Приводятся 50%-ные разрядные напряжения, коэффициенты вариации, фактические разрядные напряжения и предразрядные времена элегазового ввода, покрышки от него в сухом состоянии и при дожде с различной проводимостью воды. Показано, что при изменении удельного сопротивления воды от 40 до 95 Ом*м наблюдается повышение разрядных напряжений приблизительно на 10%.
УДК 621.315.626.064.242
В. В. Акимов, В. Г. Головня, В. Д. Мелешенко
РАЗРЯДНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕГАЗОВОГО ВВОДА 500 кВ
При разработке элегазовых вводов наиболее сложным является расчет внешней изоляции, которой свойственны все особенности, связанные с воздействием различных атмосферных факторов. Максимальная напряженность электрического поля на внешней поверхности изоляционной покрышки не должна превышать определенного значения, выше которого может возникать безэлектродный разряд.
Распределение электрического поля вводов в сухом состоянии можно определить расчетным путем. Однако при дожде происходит перераспределение напряжения вдоль внешней поверхности, учесть которое расчетным путем пока не удается.
Коническая форма ввода приводит к крайне неравномерному распределению стекающей воды вдоль поверхности покрышки, причем увеличивающееся в нижней части ввода стекание может приводить к благоприятным условиям перекрытия межреберных промежутков и весьма низким разрядным напряжениям.
Первоочередной интерес представляет оценка влияния дождя на электрическую прочность элегазового ввода. Ввод ЭБ-90-500/ /2000 — двухкамерный, негерметичный (заполнение элегазом производится из состыкованного с вводом аппарата), без промежуточных обкладок. Главный изоляционный промежуток внутренней изоляции ввода представляет собой систему коаксиальных цилиндров со скруглением края внешнего цилиндра внутрь промежутка. Максимальный наружный радиус фарфоровой покрышки 350 мм, строительная высота ввода 3900 мм. Покрышка содержит 35 ребер, вылет ребра 100 мм, межреберное расстояние 85 мм. Токоведущая жила ввода имеет переменное сечение для уменьшения напряженности электрического поля на поверхности покрышки.
При испытаниях ввод устанавливался на металлической испытательной камере. Расстояние от установочного фланца ввода до пола составляло 1940 мм. Ввод и камера были заполнены элегазом при давлении 0,5 МПа, а полость между стеклоэпоксидной и фарфоровой покрышками — при 0,15 МПа. Для изменения распределения поля на подножник, роль которого выполняла испытательная камера, устанавливалась металлическая заземленная плоскость размером 6x6 м2.
Испытания проводились коммутационными импульсами с длительностью фронта 220—300 мкс и длительностью импульса до 6000 мкс. Источником напряжения служил генератор импульсных напряжений 7,2 МВ. Испытания при дожде проводились в соответствии с требованиями ГОСТ 1516.2—76, а также при удельном сопротивлении воды 40 Ом-м. По результатам испытаний строились кривые эффекта, по которым определялись 50%-ные разрядные напряжения U50%, коэффициенты вариации σ, а также фактические разрядные напряжения и соответствующие им предразрядные времена. Среднеквадратическая погрешность измерений при определении разрядных напряжений не превышала 3%.
Приводим разрядные напряжения ввода.
Анализ фотографий траекторий разряда показывает, что в сухом состоянии разряд развивается по воздуху в промежутке контактная шпилька ввода — плоскость пола. Предразрядные времена составляют 120—330 мкс. Характер траекторий развития разряда показывает, что электрическая прочность ввода в сухом состоянии в значительной степени определяется всей высотой объекта, включая и металлический подножник. Известно, что для изоляции в сухом состоянии высокий подножник может значительно увеличить разрядные напряжения конструкции при коммутационных импульсах, что, однако, не гарантирует высокой электрической прочности этих конструкций при дожде. Расчет распределения электрического поля ввода показал, что достаточно большой радиус фарфоровой покрышки дал возможность значительно снизить напряженность на ее внешней поверхности в районе внутреннего заземленного экрана, что позволило исключить возникновение безэлектродного разряда в сухом состоянии.
Анализ траекторий развития разряда при дожде в значительной степени объясняет существенное снижение мокроразрядных напряжений ввода. Все разряды развиваются в промежутке нижнее закругление верхнего экрана — установочный фланец ввода в непосредственной близости от поверхности покрышки. Лишь незначительная верхняя часть ввода перекрывается по воздуху, а в дальнейшем разряд распространяется частично по поверхности, частично в межреберных промежутках. Ранее выполненные исследования внешней изоляции под дождем показали, что при таком характере развития разряда электрическая прочность изоляции во многом определяется такими факторами, как строительная высота и внешний диаметр покрышки, вылет ребра и межреберное расстояние, интенсивность дождя и удельная проводимость воды.
Особенностью внешней изоляции ввода является конусообразность покрышки, что приводит к значительному увеличению потока воды в нижней ее части. Наблюдения показали, что при низких напряжениях, соответствующих малым вероятностям перекрытия, в районе 8—10-го ребер иногда появлялись незавершенные разряды, которые довольно часто распространялись вблизи поверхности покрышки ввода до установочного фланца. Принимая во внимание определенное искажение поля внутренним заземленным экраном именно в этом районе, можно предположить, что в данном случае возникает безэлектродный поверхностный разряд. На осциллограммах напряжения этих частичных перекрытий обнаружить не удалось. Очевидно, канал этого разряда может выносить потенциал земли на уровень 8—10-го ребер, что в значительной мере уменьшает разрядный промежуток вдоль смоченной поверхности изоляции, который при более высоких напряжениях может перекрываться. Эта модель развития разряда является предположительной, и полную ясность могут внести только эопограммы. При удельном сопротивлении ввода р = 90 Ом-м все разряды зарегистрированы на фронте импульса. Уменьшение удельного сопротивления воды до 40 Ом-м привело к снижению мокроразрядных напряжений на 20% и появлению разрядов с предразрядными временами 700—1400 мкс, что является весьма характерным для перекрытий высоких изоляционных конструкций при дожде.
Как показывают расчеты, наличие плоскости незначительно изменило распределение поля ввода в сухом состоянии. Напряженность электрического поля на внешней поверхности покрышки в районе внутреннего заземленного экрана уменьшилась примерно на 10%, максимальная напряженность на поверхности верхнего экрана также несколько снизилась. Однако опыт с плоскостью интересен тем, что при дожде заметно изменились траектории разряда, хотя разрядные напряжения остались практически прежними. Почти до середины ввода разряд развивается по воздуху, значительно отклоняясь от поверхности покрышки. Для таких перекрытий предразрядные времена возросли до 500—720 мкс. Отдельные перекрытия развивались только по воздуху. Наблюдаемая картина находится в хорошем соответствии с широко изучаемыми мокроразрядными характеристиками опорных изоляционных конструкций.
Результаты исследований позволяют сделать вывод, что при оптимальном выборе внутренних элементов элегазового ввода, позволяющем снизить напряженность поля на внешней поверхности покрышки в сухом состоянии, наблюдается значительное (до 22%) снижение электрической прочности ввода при дожде.
