом в изоляцию вкладывается некоторый запас, но величина его пока остается неопределенной.
