Ответы на экзаменационные вопросы № 1-18 по курсу «Изоляция и перенапряжения в электроэнергетических системах» (Цели и задачи курса. Разряды в газовых промежутках при импульсных напряжениях)

1.  Цели и задачи курса «Изоляция и перенапряжения в электроэнергетических системах»

Первую электропередачу 3-х фазного переменного тока применил Доливо-Добровольский, построив опытную линию Лауффен – Франкфурд-на-Майне напряжением 15 кВ, длиной 170 км. Эта линия была продемонстрирована на международной электротехнической выставке в 1891 г. Затем ее перевели на напряжение 28 кВ без усиления изоляции. В последующие 20 лет в разных странах строились промышленные электропередачи напряжением до 66 кВ.

В 1912 г. впервые освоили класс напряжения 110 кВ (линия Лаухамер-Риза).

1929г. – 220 кВ (Рейнская линия);

1936 г. – 287 кВ (США);

1952 г. – 380 кВ (Швеция);

1959 г. – 525 кВ (СССР);

1965 г. – 735 кВ (Канада);

1970 г. – 1000 кВ (США);

1987 г. – 1150 кВ (СССР, опытный участок линии).

В нашей республике и странах СНГ в электроэнергетике принят следующий стандарт номинальных напряжений: 6, 10, 20, 35, 110, 150, 220, 330, 500, 750, 1150 кВ. Номинальные напряжения до 35 кВ называются средними напряжениями (СН), 110-220 кВ – высокими напряжениями (ВН), в диапазоне от 330 до 750 кВ – сверхвысокими напряжениями (СВН), и свыше 1000 кВ – ультравысокими (УВН). Передачи СВН и УВН отличаются от СН и ВН тем, что требуют применения специальных устройств для ограничения внутренних перенапряжений, поскольку усиление изоляции на них методом экстраполирования (пропорционального увеличения) экономически становится не выгодным.

Наряду с переменным током строились электропередачи постоянного тока. Наибольшего распространения получили дальние передачи напряжением 800 кВ. Преимущество постоянного тока особенно сказывается на сверхдальних передачах, где стоимость линии, состоящей из двух проводов с меньшим уровнем изоляции, оказывается существенно ниже, чем передача переменного тока, требующая, кроме того, дорогостоящие устройства поперечной и продольной компенсации. Постоянный ток экономически выгодный для электроснабжения морских островов одножильным кабелем большого сечения, так как в качестве обратного провода можно использовать морскую воду.

При продаже электроэнергии в зарубежные страны часто применяют так называемые вставки постоянного тока, то есть электропередачу нулевой длины с выпрямительно-инверторной подстанцией (например, выборгская вставка Россия – Финляндия). Качество продаваемой электроэнергии при этом не зависит от возмущающих воздействий в собственных энергосистемах, такие как перетоки мощности при качаниях, изменение частоты или напряжения в системе и т. д.

Для транспортировки электроэнергии от электростанций до потребителей, расположенных на значительных расстояниях, применяются линии электропередачи высокого напряжения (ЛЭП). Чем больше расстояние и передаваемая мощность, тем экономически выгодней применять ЛЭП с более высоким классом напряжения.

Пропускная способность или натуральная мощность линии зависит от квадрата напряжения:

где  – волновое сопротивление линии.

Так как мощность в трехфазной сети зависит от произведения тока на напряжение: , то, повысив напряжение можно уменьшить величину тока, протекающего по проводам, и, следовательно, снизить потери электроэнергии или применить провода меньшего сечения: .

Первые промышленные передачи высокого напряжения начали применять в начале 20 века. При этом сразу же возникли вопросы, связанные с изоляцией и перенапряжениями, решение которых породило новое направление науки и техники, называемое техникой высоких напряжений (ТВН). Первая книга по ТВН вышла в 1911г., ее автор инженер Петерсен. Если в прошлом повреждения изоляции линии и электрооборудования