Школа для Электрика. Все Секреты Мастерства. Образовательный сайт по электротехнике   ElectricalSchool.info - большой образовательный проект на тему электричества и его использования. С помощью нашего сайта вы не только поймете, но и полюбите электротехнику и электронику!
Электрические и магнитные явления в природе, науке и технике. Современная электроэнергетика, устройство электрических приборов, аппаратов и установок, промышленное электрооборудование и системы электроснабжения, электрический привод, технологии автоматизации и многое другое.
Чтобы не тратить каждый раз свое время на поиски добавляйте наш сайт в закладки и подписывайтесь на наши странички в соцсетях!
 


 

 Школа для электрика / База знаний / Высоковольтное электрооборудование / Техника высоких напряжений в электроэнергетике, виды изоляции установок и координация изоляции


 

Техника высоких напряжений в электроэнергетике, виды изоляции установок и координация изоляции



Техника высоких напряжений

Техника высоких напряжений является одной из базовых дисциплин ряда электротехнических, электроэнергетических и электрофизических специальностей.

Она находит широкое применение во многих отраслях народного хозяйства. Применительно к электроэнергетическим системам высокого напряжения эта дисциплина рассматривает электрическую изоляцию и процессы, происходящие в изоляции при воздействии номинальных (рабочих) напряжений и перенапряжений.

К установкам высокого напряжения, исходя из особенностей процессов в электрической изоляции, относят установки на номинальное напряжение свыше 1000 В.

Воздушная линия электропередачи сверхвысокого напряжения

Курс техники высоких напряжений обычно разделен на две части. В первой части изучаются проблемы, относящиеся к конструированию, технологии, испытаниям и эксплуатации изоляции электрических установок. Во второй части изучаются возникновение перенапряжений в электрических сетях и методы их ограничения.

Обе части техники высоких напряжений тесно увязаны между собой и полное решение проблем той или другой части должно проводиться во взаимной связи.

В комплекс вопросов рассматриваемых техникой высоких напряжений входят:

  • электрическое поле при высоких напряжениях;

  • электрический разряд и прибой в диэлектриках;

  • электрическая изоляция и изоляционные конструкции;

  • перенапряжения и методы защиты от перенапряжений;

  • вопросы, связанные с оборудованием высоковольтных лабораторий, высоковольтными измерениями, методами профилактических испытаний изоляции и изоляционных конструкции, токами в земле и устройствами заземлений.

Каждый из этих вопросов имеет свои особенности и самостоятельное значение. Однако все они направлены на решение основной задачи техники высоких напряжений — создание и обеспечение надежно работающей электрической изоляции установок высокого напряжения (создание изоляционных конструкций, обладающих рациональными в технико-экономическом отношении уровнями изоляции).

Так, например, разряды в газах имеют большое самостоятельное значение, но в технике высоких напряжений они рассматриваются с точки зрения изоляционных свойств, так как газы, особенно воздух, имеются во всех изоляционных конструкциях.

Эта научная дисциплина возникла одновременно с появлением первых установок высокого напряжения, когда электрическая изоляция стала определять надежность их работы.

По мере роста номинальных напряжений установок возрастали требования к изоляции. Эти требования в значительной степени определяются теми переходными процессами, которые возникают в различных частях электрических установок при переключениях в электрической цепи, замыканиях на землю и др. (внутренние перенапряжения) и при грозовых разрядах (атмосферные перенапряжения).

В связи с решением задач техники высоких напряжений потребовались специальные высоковольтные лаборатории, позволяющие получать высокие напряжения различных видов и форм, а также измерительные приборы высокого напряжения.

Поэтому техника высоких напряжений рассматривает основное оборудование современных испытательных лабораторий высокого напряжения и измерения на высоком напряжении.

Кроме того, рассматривается протекание токов в земле (промышленной частоты и импульсных) с точки зрения устройства рабочих и защитных заземлений, необходимых для обеспечения режимов работы установок высокого напряжения и безопасности их обслуживания.

Испытательная высоковольтная лаборатория техники высоких напряжений

«Техника высоких напряжений» — это единственная дисциплина учебных планов, в которой комплексно рассматривается работа изоляционных конструкций в электрических системах, поэтому она является одной из базовых дисциплин для всех электроэнергетических и электротехнических специальностей.

Виды изоляции электроустановок высокого напряжения

Современные электроэнергетические системы, состоящие из ряда электростанций (АЭС, ГЭС, ГРЭС, ТЭЦ), подстанций, воздушных и кабельных линий электропередач, содержат три основных вида изоляции высокого напряжения: станционную, подстанционную и линейную изоляции.

К станционной изоляции относят изоляцию электрооборудования, предназначенного для внутренней установки, т. е. изоляцию вращающихся машин (генераторов, двигателей и компенсаторов), электрических аппаратов (выключателей, разрядников, реакторов и др.). силовых трансформаторов и автотрансформаторов, а также электроизоляционные конструкции внутренней установки (проходные и опорные изоляторы и др.).

К подстанционной изоляции относят изоляцию электрооборудования, предназначенного для наружной установки (на открытой части подстанции), т. е. изоляцию силовых трансформаторов и автотрансформаторов, электрических аппаратов наружной установки, а также электроизоляционные конструкции наружной установки.

К линейной изоляции относят изоляцию воздушных линий и изоляцию кабельных линий.

Высоковольтная трансформаторная подстанция

Электрическую изоляцию установок высокого напряжения делят на внешнюю и внутреннюю. К внешней изоляции относят электроизоляционные устройства и конструкции, находящиеся в воздухе, а к внутренней изоляции — устройства и конструкции, находящиеся в жидкой или полужидкой среде.

Изоляция высокого напряжения определяет надежность работы электроэнергетических систем, и поэтому к ней предъявляются требования электрической прочности при воздействии высоких напряжений и перенапряжений, механической прочности, устойчивости к воздействиям окружающей среды и т. п.

Изоляция должна длительно выдерживать рабочее напряжение, а также воздействия различных видов перенапряжений.

Внешняя изоляция, предназначенная для установки на открытом воздухе, должна надежно работать при дожде, снеге, гололеде, различных загрязнениях и др. Внутренняя изоляция по сравнению с изоляцией на открытом воздухе, как правило, имеет лучшие условия работы. В горных районах внешняя изоляция должна надежно работать при пониженных давлениях воздуха.

Многие виды электроизоляционных конструкций должны обладать повышенной механической прочностью. Так, например, опорные и проходные изоляторы, вводы и пр. должны неоднократно выдерживать воздействие больших электродинамических сил при коротких замыканиях, линейные изоляторы (гирлянды) и высокие опорные электроизоляционные конструкции — ветровую нагрузку, так как ветер может создавать большие давления.

Ограничение опасных для изоляции перенапряжений при различных режимах работы осуществляется с помощью специальных защитных устройств.

Основными защитными устройствами являются разрядники, ограничители перенапряжения, защитные емкости, дугогасящие и реактивные катушки, молниеотводы (тросовые и стержневые), быстродействующие выключатели с устройствами автоматического повторного включения (АПВ).

Разумные эксплуатационные мероприятия помогают обеспечить надежную работу изоляции при применении разрядников и других защитных устройств. К ним можно отнести координацию изоляции, организацию периодических профилактических испытаний изоляции (с целью выявления и удаления ослабленной изоляции), заземление нейтралей трансформаторов и др.

Изоляция высоковольтных линий электропередач

Координация изоляции

Одним из основных вопросов, возникающих при проектировании изоляции в технике высоких напряжений, является определение так называемого «уровня изоляции», т. е. напряжения, которое она может выдержать, не повреждаясь.

Изоляцию электроустановок нужно выполнять с таким запасом электрической прочности, при которой не будет перекрытия (пробоя) при любых возможных перенапряжениях. Однако такая изоляция оказывается чрезмерно громоздкой и дорогой.

В силу этого при выборе изоляции целесообразно идти не по линии создания запаса электрической прочности ее, а по линии применения таких защитных мероприятий, которые, с одной стороны, предотвращают появление опасных для изоляции волн перенапряжений, а с другой стороны, защищают изоляцию от появившихся волн перенапряжений.

Поэтому изоляцию выбирают определенного уровня, т. е. определенной величины по испытательным разрядным и пробивным напряжениям с учетом защитных мероприятий.

Уровень изоляции и защитные мероприятия должны быть выбраны таким образом, чтобы изоляция не разрушалась от воздействий различных форм перенапряжений, возникающих в данной установке, и при этом имела бы минимальные габариты и стоимость.

Согласование принятого уровня изоляции и защитных мероприятий с воздействующими на изоляцию перенапряжениями называется координацией изоляции.

Уровни изоляции установок напряжением 220 кВ включительно определяются в основном величинами атмосферных перенапряжений, т. е. они лежат значительно выше величин внутренних перенапряжений, и координация изоляции в них основывается на импульсных характеристиках.

Уровни изоляции установок 330 кВ и выше определяются в основном внутренними перенапряжениями, и координация изоляции в них основывается па учете возможных величин этих перенапряжений.

Координация изоляции в большой степени зависит от режима работы нейтрали установки. Установки с изолированной нейтралью требуют более высокого уровня изоляции, чем установки с глухозаземленной нейтралью.