🗊Презентация Специальные вопросы электроснабжения. Изоляция и перенапряжения

Я рада вас приветствовать, товарищи ребята! Конечно, если вы в МЭИ, а не ушли куда-то…

Учиться, учиться и учиться…. Привет из 2016

Общая характеристика курса Надежность работы электроустановок в значительной мере определяется состоянием изоляции Виды воздействий на изоляцию Изоляция постоянно находится под действием рабочего напряжения

Внешняя изоляция электроустановок Ликвидация замыканий при грозовых ударах возможна только потому, что воздушная изоляция самовосстанавливается после снятия напряжения или погасания дуги. К внешней изоляции относятся воздушные промежутки и изоляторы наружной установки (внешняя поверхность). Основной особенностью внешней изоляции является зависимость ее характеристик от атмосферных условий. Изоляторы наружной установки имеют электрическую прочность, зависящую от загрязнения их поверхности и осадков

Внутренняя изоляция Это изоляция обмоток электрических машин, изоляция кабелей, герметизированная изоляция вводов и силовых конденсаторов, изоляция между контактами выключателя в отключенном состоянии и т.д. Внутренняя изоляция обычно представляет собой комбинацию твердого и жидкого или газообразного диэлектриков. Особенностью внутренней изоляции является ее старение. Пробой твердой и комбинированной изоляции – явление необратимое. Жидкая и газовая изоляция способны самовосстанавливаться, однако многократные пробои приводят к ухудшению их характеристик

Понятие координации изоляции А- грозовые перенапряжения; Б – внутренние перенапряжения; В – длительные повышения напряжения; Г – рабочее напряжение

Пробивное напряжение изоляции тем выше, чем меньше время воздействия напряжения Однако создание изоляции, которая выдерживала бы любые перенапряжения экономически неоправданно и технически невозможно, т.к. перенапряжения носят вероятностный характер. Поэтому необходимо использование защитных аппаратов, облегчающих условия работы изоляции. Взаимное согласование значений воздействующих напряжений, характеристик защитной аппаратуры и электрических характеристик изоляции, обеспечивающее надежную работу и высокую экономичность ЭУ, называется координацией изоляции

Общая характеристика внешней изоляции

Влияние атмосферных условий На разрядные напряжения воздушных промежутков оказывают влияние давление Р, температура Т и абсолютная влажностьγ воздуха. Н.А.У.: Р=760 мм рт.ст., Т=293°К, γ=11г/м³ При увеличении γ в 1,5 раза Uразр возрастает примерно на 5 % При увеличении Т на каждые 3° сверх нормы Uразр снижается на 1% Снижение давления при подъеме на каждые 100 м над уровнем моря приводит к снижению разрядного напряжения на 1%

Изоляторы Требования, предъявляемые к изоляторам: 1. Высокая электрическая прочность Пробивное напряжение твердого диэлектрика в изоляторе должно быть не менее, чем в 1,5 раза выше напряжения перекрытия по поверхности 2.Высокая механическая прочность 3. Низкая гигроскопичность 4. Высокая трекингостойкость

Назначение и виды изоляторов Изоляторы по назначению делятся на опорные опорно-штыревые и опорно-стержневые проходные подвесные тарельчатые и стержневые

Полимерные изоляторы

Разрядные напряжения изоляторов На разрядные напряжения изоляторов влияют те же факторы (Р, Т,γ), которые влияют на разрядные напряжения воздушных промежутков, т.к. разряд развивается в воздухе вдоль поверхности изолятора. Кроме этого влияет состояние поверхности изолятора, а именно увлажненность и загрязнения. Поэтому для изоляторов наружной установки установлены следующие виды испытательных напряжений: Сухоразрядное напряжение – при сухой и чистой поверхности Мокроразрядное напряжение – поверхность увлажнена искусственным дождем по стандартной методике Грязеразрядное напряжение – поверхность увлажнена и загрязнена При испытаниях по п.п.1,2 результаты приводятся к Н.А.У.

Виды и условия испытания внешней изоляции

Электрофизические процессы в газах Нарушение электрической прочности газового промежутка происходит под действием ударной ионизации электронами, приобретающими дополнительную энергию за счет сил электрического поля. Интенсивность этой ионизации определяется при заданной напряженности электрического поля в основном двумя величинами – энергией ионизации газа и средней длиной свободного пробега.

Движение заряженных частиц в газах В отсутствие внешнего электрического поля частицы находятся в состоянии хаотического (теплового ) движения, постоянно сталкиваясь (взаимодействуя) в другими частицами. Если на единицу пути частица испытала z столкновений , то средняя длина ее свободного пробега Эта величина зависит от концентрации частиц, а следовательно, от давления и температуры газа. Если относительная плотность воздуха

То зависимость λ от температуры и давления имеет вид где λ0 - средняя длина свободного пробега при НАУ Действительная длина для каждой частицы отличается от средней и носит вероятностный характер. Вероятность того, что действительная длина свободного пробега больше или равна Х, составляет

Наличие внешнего электрического поля приводит к возникновению направленного движения заряженных частиц , т.е к появлению в газе электрического тока. Наличие внешнего электрического поля приводит к возникновению направленного движения заряженных частиц , т.е к появлению в газе электрического тока. Движение частиц под действием поля называется дрейфом. Скорость дрейфа

Возникновение и исчезновение заряженных частиц в газе

Виды ионизации Ударная 2. Термоионизация 3. Фотоионизация

Коэффициент ударной ионизации Для того, чтобы электрон приобрел энергию ионизации, он должен пройти без столкновений путь

Лавина электронов

Условие самостоятельности разряда

Разряды в воздушных промежутках при длительно действующих напряжениях Разрядные напряжения промежутков с однородным полем К длительно действующим напряжениям относятся постоянном напряжение и переменное напряжение с частотой 50 Гц. Поскольку развитие разряда происходит за время, значительно меньшее, чем полупериод переменного напряжения, то при таких воздействиях их продолжительность не может оказывать влияния на разрядные напряжения.

Закон Пашена

Разряд в воздушном промежутке в неоднородном поле

Для однородного поля Для однородного поля Для неоднородного поля

Пробой коронирующего промежутка Коронный разряд или корона – это самостоятельный разряд, при котором ударная ионизация электронами имеет место не по всей длине промежутка , а лишь в части промежутка у электродов. Коронный разряд может иметь лавинную и стримерную форму. При лавинной форме, характерной для электродов с малыми радиусами кривизны (1 – 2мм), зона ионизации имеет достаточно однородную структуру, а свечение сосредоточено в узком чехле. При стримерной короне структура зоны ионизации дискретна, а свечение имеет место в узких каналах - стримерах .

Повышение электрической прочности промежутков 1. Увеличение радиуса кривизны электродов с помощью экранов 2. Применение диэлектрических барьеров в коронирующих промежутках

Разряды в воздушных промежутках при грозовых и коммутационных импульсах Время разряда и вольт-секундные характеристики воздушных промежутков

Электрическая прочность изоляторов 3 случая расположения твердого диэлектрика в электрическом поле

Скользящий разряд

Распределение напряжения вдоль гирлянды подвесных изоляторов

Эксплуатационный контроль изоляторов 1. Метод контроля изоляторов, основанный на измерении распределения напряжения по гирляндам или колонкам. Позволяет обнаружить изоляторы с достаточно развитыми дефектами. 2. Метод, основанный на измерении частичных разрядов. Частичные разряды создают радиопомехи, применяют измеритель помех. 3. Испытания повышенным напряжением Эксплуатационные мероприятия, повышающие надежность работы изоляторов: Обмывка Очистка струей сжатого воздуха Ручная очистка Покрытие гидрофобными пастами

Общая характеристика внутренней изоляции

Общие свойства

Длительная электрическая прочность внутренней изоляции Виды старения внутренней изоляции

Электрический механизм старения

Тепловое старение

Механическое старение

Электрохимический механизм старения

Пробой жидких и твердых диэлектриков при кратковременных воздействиях Пробой жидких диэлектриков

Разряд по поверхности твердого диэлектрика в масле

Пробой твердых диэлектриков

Тепловой пробой

Основные виды внутренней изоляции Маслобарьерная изоляция Во многих изоляционных конструкциях (трансформаторы, вводы) используется изоляция, в которой промежутки с изоляционной жидкостью, обычно с трансформаторным маслом, перегорожены барьерами из твердой изоляции. Действие барьера различно в однородных и неоднородных полях. В равномерном или слабонеравномерном поле барьер препятствует возникновению проводящих цепочек в изолирующей жидкости между электродами. Барьер, установленный вблизи электрода с большей напряженностью поля, повышает разрядное напряжение при длительном приложении напряжения промышленной частоты на 30 – 35 %. Аналогичное действие оказывает поверхностное покрытие твердым диэлектриком электрода, обладающего большей кривизной. При импульсах проводящие цепочки не успевают образоваться, поэтому барьеры в слабонеравномерных полях не повышают импульсного напряжения. Это заключение, однако, относится к чистым промежуткам в масле. В реальных конструкциях с маслобарьерной изоляцией (МБИ), барьеры оказываются всегда эффективными.

Маслобарьерная изоляция В резко неравномерном поле действие барьера в жидком диэлектрике аналогично действию барьера в газовом промежутке: разряды, возникающие в стадии короны, растекаясь по барьеру, выравнивают поле между барьером и плоскостью. Установка барьера повышает Uпр промежутка с неравномерным полем в 2 – 2,5 раза. Наивысшие разрядные напряжения достигаются при установке барьера вблизи стержня на расстоянии 0,1 – 0,25d. Коронный разряд в масле, возникающий в резко неравномерном поле при напряжении много меньше пробивного, может охватить весь промежуток между электродом и барьером. При грозовых и коммутационных импульсах коронный разряд не приводит к порче барьера, но при длительном приложении напряжения корона постепенно разрушает барьер, что приводит к уменьшению Uпр всего промежутка. Поэтому возникновение коронного разряда при рабочем напряжении недопустимо. Так как наличие барьера не влияет на коронное напряжение, то в неравномерном поле барьеры не влияют на допустимую величину длительно приложенного напряжения.

Маслобарьерная изоляция

Маслобарьерная изоляция В конструкции изоляции для трансформаторов более высокого напряжения (например, 500 кВ) обмотка имеет петлевую конструкцию, так что в установке компенсирующих экранов нет необходимости. Угловые шайбы установлены не только между обмотками, но и на внешней стороне обмотки 500 кВ. Уровень изоляции обмоток трансформатора определяется не только конструкцией изоляции напряжения изоляционными расстояниями, но и качеством изоляционных материалов. Для покрытия проводов и катушек применяется кабельная бумага; изолирующие цилиндры и угловые шайбы выполняются из прессшпана. В лучших образцах изолирующие цилиндры выполняются из электрокартона, а угловые шайбы штампуются из бумажно-целлюлозной массы. Все элементы волокнистой изоляции пропитываются маслом. Большое значение имеет технологическая обработка изоляции трансформатора, в частности сушка изоляции.

Маслобарьерная изоляция На конструкцию изоляции трансформаторов сильное влияние оказывает то обстоятельство, что в активных частях трансформатора, т.е. в меди обмоток и в магнитопроводе, при работе выделяется большое количество тепла. Это заставляет выполнять изоляцию так, чтобы можно было непрерывно охлаждать активные части. МБИ обладает достаточно высокой кратковременной электрической прочностью и позволяет интенсивно охлаждать конструкцию за счет циркуляции масла. Для того чтобы барьеры были эффективными, они должны располагаться перпендикулярно силовым линиям электрического поля. В проходных изоляторах, где электрическое поле в основном радикальное, это без труда достигается путем применения цилиндрических барьеров. В трансформаторах электрическое поле имеет сложную конфигурацию, поэтому приходится применять комбинацию барьеров разной формы.

Маслобарьерная изоляция В трансформаторах в основном применяют три типа барьеров, показанных на рисунке: цилиндрический барьер 1, плоскую шайбу 2 и угловую шайбу 3. Количество барьеров зависит от номинального напряжения.     Схема главной изоляции обмотки силового трансформатора: 1 – цилиндрический барьер; 2 – плоская шайба; 3 – угловая шайба; 4 – обмотка ВН; 5 – ярмо магнитопровода; А и В - главные изоляционные расстояния

Маслобарьерная изоляция Обычно расстояние от обмотки ВН до ярма приблизительно в два раза больше, чем расстояние до сердечника трансформатора, несмотря на то, что к этим промежуткам приложены одинаковые напряжения. Это связано с неблагоприятной формой электрического поля на концах обмотки, где напряженность имеет наибольшее значение. Поэтому при высоких номинальных напряжениях стремятся по возможности уменьшить напряжение на концах обмотки. Это удается осуществить путем ввода напряжения в середину обмотки и разделения ее на две параллельные ветви. В этом случае концы обмотки соответствуют нейтрали трансформатора, напряжение на которой в системах с заземленной нейтралью всегда меньше фазного. Это обстоятельство позволяет изоляцию нейтрали рассчитывать на меньшее напряжение, что значительно облегчает ее конструирование и уменьшает общие габаритные размеры трансформатора.

Маслобарьерная изоляция

Маслобарьерная изоляция

Твердая изоляция

Твердая изоляция Керамические изоляционные материалы Эти материалы получают из глинистых продуктов путем спекания при высокой температуре. Они представляют собой кристаллическую фазу и нерастворимы в воде. Формируются керамические изделия из пластичной массы при комнатной температуре. Дальнейший обжиг, сопровождающийся объемной усадкой, приводит к тому, что утрачиваются пластичные свойства исходного сырья, изделие становится твердым и стабильным по форме. Фарфор и стеатит. Фарфор представляет собой силикат алюминия, в его состав входят 40 - 50 % каолина и глины (пластификатора), 20 - 30% оксида алюминия и 30% полевого шпата. Эта смесь дает высокопрочный фарфор (глинистый или глиноземистый фарфор) с лучшими механическими свойствами, чем применявшийся ранее кварцевый фарфор.

Твердая изоляция Керамические изоляционные материалы Стеатит представляет собой силикат магния. Затруднительная обработка, вызванная отсутствием связующего материала, является причиной того, что изделия из стеатита имеют малые размеры, и поэтому для изготовления больших изоляторов на высокие напряжения предпочитают использовать фарфор. Стеатит по сравнению с фарфором обладает лучшими механическими характеристиками и меньшими диэлектрическими потерями. Фарфор в электроэнергетике используется в качестве изоляции воздушных линий электропередачи, газовых выключателей. Из фарфора изготавливаются опорные изоляторы разъединителей и сборных шин, вводы силовых трансформаторов, изоляционные конструкции измерительных трансформаторов напряжения и тока, изоляционные корпуса оборудования и т.д.

Твердая изоляция Стекла Они получаются путем спекания различных оксидов. Наибольшее значение при изготовлении стекол имеют диоксид кремния Si02 в виде кварцевого песка, триоксид бора В2О3 и оксиды металлов PbO, А1203, Na2O, К20, ВаО и др. При изготовлении стекол широко применяются более 500 видов разнообразных добавок. С их помощью получают и бесщелочное электротехническое стекло (содержание щелочи менее 0,8%), обладающее малой электропроводностью. Е-стекло имеет преимущества при использовании в электротехнике по сравнению со щелочными стеклами. Стекла применяются в концевых разделках кабелей, при изготовлении вводов, конденсаторов, тарельчатых изоляторов воздушных линий электропередачи.

Твердая изоляция Стекла Е-стекло используется прежде всего в виде волокна для изготовления стеклопластиков. Волокна в электротехнических материалах содержат в зависимости от способа их вытягивания защитную оболочку с хорошим сцеплением эпоксидного основания и заполнителя. Так как модуль упругости и прочность на разрыв стеклянных нитей гораздо выше, чем у эпоксидных смол, то материалы на основе стекловолокна обладают хорошими механическими свойствами. Стекловолоконными нитями бандажируются, например, обмотки электрических машин и укрепляются пакеты стали в трансформаторах. Стеклоткань используется для механического упрочнения изоляционных плат и труб для камер выключателей; стекловолоконный стержень является несущей частью стеклоэпоксидных подвесных изоляторов.

Твердая изоляция Слюда Это природный минерал, образованный различными химическими соединениями. Важнейшими видами слюды, применяемыми в электротехнике, являются мусковит (калиевая слюда, расщепляемая на тонкие слои) и флогопит (магниевая слюда). Кристаллы слюды обладают способностью под действием механической нагрузки расщепляться по определенным кристаллографическим плоскостям. Это объясняется тем, что их кристаллическая структура представляет собой решетку с очень прочными связями в одной плоскости и со слабыми связями в плоскости, перпендикулярной первой. В технике высоких напряжений преимущественно используется только такая слюда, которая при расщеплении дает крупные пластинки овальной или многоугольной формы толщиной от 0,02 до 0,10 мм. Для изготовления конденсаторов применяется так называемая блочная слюда с пластинами толщиной от 0,18 до 0,76 мм. Слюда обладает термостойкостью вплоть до 600°С, ее температура плавления составляет 1200 - 1300°С. Слюда стойка к воздействию дуги, масла, облучения, противостоит тлеющим разрядам.

Твердая изоляция Слюда Применяемые в технике высоких напряжений пластинки слюды скрепляются, например, силиконовой или эпоксидной смолой, в результате чего образуются пластины или трубы стабильной формы (миканит), или наклеиваются на подложку из бумаги или стеклошелка - образуются гибкие полоски (микафолий). Миканит применяется для изоляции коллекторных пластин электрических машин, цоколей ламп, элементов крепления электродов в электронных лампах, каркасов и т. д. Микафолий представляет собой гибкую подложку - полоску бумаги или стеклошелка, на которую с нахлестом наклеены пластинки слюды с помощью шеллака, силиконовой или эпоксидной смолы. Высокие теплостойкость, механическая прочность, негорючесть, устойчивость при воздействии масла и влаги позволяют использовать микафолий при изготовлении изоляции асинхронных двигателей, обмоток генераторов и сухих трансформаторов.

Твердая изоляция Слюда

Твердая изоляция Слюда

Твердая изоляция Асбест – негорючий и теплостойкий минерал. Благодаря волокнистой структуре из него изготавливаются ткани, листы, плиты и пр. Используется для теплостойкой изоляции, предохранения от действия электрической дуги. Из-за наличия окислов железа и влаги асбест является полупроводящим материалом (удельное сопротивление до 104 Ом∙м) и поэтому используется также в качестве полупроводящих покрытий и прокладок.

Твердая изоляция Органическая изоляция Органическая изоляция создается на основе целлюлозы, синтетических материалов или каучука. Основными недостатками изоляции на основе целлюлозы являются ее высокая гигроскопичность и низкая теплостойкость. Для уменьшения гигроскопичности бумагу пропитывают лаками или смолами. Пропитанные термореактивной бакелитовой смолой и спрессованные листы бумаги после термообработки образуют монолитный материал с высокими с высокими механическими свойствами, называют текстолитом. Бумага обработанная хлористым цинком и спрессованная в виде листов или труб, называется фиброй. Этот материал поддается всем видам механической обработки и используется для обеспечения дугогашения в трубчатых разрядниках. Высушенная и пропитанная древесина твердых пород используется для изготовления крепежных деталей. При термическом разложении фибра выделяет большое количество газов, поэтому она используется для изготовления крепежных деталей и прокладок. Из тонких листов древесного шпона после пропитки изоляционными смолами, прессования и термообработки получают дельта-древесину – листовой материал с высокими механическими свойствами и хорошими электрическими характеристиками.

Твердая изоляция Высокомолекулярные полимерные изоляционные материалы Эти материалы состоят из макромолекул, представляющих собой объединение по меньшей мере многих сотен атомных групп. Объединение атомных групп в макромолекулы может существовать в трех формах. Одномерные группы образуют молекулы в виде более или менее длинных нитей - термопластов. Двумерные группы дают плоские макромолекулы. Трехмерные группы формируют пространственные макромолекулы, и материалы с такими молекулами называют дуропластами. Формирование групп называют полиреакциями, при этом различают следующие процессы: полимеризацию, поликонденсацию и ступенчатую полимеризацию.

Твердая изоляция Высокомолекулярные полимерные изоляционные материалы Полимеризация. Этим термином обозначают полиреакции, при которых одинаковые или похожие так называемые мономеры (конструкционные элементы), имеющие двойные химически активные связи, объединяются друг с другом, причем увеличение молекул происходит без образования побочных продуктов. Благодаря такому цепочечному объединению элементов возникают линейные молекулы. Если полимеризация происходит с участием мономеров одного вида, то ее называют гомополимеризацией. Если же в реакции принимают участие два и более вида мономеров, то речь идет о кополимеризации.

Твердая изоляция Поликонденсация. В противоположность полимеризации в поликонденсации участвуют неодинаковые мономеры, образующие цепочечные или разветвленные макромолекулы. Мономеры должны иметь две, три и т. д. активные связи. Соединение функциональных групп сопровождается выделением побочных продуктов, таких, как вода, аммиак и др. Эти продукты в процессе полиреакции приводят к образованию пустот, и поэтому материалы, полученные поликонденсацией, могут быть использованы, как правило, при низких напряжениях. Ступенчатая полимеризация. Это реакция полиприсоединения маломолекулярных элементов с двумя и более связями в вещество с активными атомами водорода путем отдельных, не зависящих друг от друга единичных реакций, при этом объединение групп происходит без образования побочных продуктов, чаще всего за счет смещения атомов водорода. Появляющиеся таким образом материалы обладают высокими диэлектрическими свойствами. Их называют полиаддуктами или продуктами ступенчатой полимеризации.

Твердая изоляция

Твердая изоляция Эластомеры К эластомерам относится силиконовая резина. Силиконовая резина - это материал, получаемый путем вулканизации силиконового каучука. Силиконовый каучук не окисляется, стоек к воздействию озона, света, жиров и хлорированных дифенилов. Пары воды силиконовая резина впитывает лишь при температуре выше 130°С и разрушается только при больших временах воздействия паров. Силиконовая резина набухает в бензине, алифатических углеводородах, в ароматических растворителях и маслах и теряет свою механическую прочность. Силиконовая резина горячей вулканизации применяется в качестве изоляции жил и оболочек кабелей, используемых в технике связи и электроснабжении, для уплотнений вводов в аппараты с жидкой средой и изготовления изоляции проводов и защитных колпаков распределителей в системах зажигания двигателей внутреннего сгорания. Самоклеящиеся ленты из борсодержащей силиконовой резины используются в качестве изоляции кабелей.

Твердая изоляция Эластомеры Важнейшей областью применения силиконовой резины в технике высоких напряжений является изготовление подвесных изоляторов для воздушных линий электропередачи, состоящих из стеклотекстолитового стержня, устойчивого к растяжению, и экранов. Расширяется применение силиконовой резины при производстве штепсельных разъемов с регулированием поля для кабелей с пластмассовой изоляцией, работающих при средних напряжениях. Твердеющие при низкой температуре материалы используются преимущественно для заливки обмоток и изготовления деталей, работающих при повышенных температурах. Существуют также другие виды эластомеров, такие, как этиленпропилен-кополимеризат (ЕРМ) и фторкаучук.

Твердая изоляция

Твердая изоляция

Твердая изоляция

Твердая изоляция Бумажно-масляная изоляция Бумажно-масляная изоляция состоит из слоев бумаги, пропитанной минеральным маслом. Из-за шероховатости бумаги между ее слоями имеются зазоры, заполненные маслом. Толщина масляных прослоек не превышает десятых долей миллиметра. В зависимости от конструкции применяются два варианта исполнения изоляционного слоя. Листовая или рулонная изоляция выполняется из сплошных листов или рулонов бумаги и применяется в конденсаторах и проходных изоляторах (вводах). Ленточная изоляция применяется для изолирования конструкций сложной формы или большой длины, а также в тех случаях, когда требуется обеспечить гибкость изоляции при монтаже или эксплуатации оборудования (например, в кабелях). Бумажная лента при этом может накладываться на изолируемые части последовательными слоями по спирали с положительным или отрицательным перекрытием. Ленточная изоляция с положительным перекрытием применяется, как правило, для изолирования конструкций сложной формы при ручной намотке, например, в трансформаторах тока. Изолирование с отрицательным перекрытием применяется при машинной намотке бумажных лент, например, для кабельной изоляции.

Твердая изоляция

Твердая изоляция Газовая изоляция Применение газовой изоляции дает ряд преимуществ по сравнению с твердыми и жидкими диэлектриками. В частности, газовая изоляция отличается очень малыми диэлектрическими потерями и практически не изме­няет своих свойств в процессе эксплуатации. Применение ее приводит к резкому снижению массы конструк­ции и обеспечению ее пожаробезопасности. В ряде случаев конструкция устройства упрощается. При увеличении давления электрическая прочность элегаза (SF6) и воздуха становится выше прочности твердых и жидких диэлектриков, например минерального масла. Газы, используемые для изоляции установок высокого напряжения, должны быть химически стойкими в электрическом разряде (не выделять химически активных веществ) и инертными (не вступать в реакции с материалами, в сочетании с которыми они применяются), а также обладать высокой теплопроводностью и низкой температурой сжижения, допускающей их применение при повышенных давлениях. Помимо этого, они должны быть негорючими и нетоксичными, а также иметь невысокую стоимость.

Твердая изоляция Газовая изоляция В настоящее время в качестве изоляции применяются воздух, азот и элегаз. Из них наибольшей электрической прочностью, превышающей прочность азота и воздуха примерно в 2,5 раза, обладает элегаз. Причина этого заключается в том, что элегаз является электроотрицательным газом, в состав его молекулы SF6 входит фтор — галоген, легко присоединяющий к себе электрон и образующий устойчивые отрицательные ионы. Рабочие давления элегаза ограничиваются возможностью его сжижения при сравнительно высоких температурах. При давлении около 0,3 МПа температура сжижения элегаза составляет —45°С, а при 0,5 МПа составляет —30°С. Такие температуры не являются редкостью для средней полосы, а тем более для северных районов нашей страны.

Твердая изоляция Газовая изоляция Понизить температуру сжижения элегаза, а следовательно, увеличить рабочее давление можно добавкой газов, имеющих более низкие температуры сжижения, например азота, температура сжижения которого при 3 МПа составляет —70°С. При 70%-ном содержании азота в элегазе температура сжижения смеси при давлении 8 МПа составляет —45°С. Таким образом, рабочее давление такой смеси при температуре —45°С почти в 30 раз больше, чем у чистого элегаза. Электрическая прочность такой смеси всего на 10—15% ниже прочности чистого элегаза. Области применения газовой изоляции разнообразны. Воздух под избыточным давлением в несколько атмосфер используется в основном в образцовых конденсаторах на напряжение до 35 кВ. Ограниченное применение воздуха связано с тем, что при частичных разрядах в воздухе образуется озон, вызывающий коррозию металлов и разрушение твердых диэлектриков. Азот и элегаз применяются для изоляции конденсаторов, трансформаторов, кабелей и герметизированных распределительных устройств.

Твердая изоляция Газовая изоляция Элегаз является не только хорошей изолирующей, но и хорошей дугогасящей средой. Ток отключения в элегазе примерно в 10 раз больше, чем в воздухе. Если же учесть, что в элегазе скорость восстановления электрической прочности после погасания дуги почти на порядок выше, чем в воздухе, то из этого следует, что мощность отключения в элегазе может быть почти в 100 раз больше, чем в воздухе. По этой причине элегазовые выключатели успешно конкурируют с воздушными.

Твердая изоляция Газовая изоляция

Твердая изоляция Вакуумная изоляция Промежутки, для которых произведение давления газа на межэлектродное расстояние лежит в пределах 0,01—0,2 кПа-см, считаются вакуумными. Возникновение разряда в них определяется практически только процессами на электродах. В ряде случаев электрическая прочность вакуумной изоляции может быть выше, чем газовой. Различают три вида нарушения электрической прочности вакуумной изоляции. Во-первых, появление более или менее стабильных токов плотностью 10-4— 10-3 А/см2, резко зависящих от приложенного к электродам напряжения. Эти токи называются темповыми или предпробойными. Во-вторых, возникновение периодически повторяющихся самогасящихся маломощных, импульсов тока 10-4—10-3 А/см2 и длительностью 10-4—10-3 с с частотой повторения от долей до десятков и сотен герц. В-третьих, возникновение пробоя всего изоляционного промежутка. Пробой характеризуется резким спадом межэлектродного напряжения и образованием дуги.

Твердая изоляция Вакуумная изоляция Под нарушением электрической прочности вакуумной изоляции понимают те явления, которые ограничивают подъем напряжения на электродах в данной конкретной установке. В одном случае это пробой при быстром подъеме напряжения, в других — возникновение редких импульсов тока при длительном приложении напряжения или появлений темновых токов. Таким образом, в зависимости от требований, предъявляемых к вакуумной изоляции, в понятие электрической прочности может вкладываться разный смысл. Отличительной чертой вакуумной изоляции являются очень большие разбросы пробивных напряжений и напряжений появления темновых и импульсных токов (измеренные значения могут отличаться друг от друга в 1,5—3 раза), что объясняется особенностью микроструктуры поверхности электродов и их чистотой (адсорбционные и окисные пленки). Характеристики поверхности зависят от материала и чистоты обработки электродов и могут изменяться при воздействии разрядов.

Твердая изоляция Вакуумная изоляция Уменьшить разброс пробивных напряжений удается с помощью тренировки электродов, представляющей собой серию пробоев вакуумного промежутка до установления стабильного напряжения. При пробоях вакуумного промежутка происходит нагрев электродов и испарение материала с их поверхности. В результате этого поверхность электродов становится более гладкой и очищается от посторонних веществ, что и приводит к повышению и стабилизации пробивного напряжения. В установках с вакуумной изоляцией, так же как и с газовой, электрическая прочность промежутка, очень часто определяется разрядным напряжением по поверхности твердых изоляторов, которые применяются для крепления различных узлов установки. Для повышения и стабилизации разрядного напряжения по поверхности твердого диэлектрика также проводят тренировку, т.е. выдерживают промежуток под напряжением.

Твердая изоляция Вакуумная изоляция

Твердая изоляция Вакуумная изоляция Вакуумная изоляция используется в установках и приборах, где вакуум является рабочей средой. Это—ускорители, космические двигатели, электростатические сепараторы, электровакуумные приборы. Вакуумная изоляция применяется также в конденсаторах на 20—50 кВ, ,в выключателях высокого напряжения, вакуумных разрядниках и реле. Использование вакуумной изоляции в выключателях представляет интерес благодаря быстрому восстановлению электрической прочности промежутка после пробоя (10-3—10-4с); применение вакуумной изоляции в искровых реле позволяет получать хорошие временные характеристики реле: нестабильность времени срабатывания меньше 10 нс. Недостатками вакуумной изоляции являются конструктивные сложности получения высокого вакуума и сложная технологическая обработка токоведущих частей.

Методы профилактического контроля внутренней изоляции

Использование абсорбционных явлений для контроля изоляции

допустимое увлажнение недопустимое увлажнение

Контроль качества изоляции по тангенсу угла диэлектрических потерь

Контроль изоляции по интенсивности частичных разрядов

Контроль изоляции повышенным напряжением

Грозовые перенапряжения

Стадии грозового разряда 1. Лидерная – слабо светящийся канал со скоростью 150000 м/c 2. Главный разряд – происходит нейтрализация зарядов, скорость от 0,05 до 0,5 скорости света, сильное свечение, большие токи, температура канала до 30000 градусов

Параметры грозовых импульсов Молния – источник тока

Кривые вероятностей амплитуд токов молнии

Кривые вероятностей крутизн фронтов токов молнии

Характеристики грозовой деятельности Среднее число часов грозовой деятельности Среднее число ударов молнии в 1 кв. км за 100 грозовых часов

Шаровая молния

Спрайты

Защита от прямых ударов молнии (ПУМ)

Типы молниеотводов Стержневые Тросовые

Зоны защиты стержневых молниеотводов

Зоны защиты тросовых молниеотводов

Заземление молниеотводов

Условия безопасного прохождения тока молнии по молниеотводу

Активные молниеотводы Лидер нисходящей молнии, рожденной в грозовом облаке на высоте в несколько километров над поверхностью земли, в начале пути движется по непрогнозируемой траектории, претерпевая многочисленные отклонения от вектора напряженности внешнего электрического поля атмосферы. Это происходит потому, что поле в окрестности лидерной головки, где ионизуется воздух и рождается новый участок плазменного канала, по крайней мере на 2 порядка больше внешнего. Оно создается собственным зарядом лидера, который размещен на поверхности канала и в чехле, сформированном стримерной зоной перед головкой. Неоднократно наблюдались участки, где лидер продвигался поперек внешнего поля и даже в обратном направлении

Активные молниеотводы

Активные молниеотводы Не вызывает сомнения, что любая форма электрического разряда в газе изменяет свои характеристики в зависимости от напряжения на промежутке, структуры электрического поля, температуры и состава газовой среды, а потому все они доступны для управляющих воздействий. В этом отношении встречный лидер исключением не является. Вопрос здесь не в принципе, а в материальных затратах на создание систем активного управления. Система обязательно должна быть надежной, дешевой и эффективной – только тогда она будет реально внедрена в молниезащиту. Дешевизна же непосредственно связана с требуемым уровнем управляющих воздействий, которые должны быть возможно более слабыми. Это значит, что точкой приложения сил должен стать только что зарождающийся встречный лидер, пока он не сформировал собственное сильное электрическое поле, с которым трудно конкурировать.

ESE – молниеотводы Под таким названием выпускаются современные активные молниеотводы. Аббревиатура образована английскими словами “ранняя стримерная эмиссия”. Предполагается, что конструкция молниеотвода обеспечивает исключительно раннее развитие встречного разряда, от чего, якобы, вырастает длинный встречный лидер, перехватывающий молнию на в 5 - 6 раз более далеком расстоянии. Молниеотвод отличается обоюдоострой конической вершиной, на которую подается импульс высокого напряжения от встроенного источника. Источник – “known-how” фирмы. Вероятно, его накопитель энергии заряжается от тока короны в электрическом поле грозового облака. Изолирующая прокладка между вершиной молниеотвода и его основанием толщиной в несколько миллиметров позволяет оценить предельную величину напряжения, которое может быть подана на вершину. Ни при каких обстоятельствах оно не выше 20 – 30 кВ.

Для успешной работы молниеотвода важна не стримерная вспышка, а активно растущий встречный лидер. К сожалению, в диапазоне малых (< 1 см) радиусов вершины влияние этого параметра на возникновение активно растущего встречного лидера пренебрежимо слабое. Научная сессия IEEE в 2003 г в Торонто подвела итог дискуссии по активным молниеотводам. Аргументов в их пользу специалисты не увидели.

Защитные аппараты и устройства 1 Защитные искровые промежутки 2 Трубчатые разрядники 3 Вентильные разрядники 4 Ограничители перенапряжений нелинейные - ОПН

Защитные промежутки

Трубчатые разрядники

Вентильные разрядники

Устройство и принцип действия РВ Вентильный разрядник состоит из многократного искрового промежутка и нелинейного резистора, заключенных в герметичный корпус с помощью специальной арматуры. Искровые промежутки предназначены для подключения при перенапряжениях и отключения при сопровождающем токе нелинейных резисторов

Комбинированные разрядники

ОПН Использование окиси цинка, обладающей более нелинейной ВАХ, позволило создать более совершенные аппараты для ограничения перенапряжений - ОПН

Внутренние перенапряжения 1. Квазистационарные (установившиеся) 2. Коммутационные – перенапряжения переходных процессов 3. Дуговые при замыканиях на землю

Перенапряжения установившихся режимов 1. Емкостный эффект в симметричных линейных схемах

2 . Перенапряжения несимметричных режимов

3. Феррорезонансные перенапряжения

Коммутационные перенапряжения

Перенапряжения при включении ненагруженной линии

Перенапряжения при АПВ

Перенапряжения при отключении ненагруженных линий

Перенапряжения при отключении конденсаторов

Перенапряжения при отключении ненагруженных трансформаторов

Перенапряжения при отключении больших токов При КЗ на линии напряжение в месте повреждения обычно близко к нулю После отключения выключателя Q2 напряжение в конце линии возрастает до установившегося

Напряжение в конце линии при обрыве дуги при прохождении тока КЗ через нулевое значение Одностороннее отключение КЗ приводит к той же схеме, что и включение ненагруженной линии, поэтому амплитуды установившегося напряжения и частоты свободных колебаний в обоих случаях будут одинаковы. Различие амплитуд свободных составляющих обусловлено тем, что при отключении КЗ емкость заряжена до некоторого значения. Так как амплитуда первой свободной составляющей меньше амплитуды вынужденной составляющей, то ударный коэффициент в этом случае не превышает двух.

Если на линии имеется установка продольной компенсации (УПК), то прохождение тока КЗ по УПК вызывает значительной падение напряжение на ней, и на конце линии появляется постоянная составляющая напряжения или гармоники с той же амплитудой. Амплитуду свободной составляющей возрастает за счет заряда на емкости УПК. Поэтому ударный коэффициент может значительно превышать два .

Перенапряжения при дуговых замыканиях на землю

Векторная диаграмма напряжений при однополюсном замыкании в сети с изолированной нейтралью

Перенапряжения в сети с дугогасящим реактором

Векторная диаграмма токов для компенсированной сети

РЗДПОМ

ASRC

РУОМ

РДМР

Внешний вид и схема подключения МИРК-4

Биения фазных напряжений при расстройках компенсации

Перенапряжения в сети с резистивным заземлением нейтрали

Схемы подключения заземляющего резистора Высовольтный резистор

Выбор величины резистора Высокоомное заземление

Резисторы NER 6-35 кВ (ООО ЭНЕРГАН)  

Для ограничения перенапряжений в сетях собственных нужд электростанций напряжением 3, 6, 10 кВ  выпускаются резисторы типа РЗ номиналом 50-300 Ом. Эти резисторы предназначены для установки в шкафах КРУ, длительность их работы в режиме ОЗЗ ограничена и определяется быстродействием релейной защиты.

Ограничение коммутационных перенапряжений

С помощью вентильных разрядников С помощью вентильных разрядников

2. С помощью выключателей с шунтирующими резисторами