Работа изоляции в условиях длительного воздействия рабочего напряжения

На протяжении всего срока службы изоляция находится под воздействием рабочего напряжения установки. В таблице приведена шкала принятых у нас в стране номинальных (средних междуфазных рабочих) напряжений. В процессе эксплуатации имеют место отклонения от номинального напряжения, обусловленные падением напряжения в элементах электрической системы. При этом наибольшие рабочие напряжения в системе не должны превосходить значений, указанных в таблице. Там же приведены величины наибольших фазных напряжений, которые прикладываются к изоляции между токоведущими частями и землей.

Нежелательные последствия пробоя воздуха - это возможность возникновения устойчивой дуги. На линиях электропередачи дуговое замыкание на землю или между проводами приводит к отключению линии на время, необходимое для восстановления изоляции.

Возможность ликвидации дуговых замыканий на землю, представляющих собой наиболее распространенный вид нарушений нормальной работы сети, зависит от способа заземления нейтрали.

При работе сети с изолированной нейтралью через место однофазного замыкания на землю проходит емкостный ток неповрежденных фаз. В сетях небольшой напряженности, имеющих небольшие емкостные токи, дуга гаснет при первом прохождении тока через нуль и нормальная схема электроснабжения восстанавливается без отключения поврежденного участка. Таким образом, большинство однофазных замыканий на землю оказываются неопасными. Повышение протяженности сети вызывает увеличение емкостных токов, что приводит к затяжному горению дуги, развитию колебаний из-за ее неустойчивого характера, возможности переброски дуги на другие фазы. Для облегчения условий гашения дуги в нейтрали трансформаторов включаются реакторы с большой индуктивностью (дугогасящие реакторы); при однофазном замыкании на землю индуктивный ток реактора компенсирует емкостный ток, в результате чего ток замыкания на землю резко уменьшается. Это приводит к ликвидации дуги и восстановлению нормальных условий работы.

Эти сети не отключаются при однофазных замыканиях на землю, поэтому в них возможны повышения напряжения на неповрежденных фазах до линейного.

В сетях с заземленной нейтралью ток однофазного к.з. приводит в действие релейную защиту, вызывающую селективное повреждение отключенного участка. Благодаря быстрому отключению дуга не успевает переброситься на другие фазы или причинить повреждение изоляции. Линия может быть вновь включена в работу через доли секунды, что используется в системах автоматического повторного включения (АПВ).

Поскольку изоляция постоянно находится под рабочим напряжением, а также испытывает механические, тепловые и другие воздействия, она постепенно теряет свои первоначальные свойства, и ее электрическая прочность снижается - изоляция подвергается старению. Необходимо, чтобы в течение всего срока службы, на который рассчитана установка, так называемая длительная прочность изоляции не снизилась бы до величины наибольшего рабочего напряжения установки.

Влияние режима нейтрали на уровни перенапряжений

 

Основные режимы нейтрали:

1. Изолированная: 6,10,15,20,35 кВ;

2. Заземленная: 110 кВ и выше.

В зависимости от номинального напряжения нейтраль может быть изолирована или заземлена. При номинальном напряжении 6кВ, 10кВ, 15кВ, 20кВ, 35кВ нейтраль трансформатора делается изолированной, а при напряжении 110кВ и выше – заземленная или эффективно заземленная нейтраль.

Изолированная нейтраль

Для того чтобы напряжение нейтрали было равно нулю необходимо соблюсти условие, которое заключается в том, что углы между векторами напряжений должны быть равны 120 ^º. Но это условие не всегда соблюдается.

В зависимости от рельефа местности будет изменяться и емкость относительно земли. Соответственно, при увеличении протяженности ЛЭП емкость возрастает, и наоборот.

 

 

 

 

Наличие паразитных связей на ЛЭП приводит к изменению диаграммы напряжений, т.е. углы между векторами изменяются, вследствие чего напряжение нейтрали становится неравным нулю.

Величина емкостного тока напрямую зависит от протяженности ЛЭП и может варьироваться от 2 до 30А.

Достоинства: можно сэкономить на автоматике, в случае замыкания на землю можно надеяться на самопогасание дуги, чего нельзя допустить в случае высоковольтных ЛЭП.

Замыкания на линии возникают из-за попадания в них молнии, вследствие чего может возникнуть перекрытие изоляторов.

U _пр=100 I _молнии

При попадании молнии в ЛЭП образуется канал разряда молнии, проводимость которого становится соизмеримым с проводимостью провода.

 

В этот момент через этот канал начинает протекать ток замыкания . Но затем происходит быстрое охлаждение канала т.к. процесс протекания тока молнии длится лишь несколько десятков микросекунд. Быстрое охлаждение канала ведет к его деионизации - проводимость канала уменьшается. Ток, протекающий через канал, изменяется по синусоидальному закону. В тот момент, когда ток проходит через нулевое значение, ионизационный процесс прекращается и канал самовосстанавливается. Таким образом происходит самопогасание дуги.

Вероятность самопогасания дуги напрямую зависит от величины емкости линии. Если емкость имеет большое значение, то появляется так называемая перемежающая дуга, которая приводит к дуговым перенапряжениям, т.к. она то гаснет, то вновь загорается. Дуга в этом случае служит своего рода контактором. Этот случай является самым тяжелым для оборудования подстанций и электрических станций.

Режим изолированной нейтрали обеспечивает надежное снабжение потребителей, т.к. в этом случае потребитель не чувствует замыканий.

При замыкании на землю одной фазы, напряжение на оставшихся здоровых фазах будет равно .

Режим ДПЗ оказался очень актуальным в 50-е годы 20 века, т.к. длины линий в послевоенные годы были короткими, а их емкостное значение тока не превышало 5А. При попадании молнии в деревянную опору, она расщепляется и в некоторых случаях может обломиться, а провод может упасть на землю. В этом случае возникает режим ДПЗ, который удобен тем, что не происходит прерывания снабжения потребителей.

Но после того как длины линий со временем стали увеличиваться, а соответственно возрастали и емкости линий, ситуация стала меняться. Те режимы, которые были хороши для коротких линий, были непригодны для длинных линий. Невозможно было рассчитывать на самопогасание дуги, однофазное замыкание на землю стало опасным для населения. Необходимо было искать эффективные методы ограничения токов замыкания на землю. Одним таких методов стал дугогасящий реактор, который способствовал уменьшению тока ЗЗ.