Техника высоких напряжений. Основные свойства и характеристики внешней изоляции. Разряд в однородном поле. Закон Пашена. Особенности развития разряда в длинных воздушных промежутках

ТВН   занимается  вопросами  изоляции , ее  способностью  противостоять воздействиям  и  напряжению , влияющему  на  изоляцию , и  способами  ограничения  напряжения .

Для  изоляции  применяются  различные  диэлектрические  материалы  ( газы , жидкости , органические  и  неорганические  твердые   материалы) . Изоляция  должна  обеспечивать  достаточную  диэлектрическую  прочность , охлаждение  токоведущих  частей , механическую  прочность , минимальные  габариты .

Различают  внешнюю  и  внутреннюю  изоляцию . Внешняя  изоляция — воздушные  промежутки , изоляторы (вдоль  которых  может  развиваться  разряд ). Разряд  может  развиваться  по  воздуху  и  вдоль  твердых  изоляторов . Внешняя  изоляция : фаза  от  земли ,   фаза  от  фазы , полюс  от полюса  и полюс  от земли . Внешняя  изоляция  подвергается  внешним  влияниям ( атмосферные  и  климатические  воздействия , различные  степени  загрязнения  окружающей  среды) .

Одной  из  отличительных  черт  внешней  изоляции  является  то , что  она  допускает  перекрытия ( воздух  после  пробоя  самовосстанавливается ) . Число  таких  перекрытий  ограничивается  и  является  вопросом  экономических  расчетов .

Внутренняя  изоляция   отделяет  электрическую  цепь  в  электрических  машинах  от  внешней Среды . На внутреннюю  изоляцию  внешние  усилия  оказывают  только  косвенное  влияние . Для  внутренней  изоляции  жестко  стоит  вопрос  габаритов , надежности  работы , экономичности . Для  внутренней  изоляции  используют  по  возможности  высокопрочные  материалы . Внутренняя  изоляция  не  допускает  пробоев  (они  не  самоликвидируются ) . Также  для внутренней  изоляции  важно  требование  к  сроку  службы .

Внешняя  и  внутренняя  изоляция  должны  противостоять  воздействиям  как  рабочего  так  и  превосходящего   его  напряжениям .

A.   Рабочее  напряжение  ( U_РАБ=U_НОМ+15% )  изоляция  должна  выдерживать  длительно , в  течение  всего   срока  эксплуатации .

B.   Внутренние   перенапряжения   связаны   с  нарушением  режима  работы  системы (коммутационные   перенапряжения , перенапряжения  связанные   с  емкостным  эффектом , а  в  системах  с  изолированной   нейтралью  и перенапряжения  при  замыканиях   на  землю ).

Внутренние  перенапряжения  характеризуются  кратностью

Коэффициент  кратности  находится  как 

К_внеш=U_max/U_фаз= Куст * Куд=Umax/ U_уст  * U_уст / U_фаз

 U_уст  зависит  от  режима ( часто  от  режима  нейтрали ).

Наибольшие  коммутационные  перенапряжения  наблюдаются  в  системах  6--35 кВ  с  изолированной  нейтралью  и  их  кратность  может  достигать  4--4.5 .

Достоинством  системы  с  изолированной  нейтралью  является  возможность  ее  работы  при  замыкании  одной  фазы  на  землю .

Однако  в  последнее  время  намечается  тенденция  отказа  от  изолированной  нейтрали .

При  однофазном  коротком  замыкании  на  землю  в  сети  с  заземленной  нейтралью ( могут  быть  также  с  компенсированной  или  изолированной ) система  должна  быть  отключена  и  К_вн=1 . Если  нейтраль  заземлена  неэфективно , то    К_уст=1.25 , К_внеш =(3--3.5) . Такая  кратность  еще  терпима  в  сети   110 кВ  , но  уже  при  напряжении  220 кВ  нужно  принимать  меры  к  ограничению  внутренних  перенапряжений   ( для     330 кВ   К_внеш  ограничивается  до  2.5 , а  для  750 кВ  К_внеш <2.2 ) .

C.  Атмосферные  перенапряжения . При  ударе  молнии  в  линию  возникает  перенапряжение  в  миллионы  вольт .

Токи  молнии  как  правило  составляют  десятки  кА  ( более  20 кА ) .

Расчитывать  изоляцию  на  такие  перенапряжения  экономически  не  обосновано .

Задача  ТВН  , связанная  с  атмосферными  перенапряжениями , состоит  в  том  , чтобы  максимально  исключить  прямое  попадание  молнии . Осуществляется  это  спомощью  молниеотводов  (как  в  виде  стержней  так  и  тросов ) .

Эффективная  работа  молниеотводов  прямо  зависит  от  сопротивления  их  заземления .

Ограничение  импульсных  перенапряжений .

Основное  средство  защиты — трубчатые  либо  вентильные  разрядники  и  ОПН (ограничители  перенапряжения  )

Рис 1.4.                                                      Рис 1.5.

Таким  образом  изоляция  должна  противостоять  воздействиям . Способность  изоляции  противостоять  нормированным  воздействиям  называется  уровнем  изоляции  . Уровень  изоляции  определяется  с  помощью  испытаний . Методы  испытаний  нормируются  ГОСТом .

Для  испытаний  требуется  соответствующее  оборудование .

Одним  из  важнейших  требований  к  изоляции  оборудования  является  согласование  принятого  уровня  с  воздействующим .

В  процесе  работы  изоляция  меняет  свои  свойства  (стареет )  и  ее  уровень  снижается . Органические  материалы  стареют  быстрее  и  старение  это  происходит  на  молекулярном  уровне  .

Вопрос  контроля  изоляции  является  основным  в  ТВН , поэтому  в  процессе  работы  оборудования  нужно  следить  за  уровнем  изоляции .

Основные  свойства  и  характеристики                       внешней  изоляции

Общая   характеристика  внешней  изоляции  электроустановок

Воздух , как  внешняя  изоляция , материал  недифецитный  , достаточно  электрически  прочный . При  небольших  напряженностях  поля  воздух  является  идеальным   изолятором ( tg (сигма)=10^-11 , P_v=10²⁰ Ом/м ) . Кроме  того  воздух  самовостанавливает  свою  прочность  после  пробоя  и  практически  не  стареет  и  в  сочетании  с  изоляторами  практически