Technika wysokich napięć w elektroenergetyce, rodzaje izolacji instalacji i koordynacja izolacji

Technika wysokiego napięcia

Inżynieria wysokich napięć jest jedną z głównych dyscyplin w wielu specjalnościach elektrycznych, elektrycznych i elektrofizycznych.

Znajduje szerokie zastosowanie w wielu sektorach gospodarki narodowej. W zakresie systemów elektroenergetycznych wysokiego napięcia dyscyplina ta bada izolację elektryczną oraz procesy zachodzące w izolacji pod wpływem napięć znamionowych (roboczych) i przepięć.

Instalacje wysokiego napięcia, opierając się na charakterystyce procesów zachodzących w elektroizolacji, obejmują instalacje o napięciu znamionowym powyżej 1000 V.

Kurs techniki wysokonapięciowej jest zwykle podzielony na dwie części. Pierwsza część dotyczy zagadnień związanych z projektowaniem, technologią, testowaniem i eksploatacją. izolacja instalacji elektrycznych… W drugiej części zbadano występowanie przepięć w sieciach elektrycznych oraz sposoby ich ograniczania.

Obie części technologii wysokiego napięcia są ze sobą ściśle powiązane, a ogólne rozwiązanie problemów jednej lub drugiej części musi odbywać się we wzajemnych relacjach.

Zakres zagadnień, którymi zajmuje się technologia wysokich napięć obejmuje:

• pole elektryczne przy wysokim napięciu;

• wyładowania elektryczne i surfowanie w dielektrykach;

• izolacja elektryczna i konstrukcje izolacyjne;

• metody ochrony przed przepięciami i przepięciami;

• zagadnienia związane z wyposażeniem laboratoriów wysokonapięciowych, pomiarami wysokonapięciowymi, metodami badań profilaktycznych izolacji i konstrukcji izolacyjnych, prądami doziemnymi i urządzeniami uziemiającymi.

Każde z tych pytań ma swoją własną charakterystykę i niezależne znaczenie. Jednak wszystkie mają na celu rozwiązanie głównego problemu technologii wysokiego napięcia — tworzenie i zapewnianie niezawodnie działającej izolacji elektrycznej instalacji wysokiego napięcia (tworzenie konstrukcji izolacyjnych o racjonalnych technicznie i ekonomicznie poziomach izolacji).

Na przykład wycieki gazu mają duże niezależne znaczenie, ale w technologiach wysokiego napięcia są rozpatrywane pod kątem właściwości izolacyjnych, ponieważ gazy, zwłaszcza powietrze, są obecne we wszystkich konstrukcjach izolacyjnych.

Ta dyscyplina naukowa powstała równolegle z pojawieniem się pierwszych instalacji wysokiego napięcia, kiedy to izolacja elektryczna zaczęła decydować o niezawodności ich działania.

W miarę wzrostu napięcie znamionowe instalacji rosną wymagania dotyczące izolacji.Wymagania te są w dużej mierze zdeterminowane przez te stany nieustalone, które występują w różnych częściach instalacji elektrycznych podczas przełączania obwodów, zwarć doziemnych itp. (przepięcia wewnętrzne) i wyładowania atmosferyczne (przepięcia atmosferyczne).

W związku z rozwiązywaniem problemów techniki wysokonapięciowej potrzebne były specjalne laboratoria wysokonapięciowe do otrzymywania wysokich napięć różnego rodzaju i postaci oraz wysokonapięciowe przyrządy pomiarowe.

Dlatego inżynieria wysokich napięć uwzględnia główne wyposażenie nowoczesnych laboratoriów wysokiego napięcia i pomiarów wysokiego napięcia.

Ponadto przepływ prądów w ziemi (częstotliwości przemysłowej i impulsowej) rozpatrywany jest z punktu widzenia rozmieszczenia uziemień roboczych i ochronnych, niezbędnych do zapewnienia trybów pracy instalacji wysokiego napięcia i bezpieczeństwa ich eksploatacji .

Inżynieria wysokich napięć jest jedyną dyscypliną akademicką, która kompleksowo bada właściwości konstrukcji izolacyjnych w systemach elektrycznych, dlatego jest jedną z podstawowych dyscyplin na wszystkich kierunkach elektrotechniki i elektrotechniki.

Rodzaje izolacji instalacji elektrycznych wysokiego napięcia

Nowoczesny Systemy energetyczne, składający się z szeregu elektrowni (EJ, HPP, GRES, TPP), stacji elektroenergetycznych, linii napowietrznych i kablowych, zawiera trzy główne rodzaje izolacji wysokonapięciowej: stacyjną, stacyjną i liniową.

Do izolacji gazowej obejmują izolacje urządzeń elektrycznych przeznaczonych do instalacji wewnętrznych, tj. izolacje maszyn wirujących (generatorów, silników i kompensatorów), urządzeń elektrycznych (przełączniki, ograniczniki, dławiki itp.). transformatory i autotransformatory mocy oraz konstrukcje elektroizolacyjne do instalacji wewnętrznych (gniazda i izolatory wsporcze itp.).

Do izolacji podstacji obejmują izolacje urządzeń elektrycznych przeznaczonych do układania na zewnątrz (w części otwartej rozdzielni), tj. izolacje transformatorów mocy i autotransformatorów, zewnętrznych urządzeń elektrycznych, a także konstrukcje elektroizolacyjne do układania na zewnątrz.

Do izolacji linii obejmują izolację linii napowietrznych i izolację linii kablowych.

Izolacja elektryczna instalacji wysokiego napięcia dzieli się na zewnętrzną i wewnętrzną. Do izolacji zewnętrznej obejmują elektryczne urządzenia i konstrukcje izolujące w powietrzu, oraz do izolacji wewnętrznej — urządzenia i konstrukcje w środowisku płynnym lub półpłynnym.

Izolacja wysokonapięciowa decyduje o niezawodności działania systemów elektroenergetycznych, dlatego podlega wymaganiom dotyczącym wytrzymałości elektrycznej przy narażeniu na wysokie napięcia i przepięcia, wytrzymałości mechanicznej, odporności na wpływy środowiska itp.

Izolacja musi wytrzymać napięcie robocze przez długi czas, a także uderzenia różne rodzaje przepięć.

Izolacja zewnętrzna przeznaczona do montażu zewnętrznego musi działać niezawodnie w deszczu, śniegu, lodzie, różnego rodzaju zanieczyszczeniach itp. Izolacja wewnętrzna w porównaniu z izolacją zewnętrzną ma zwykle lepsze warunki pracy.Na obszarach górskich izolacja zewnętrzna musi działać niezawodnie przy obniżonym ciśnieniu powietrza.

Wiele rodzajów konstrukcji izolacji elektrycznej musi mieć zwiększoną wytrzymałość mechaniczną. Na przykład izolatory wsporcze i tulejowe, tuleje itp. musi wielokrotnie wytrzymywać wpływ dużych sił elektrodynamicznych podczas zwarć, izolatorów liniowych (girlandy) i wysokopodpartych konstrukcji izolacyjnych - obciążenie wiatrem, ponieważ wiatr może wytworzyć wysokie ciśnienie.

Ograniczenie niebezpiecznych dla izolacji przepięć w różnych trybach pracy odbywa się za pomocą pomocy specjalne urządzenia ochronne.

Głównymi urządzeniami zabezpieczającymi są ograniczniki przepięć, pojemności ochronne, cewki gaszące i reaktywne, odgromniki (linowe i prętowe), wyłączniki szybkobieżne z automatycznymi urządzeniami zamykającymi (AR).

Rozsądne działania eksploatacyjne pomagają zapewnić niezawodną pracę izolacji przy zastosowaniu ograniczników i innych urządzeń ochronnych, obejmują koordynację izolacji, organizację okresowych prewencyjnych badań izolacji (w celu identyfikacji i usunięcia osłabionej izolacji), uziemienie punktów zerowych transformatorów itp. .

Koordynacja izolacji

Jednym z głównych problemów pojawiających się przy projektowaniu izolacji w technologiach wysokonapięciowych jest zdefiniowanie tzw „Poziom izolacji”, czyli napięcie, które może wytrzymać bez uszkodzenia.

Izolacja instalacji elektrycznych musi być wykonana z taką granicą wytrzymałości elektrycznej, aby przy ewentualnym przepięciu nie doszło do zachodzenia (zniszczenia).Jednak ta izolacja jest zbyt kłopotliwa i droga.

Dlatego przy doborze izolacji wskazane jest nie podążać w kierunku tworzenia granicy jej wytrzymałości elektrycznej, ale w kierunku stosowania takich środków ochronnych, które z jednej strony zapobiegają pojawianiu się niebezpiecznych dla izolacji fal przepięciowych, a z drugiej strony chroni izolację przed występującymi falami przepięciowymi...

Dlatego izolacja jest dobierana na pewnym poziomie, tj. podana wartość napięcia rozładowania i przebicia, z uwzględnieniem środków ochronnych.

Poziom izolacji a środki ochronne muszą być dobrane w taki sposób, aby izolacja nie zawaliła się pod wpływem różnych form przepięć występujących w danej instalacji, a jednocześnie miała minimalne rozmiary i koszt.

Uzgodnienie przyjętego poziomu izolacji i środków ochronnych z przepięciami oddziałującymi na izolację to tzw koordynacja izolacji.

Poziomy izolacji dla instalacji o napięciu 220 kV włącznie determinowane są głównie wartościami przepięć atmosferycznych, tj. są one znacznie wyższe od wartości przepięć wewnętrznych, a koordynacja izolacji w nich oparta jest na charakterystyce impulsowej.

Poziomy izolacji instalacji 330 kV i wyższych determinowane są głównie przepięciami wewnętrznymi, a koordynacja izolacji w nich opiera się na uwzględnieniu możliwych wielkości tych przepięć.

Koordynacja izolacji w dużym stopniu zależy od punktu neutralnego instalacji. Instalacje z izolowanym przewodem neutralnym wymagają wyższego poziomu izolacji niż instalacje z przewodem neutralnym z twardym uziemieniem.