Содержание материала

ГЛАВА ПЕРВАЯ
ИЗОЛЯЦИЯ АППАРАТОВ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ
1.1. КЛАССЫ НОМИНАЛЬНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ И ИСПЫТАТЕЛЬНЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ АВН. КООРДИНАЦИЯ ВНУТРЕННЕЙ И ВНЕШНЕЙ ИЗОЛЯЦИИ
Одним из основных требований к АВН является надежная работа при напряжениях, достигающих многих сотен киловольт. Поэтому вопрос расчета электрической прочности изоляции является одним из важнейших.
Для электрооборудования высокого напряжения переменного тока в СССР установлена шкала номинальных напряжений от 3 до 750 кВ (табл. 1.1). В настоящее время разрабатывается оборудование для линий электропередачи с номинальным напряжением 1150 кВ.
В соответствии с классом напряжения проектируются изоляционные конструкции, которые содержат внешнюю изоляцию, где изолирующей средой является атмосферный воздух, и внутреннюю, где изолирующей средой является газообразный, жидкий или твердый диэлектрик, а также вакуум. Понятие «внутренняя изоляция» распространяется также на герметичные изолирующие устройства, находящиеся в газовой среде, например в сжатом воздухе, специальном газе, вакууме.
На рис. 1.1, 1.2 показаны элементы изоляционных конструкций таких аппаратов, как маломасляный выключатель и трансформатор тока. 
Таблица 11. Номинальные и наибольшие рабочие напряжения электрооборудования (действующие напряжения, кВ)

Класс напряжения

Наибольшее рабочее напряжение

Номинальное напряжение электрической сети

Наибольшее длительно допускаемое рабочее напряжение в электрической сети

3

3,6

3,0
3,15
3,3

3,5
3,5
3,6

6

7,2

6,0
6,6

6,9
7,2

10

12,0

10,0
11,0

11,5
12,0

15

17,5

13,8
15,0
15,75

15,2
17,5
17,5

20

 

24,0

18,0
20,0
22,0

19,8
23,0
24,0

24

26,5

24,0

26,5

27

30,0

27,0

30,0

35

40,5

35,0

40,5

110

126,0

110,0

126,0

150

172,0

150,0

172,0

220

252,0

220,0

252,0

330

363,0

330,0

363,0

500

525,0

500,0

525,0

750

787,0

750,0

787,0

 Как для внутренней, так и для внешней изоляции возможны два вида нарушения электрической прочности изоляции: электрический пробой промежутка между токоведущими частями, имеющими различный потенциал, или токоведущими и заземленными частями, например между первичной и вторичной обмотками трансформатора тока, между контактами выключателя в их разомкнутом состоянии, а также перекрытие изоляции по поверхности, соединяющей эти части.
Электрическая прочность внешней изоляции после пробоя или перекрытия и быстрого отключения источника напряжения может восстанавливаться до исходного уровня, электрическая прочность внутренней изоляции (особенно твердой) при пробое нарушается и, как правило, не восстанавливается. Поэтому изоляция и изоляционная конструкция рассчитываются и проектируются так, чтобы при повышении напряжения более вероятным было нарушение внешней изоляции, а не внутренней.

пути перекрытия электрической изоляции

Рис. 1.1. Возможные пути перекрытия электрической изоляции в маломасляном выключателе:
1 — узел неподвижного контакта; 2 — дугогасительная камера; 3 — масло; 4 — подвижный контакт; 5 — корпус выключателя; 6 — изоляционная тяга механизма выключателя; 7 — опорные изоляторы; 8 — рама выключателя
Конструкция проходного одновиткового трансформатора тока:
Рис. 1.2. Конструкция проходного одновиткового трансформатора тока: 1— первичная обмотка; 2 — магнитопровод со вторичной обмоткой; 3 — фланец для крепления трансформатора тока

Изоляционная конструкция в процессе эксплуатации должна выдерживать длительное (десятки лет) воздействие наибольшего рабочего напряжения, а также кратковременные (от единиц до тысяч микросекунд) многократные воздействия возникающих в сети атмосферных (грозовых) и внутренних (коммутационных) перенапряжений. Поэтому электрические характеристики аппаратов и конструкции должны согласовываться с требованиями соответствующих стандартов и учитывать особенности эксплуатации изоляции.

Таблица 1.2. Длина пути утечки внешней изоляции


Класс напряжения

Наибольшее рабочее напряжение (действующее значение), кВ

Для электрооборудования, устанавливаемого в сетях

Длина пути утечки внешней изоляции электрооборудования, см, не менее, для категории

А

Б

В

3

3,6

С изолированной нейтралью

6

9

12,5

6

7,2

12

18

25,0

10

12,0

20

30

42,0

15

17,5

30

45

62,0

20

24,0

40

62

84,0.

35

40,5

70

105

140,0

110

126

С эффективно заземленной нейтралью

190

280

390

150

172

260

390

535

220

252

380

570

790

330

363

540

800

1120

500

525

800

1180

750

787

1180

Надежная работа изоляционных конструкций из фарфоровых и стеклянных изоляторов при длительном воздействии рабочего напряжения обеспечивается выбором соответствующей длины пути утечки (ГОСТ 9920-75). Под длиной пути утечки понимается наименьшее расстояние по поверхности изолирующей детали между металлическими частями (арматурой) разного потенциала без учета участков армирующих слоев цемента или других аналогичных материалов. За длину пути утечки составной изолирующей конструкции или изолятора принимается сумма пути утечки последовательно соединенных элементов. Длина пути утечки внешней изоляции электрооборудования должна быть не менее указанной в табл. 1.2. Электрооборудование в зависимости от длины пути утечки внешней изоляции разделяется на следующие категории исполнений: А — нормальные, Б — усиленное, В — особо усиленное.
В ГОСТ 1516.1-76 даются значения испытательных напряжений для классов напряжения электрооборудования до 500 кВ. Для электрооборудования класса напряжения 750 кВ требования к электрической прочности изоляции отражены в ГОСТ 20690-75, а класса напряжения 1150 кВ — в технических условиях.
 
Испытание изоляции проводится как импульсным напряжением, так и напряжением промышленной частоты, причем приложение к изоляции испытательного напряжения промышленной частоты считается эквивалентным многократным воздействием на изоляцию кратковременных внутренних перенапряжений, а приложение импульсного напряжения со стандартизованными параметрами по амплитуде, длительности фронта и длительности импульса считается эквивалентным атмосферным перенапряжениям. Для испытаний изоляции используются стандартные грозовые импульсы: полный с длительностью фронта 1,2 мкс и длительностью импульса 50 мкс (обозначается 1,2/50) и срезанный, представляющий собой полный импульс, срезанный при предразрядном времени 2—3 мкс. Для более точного определения электрической прочности изоляции по отношению к внутренним перенапряжениям введены испытания коммутационными импульсами: апериодическим (250/2500) или колебательными. В [1.1] приведены значения испытательных напряжений АВН класса напряжения до 750 кВ включительно и рекомендуемые нормы для электрооборудования 1150 кВ.
В процессе испытаний изоляции грозовые импульсы прикладываются к аппарату многократно (для внутренней изоляции — трехударный метод, для внешней изоляции и внутренней изоляции газонаполненного электрооборудования— 15-ударный метод). Внутренняя изоляция испытывается однократным приложением одноминутного испытательного напряжения, а внешняя и внутренняя между контактами газонаполненных выключателей — трехкратным приложением испытательного напряжения при плавном подъеме. Очевидно, что электрическая прочность изоляции должна быть выше значений испытательного напряжения, что достигается выбором соответствующих коэффициентов запаса в процессе проектирования и расчета изоляционной конструкции. Действующее значение разрядного напряжения Uр в воздухе принимают на 5—10 % выше испытательного напряжения внешней изоляции в сухом состоянии Uисп, сух для данного класса напряжения при частоте 50 Гц:

Разрядное напряжение внутренней изоляции, как это указано в ГОСТ 1516.1-76 в требованиях к изоляции изоляторов, испытываемых отдельно, в процессе испытаний на пробой при плавном подъеме напряжения промышленной
частоты должно быть больше Uисп. сух не менее чем в 1,2 раза для изоляторов с основной жидкой или бумажно- масляной изоляцией и не менее чем в 1,6 раза для остальных изоляторов.