Перенапряжения в электрических системах и защита от них. Изоляция электротехнического оборудования. Эксплуатация изоляционных конструкций при рабочем напряжении

Федеральное агентство по образованию

  Государственное образовательное учреждение

 высшего профессионального образования

«Омский государственный технический университет»

                                                  М. В. Шкаруба

Изоляция и перенапряжения

в электрических системах

Конспект лекций

Омск – 2006

УДК 621.3.015.38+621.3.035.156

ББК 31.27

       Ш 66

Рецензенты:

     В. К. Федоров, д-р. техн. наук, профессор СибАДИ;

          Б.Н. Коврижин, канд.техн.наук, и.о. начальника учебно-

          производственного центра МУПЭП “Омскэлектро”

          Шкаруба М. В

   Ш 66  Изоляция и перенапряжения в электрических системах:

             Конспект лекций. −Омск: Изд-во ОмГТУ, 2006.− 64 c.

     Конспект лекций содержит основы техники высоких напряжений и состоит из трех разделов. В первом разделе рассмотрены перенапряжения в электрических системах и защита от них, во втором – изоляция электротехнического оборудования, а в третьем приведены методы испытаний изоляции и испытательные установки, а также корона на проводах и защита от нее.

     Конспект предназначен для студентов очной (дневной и вечерней), а также заочной форм обучения специальности 140211.

     Печатается по решению редакционно-издательского совета Омского государственного технического университета

УДК 621.3.015.38+621.3.035.156

ББК 31.27

                                                             © М. В. Шкаруба, 2006

                                                             © Омский государственный

                                                                 технический университет, 2006

I. ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ И

ЗАЩИТА ОТ НИХ

     1.1. Общая характеристика перенапряжений в электрических сетях

Перенапряжение − это любое напряжение U_max, превышающее амплитуду наибольшего рабочего напряжения (U_нр) на изоляции элементов электрической сети. Вместо номинального напряжения взято наибольшее рабочее, которое может на 5−20 % превышать номинальное.

Обычно приводят не максимальное напряжение U_max, а кратность перенапряжений:

.

     Перенапряжения в электрических сетях делятся на внешние и внутренние.

Внешние перенапряжения возникают как при ударах молнии, так и при взрывах атомных и водородных бомб. О последних до сих пор мало статистических данных. В настоящее время их считают маловероятными и не учитывают при выборе защиты от перенапряжений.

Внутренние перенапряжения вызваны колебаниями электромагнитной энергии, запасенной в элементах электрической цепи или поступающей в нее от генераторов. Внутренние перенапряжения можно условно разбить на коммутационные и установившиеся.

Коммутационные перенапряжения возникают при изменении схемы или параметров сети – коммутации в широком смысле слова. Коммутации могут быть плановыми (включение и отключение элементов сети) и аварийными (замыкание в сети и отключении их). Коммутационные перенапряжения заканчиваются одновременно с затуханием переходной составляющей и продолжаются обычно несколько периодов промышленной частоты.

После этого может возникнуть вторая стадия перенапряжений – установившийся режим, это резонансы на промышленной частоте, а так же на высших и низших гармониках. Источниками высших и низших гармоник может быть нелинейный элемент сети, например, трансформатор при насыщении магнитопровода.

Трансформаторы при насыщении магнитопровода одновременно с появлением высших гармоник могут приводить к появлению феррорезонансов. Условием для возбуждения феррорезонансных колебаний является образование в сети контура, настроенного на частоту одной из гармоник.

 Установившийся режим может длиться от долей секунды до нескольких секунд.

1.2. Грозовые перенапряжения

1.2.1. Молния как источник грозовых перенапряжений

Молния представляет собой большую опасность для электрических сетей: линии электропередачи благодаря своей протяженности часто поражаются ударами молнии, что приводит к перекрытиям изоляции и аварийным отключениям линий. Возникающие при этом электромагнитные волны со скоростью, близкой к скорости света, распространяются вдоль линии, доходят до подстанции и могут вызывать опасные перекрытия и повреждения изоляции электрооборудования.

Молнии предшествует процесс разделения и накопления электрических зарядов в грозовых облаках, происходящий в результате возникновения в облаках мощных восходящих воздушных потоков и интенсивной конденсации в них водяных паров. В результате в облаке образуются зоны положительной и отрицательной полярности