Известно, что в районах, где внешняя изоляция электрооборудования подвергается повышенным загрязнениям (уносами котельных, шахт, химических и цементных заводов, соляными отложениями и т. п.), для повышения надежности работы внешнюю изоляцию усиливают, а в случае сильных загрязнений — подвергают довольно частым периодическим очисткам от загрязнений.
У вентильных разрядников загрязнение внешней изоляции с последующим ее увлажнением может представлять опасность не только с точки зрения ее перекрытия, но и вследствие того, что оно может привести к сильному искажению распределения напряжения по искровым промежуткам и шунтирующим сопротивлениям и вызвать перегрев части сопротивлений, снизить пробивное напряжение и дугогасящую способность разрядника.
Большую опасность загрязнения могут представлять для многоэлементных конструкций разрядников, особенно таких, в которых параллельно части элементов присоединены дополнительные фарфоровые изоляторы, как, например, у разрядников типа РВС-220, РВМГ-220 и РВМГ-330м (см. рис. 4-6, 4-7 и 4-10). Для разрядников уменьшенной высоты имеется повышенная опасность перекрытия по поверхности при загрязнении внешней изоляции.
Случаи повреждения вентильных разрядников из-за их загрязнения в нашей стране относительно немногочисленны. Так, в 1953 г. на одной из подстанций, подверженной сильному загрязнению уносами котельной ТЭЦ и расположенного вблизи нее химического комбината, произошло разрушение разрядников РВС-220 из восьми элементов, смонтированного по рис. 4-6. Анализ показал, что из-за сильного загрязнения фарфоровых покрышек и изоляторов оттяжек разрядника имело место резко неравномерное распределение напряжения по элементам разрядника, которые не подвергались периодической чистке, как это делалось для остальной изоляции этой подстанции. Это могло вызвать снижение пробивного напряжения разрядника и отказ в гашении дуги [87]. Разрушение разрядников РВС-220 той же конструкции при их загрязнении отмечены также и в других энергосистемах, причем исследования, проведенные в одной из систем (Волгоградэнерго), показали, что при загрязнении и увлажнении разрядника на верхний его элемент приходится около 50% рабочего напряжения частоты 50 Гц. На одной из подстанций, загрязняемой уносами расположенного неподалеку цементного завода, у разрядника РВС-220 аналогичной конструкции из-за сильного перегрева ШС лопнули фарфоровые покрышки двух верхних элементов (разрядник состоял из шести элементов). Фиксировались также отдельные случаи перекрытия опорных изоляторов загрязненных разрядников РВС-220, смонтированных по рис. 4-7. Обгорание внутренних деталей у некоторых элементов разрядников на подстанции, расположенной в зоне сильного загрязнения от глиноземного завода, отмечено в разрядниках РВС-110. Как указано на стр. 241, отмечен также случай перекрытия сильно загрязненных изоляторов разрядника РВМГ-330.
Очевидно, что приведенные случаи не исчерпывают всех повреждений вентильных разрядников, обусловленных их загрязнением.
Для повышения надежности работы разрядники, установленные в районах повышенного загрязнения и не предназначенные для защиты от внутренних перенапряжений, на зимний период отключают от сети, в то время как в остальных районах разрядники, как правило, оставляют под напряжением в течение всего года. При присоединении разрядников к сети в местах с повышенным загрязнением все более широкое применение находит приспособление, позволяющее подключать и отключать разрядники под напряжением с помощью изолирующей штанги.
Внешнюю изоляцию разрядников, установленных на подстанциях с повышенным загрязнением, подвергают чистке одновременно с изоляцией остального электрооборудования этих подстанций.
Как было указано в § 5-5, повреждения разрядников из-за загрязнения их внешней изоляции отмечаются и за рубежом, поэтому в последнее время в различных странах проводится все больше исследований влияния загрязнения на характеристики, в подавляющем большинстве случаев на пробивное напряжение разрядников.
Еще в 1952 г. были опубликованы данные [108] о том, что применением емкостно-омической шунтировки искровых промежутков разрядников влияние загрязнения на их пробивное напряжение было практически устранено. При испытании разрядников на номинальное напряжение от 45 до 200 кВ, загрязненных слоем пыли 5 мг/см2 (составленной из 75% бурого угля и 25% портландцемента) и увлажненных водой с удельным сопротивлением 30 000 ом-см (300 ом-м), изменение пробивного напряжения при 50 Гц по сравнению с чистыми разрядниками не превышало 5— 6%. Эффективность применения емкостной шунтировки отмечалась и при других исследованиях загрязненных разрядников [139, 166, 201]. При этом высказывалось предложение для уменьшения емкостной связи внутренних деталей разрядника с поверхностным слоем загрязнения заполнять разрядники элегазом, из-за большей электрической прочности которого по сравнению с воздухом или азотом будет устраняться местная корона внутри разрядника [139].
Отмечается также, что существенным препятствием снижению пробивного напряжения разрядников при их загрязнении является усиление активной шунтировки искровых промежутков разрядников [201]. У разрядников без ШC наличие поверхностного слоя с удельной проводимостью 30 000 мксим/см (3 сим/м) снижало пробивное напряжение при частоте 50 Гц в 2 раза [138].
В Великобритании для уменьшения влияния загрязнений на разрядники предлагалось применять фарфоровые покрышки с полупроводящей глазурью с удельным сопротивлением порядка 107 ом, в которой рассеивается мощность порядка 5-10-3 вт на 1 см2 поверхности, что повышает температуру поверхности покрышки на несколько градусов (до 5° С). Это препятствует увлажнению слоя загрязнения, а как известно, сухое загрязнение имеет малую электропроводность [157].
В США для предотвращения перекрытия разрядников из-за загрязнений их внешней изоляции было предложено в каждом элементе разрядника иметь искровые промежутки с разным пробивным напряжением. При этом при нарушении, под влиянием загрязнения, заданного распределения напряжения по элементам разрядника в наиболее напряженном элементе пробивается искровой промежуток с наименьшим пробивным напряжением, в цепи остается меньшее число промежутков со своими сопротивлениями, что приводит к выравниванию распределения напряжения по элементам разрядника [131].
На многоэлементные конструкции разрядников загрязнение оказывает большее влияние, чем на одноэлементные разрядники того же напряжения, из-за наличия у многоэлементных разрядников соединений внутренних деталей с поверхностным слоем, который может иметь разную проводимость по высоте разрядника [96, 166].
Для увеличения надежности разрядников в условиях загрязнения увеличивают также длину пути утечки по внешней изоляции разрядников. Для разрядников, которые могут эксплуатироваться в районах с повышенными загрязнениями, в различных странах применяют удельную длину пути утечки от 2,6 до 3,5 см на 1 кВ наибольшего линейного напряжения системы.
В рекомендациях МЭК по вентильным разрядникам [210] приводится следующая рекомендуемая методика испытаний разрядников в условиях загрязнения. К загрязненному разряднику прикладывается в течение одного часа напряжение, ранное поминальному (по отечественной терминологии — наибольшее допустимое) для разрядников на номинальное напряжение 138 кВ и ниже или равное 0,75 номинального для разрядников более высоких напряжений. В последнем случае каждые 5 мин напряжение быстро, в течение 10—20 сек, повышается до номинального. Разрядник считается выдержавшим испытание, если не произошло разряда внутри него или перекрытия по поверхности. Загрязняют разрядник соленым туманом или как-нибудь иначе. Испытательная установка должна иметь ток к. з. не менее 5 αмакс.
В разных странах проверка работоспособности разрядников в условиях повышенного загрязнения производится путем сопоставления пробивных напряжений загрязненных и чистых разрядников [145, 166, 152].
В ФРГ к загрязненному и увлажненному разряднику прикладывается наибольшее допустимое напряжение и затем через каждые 10—20 сек — импульсы с фронтом 300 мксек и амплитудой, равной минимальному пробивному напряжению разрядника [152]. Пробоя искровых промежутков разрядника не должно произойти.
На целесообразность испытаний разрядников, предназначенных для работы в условиях повышенного загрязнения, путем измерения пробивного напряжения загрязненного и увлажненного разрядника при его подсыхании, когда по его поверхности протекают так называемые прерывистые токи, указывается в [96].
Можно наметить следующие особенности, которыми должны обладать разрядники для районов повышенного загрязнения:
- одноэлементные конструкции на возможно более высокие напряжения;
- более развитая наружная поверхность фарфоровых покрышек, а также такая их конфигурация, которая способствовала бы меньшему оседанию па них загрязнений и более легкому сдуванию их ветром и смыванию дождем;
- повышенные токи проводимости через шунтирующие сопротивления, что, с одной стороны, уменьшало бы искажающее влияние наружного проводящего слоя на распределение напряжения по искровым промежуткам разрядника, а с другой стороны, обеспечивало бы подогрев фарфоровой покрышки, уменьшая вероятность увлажнения слоя загрязнения;
- емкостная шунтировки искровых промежутков разрядника и уменьшенные емкостные связи внутренних деталей разрядника с его наружной поверхностью.
Кроме того, для разрядников в районах повышенного загрязнения может быть полезным применение фарфоровых покрышек с полупроводящей глазурью, а также нанесешь на покрышки разрядников несмачивающихся (гидрофобных) покрытий.
