Определение мест повреждения - Виды и характер повреждений элементов электрических сетей

Часть первая
СИСТЕМА ОПРЕДЕЛЕНИЯ
МЕСТ ПОВРЕЖДЕНИЯ
В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ

ГЛАВА ПЕРВАЯ
ХАРАКТЕРИСТИКА СИСТЕМЫ И КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ ОМП

1. ВИДЫ И ХАРАКТЕР ПОВРЕЖДЕНИЙ ЭЛЕМЕНТОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ

Электрические сети состоят из отдельных элементов, связанных между собою. С точки зрения ОМП к отдельным элементам целесообразно отнести части электросети, которые можно выделить коммутационной аппаратурой (выключателями, разъединителями, рубильниками, автоматами). Сама же коммутационная аппаратура, расположенная в распределительных устройствах, входит по территориальному признаку в элемент «распределительное устройство» (РУ) или «комплектное распределительное устройство» (КРУ).
В сетях напряжением ниже 1000 В элементами являются щиты управления, на которых смонтированы рубильники, контакторные станции, автоматы, магнитные пускатели и т. д. В этих же сетях элементами являются «вводы» — предохранители с ножевидными контактами, позволяющими отделять подводящую к зданиям или сооружениям КЛ от внутренней проводки.
Таким образом, к элементам сети следует отнести КЛ и ВЛ, трансформаторы, РУ, щиты управления, вводы, а также электродвигатели и различные токоприемники (например, светильники, электропечи).
В элементах электрической сети возникают как устойчивые, так и неустойчивые повреждения изоляции и токоведущих частей. Неустойчивые повреждения могут самоустраняться, оставаться неустойчивыми или переходить при определенных условиях в устойчивые.
На ВЛ к неустойчивым повреждениям изоляции могут приводить набросы различных предметов на провода, перекрытия гирлянды подвесных изоляторов, сближения фазных проводов при их вибрации (так называемая пляска проводов), приближение к проводам ветвей деревьев и кустарников.
В изоляции КЛ неустойчивые повреждения в большинстве случаев возникают вследствие специфических свойств бумажно-масляной изоляции. При ее пробое в разрядном промежутке создаются условия, способствующие гашению электрической дуги. Аналогичные явления имеют место в маслонаполненных силовых и измерительных трансформаторах.
На фарфоровых изоляционных конструкциях РУ неустойчивые повреждения обусловлены, как правило, случайными набросами или поверхностными перекрытиями при повышенном увлажнении или загрязненности.
Необходимо подчеркнуть, что количество неустойчивых повреждений значительно превосходит количество устойчивых. Так, по многолетним данным Мосэнерго на 500 автоматических отключений ВЛ 110—500 кВ приходится 100—120 устойчивых повреждений. По статистическим данным, собранным 110 Союзтехэнерго по электросистемам СССР, из 5941 повреждения ВЛ 110— 500 кВ только 955, т. е. 16,2 %, были устойчивыми. Аналогичные данные характерны и для ВЛ электросистем других стран.
Примерно такая же доля от общего числа зафиксированных замыканий на землю приходится на устойчивые повреждения в кабельных сетях 6—10 кВ. На питающих центрах таких сетей фиксируются кратковременные (самоустраняющиеся) и устойчивые однофазные замыкания на землю. Причем число первых в 4—8 раз больше, чем вторых. Проведенный в течение двух лет в Московской кабельной сети Мосэнерго анализ более 1000 случаев кратковременных замыканий на землю (т. е. пробоев под рабочим напряжением) позволил проследить возникновение 79 устойчивых однофазных и междуфазных повреждений, а также выявить поочередным испытанием «подозреваемых» КЛ еще 27 повреждений.
Ниже приведено распределение кратности повторения кратковременных пробоев до устойчивого повреждения для указанных 106 кабельных линий (указано число повторений без учета полного пробоя — устойчивого замыкания):

Распределение интервалов времени от первого кратковременного пробоя, относящегося к данному месту повреждения, до возникновения установившегося повреждения для этих же 106 случаев следующее:

Приведенные данные свидетельствуют о постепенности развития повреждений в кабельных сетях. При этом 82 % рассмотренных случаев относились к пробою изоляции КЛ, а 18 % —к пробою изоляции остальных элементов сети. Следует отметить, что по многолетним данным в кабельных сетях 6—10 кВ около 90 % причин автоматических отключений приходится на повреждения КЛ, а 10 % — на повреждения остальных элементов этих сетей.
В подавляющем большинстве воздушных сетей используется автоматическое повторное включение (АПВ). В кабельных сетях оно применяется редко. При успешном АПВ линия остается в работе. Если за время до отключения ВЛ удается выполнить ОМП, то, своевременно устранив дефект, можно предотвратить устойчивое повреждение. Таким образом, сочетание АПВ и ОМП является важной профилактической операцией, повышающей надежность электроснабжения. В зависимости от конкретных условий и номинального напряжения ВЛ количество успешных АПВ меняется от 45 до 90 %. Так, по данным [1 ] в США для ВЛ 220—360 кВ успешные АПВ составляют 77—90 %.
Сочетание сигнализации кратковременных замыканий на землю с ОМП в кабельных сетях также может существенно сократить число устойчивых повреждений.
По видам повреждения разделяются на КЗ (в сетях с изолированной нейтралью или компенсацией емкостных токов также «замыкания на землю») и обрывы. Основные повреждения — КЗ — делятся на однофазные (однополюсные) и междуфазные (двух- и трехфазные, как с «землей», так и без «земли»). Для сетей с изолированной нейтралью или компенсацией емкостных токов существенное значение имеют также двойные замыкания на землю, т. е. замыкания двух фаз на землю в разных точках электрически связанной сети.
В большинстве случаев обрывы проводов ВЛ или жил КЛ выявляются после отключения КЗ на линии. Однако встречаются случаи возникновения обрывов и без КЗ.

На КЛ напряжением ниже 1000 В возникают обрывы жил (растяжки) без КЗ в тройниковых соединительных муфтах вследствие отсутствия тока нагрузки, например, в ночное время.
Распределение КЗ по видам зависит от класса изоляции и конструкции- элементов сетей. По данным [2] однофазные КЗ составляют примерно 65 %, двухфазные и двойные замыкания на землю — 20%, двухфазные замыкания без земли — 10 %, трехфазные замыкания —  5 %. Из этих данных следует, что подавляющее большинство замыканий (примерно 85 %) связано с землей.
Для ОМП существенное значение имеет распределение повреждений по конструктивным элементам и причинам возникновения. Такое распределение представлено в табл. 1.1 по результатам работы [3], выполненной для ВЛ 110—500 кВ в 14 энергосистемах.
Из табл. 1.1 следует, что ВЛ повреждаются вблизи опор значительно чаще, чем в промежуточной части пролета между опорами. Это обстоятельство важно для оценки вероятности ожидаемых значений переходных сопротивлений в месте КЗ. Около опор переходные сопротивления на землю существенно ниже.

Таблица 1.1

В прочие причины входят случаи включения короткозамыкателей на ответвительных подстанциях (12%).

Представляет интерес распределение причин повреждения ВЛ в зависимости от вида воздействия на нее; Так, по данным анализа 2276 случаев повреждения ВЛ 35—750 кВ посторонние воздействия составили 42,9 %  и атмосферно-климатические — 23,2 %. К посторонним воздействиям относятся загрязнения и перекрытия, вызванные птицами, прострелы изоляторов, набросы, наезды механизмов и низовые пожары. В 13 % случаев причины повреждения были связаны с недостатками конструкции, монтажа, ремонта и эксплуатации ВЛ; в остальных случаях причины повреждений установить не удалось.
Для ОМП КЛ важное значение имеет статистическое распределение повреждений по ее элементам. По данным анализа 3649 аварий КЛ 13,5 % повреждений приходится на соединительные муфты, 16,5 % — на концевые муфты и заделки, остальные 70 % — «целые» места кабеля. При этом на электрические пробои изоляции в «целом» месте приходится 40 % случаев и на механические— 60 %. Характерным результатом профилактических испытаний КЛ является большая относительная повреждаемость концевых и соединительных муфт, достигающая суммарно 40—45 % (против 30 % при авариях). Это указывает, в частности, на эффективность профилактической отбраковки концевых и соединительных муфт.
Для выявления повреждений силового трансформатора существенное значение имеет их статистическое распределение по видам изоляции (на корпус, между обмотками, между витками). В частности, на основе анализа 376 повреждений трансформаторов было установлено, что 17,6 % случаев составили витковые замыкания. Этот тип повреждения не может быть выявлен испытанием повышенным напряжением.