Поиск по сайту
Начало >> Книги >> Архивы >> Электрическая изоляция в районах с загрязненной атмосферой

Требования к электрическим устройствам, расположенным в районах с загрязненной атмосферой - Электрическая изоляция в районах с загрязненной атмосферой

Оглавление
Электрическая изоляция в районах с загрязненной атмосферой
Характеристики и механизм загрязнения
Механизм развития разряда
Контроль разрядных характеристик
Отбор проб загрязненного воздуха
Понятие о длине пути утечки
Форма изоляторов для загрязняемых районов
Искусственные способы улучшения разрядных характеристик изоляторов
Выбор изоляции установок, работающих в загрязненной атмосфере
Требования к электрическим устройствам, расположенным в районах с загрязненной атмосферой
Металлизация электроустановок
Уход за изоляторами
Эксплуатация электрических устройств, расположенных в районах с загрязненной атмосферой
Конструктивные изменения в аппаратуре с нормальной изоляцией
Минимальные защитные интервалы между ОРУ и воздушными линиями

Как показал опыт эксплуатации многих распределительных устройств и линий электропередачи, ранее при проектировании в недостаточной степени учитывались некоторые особенности, связанные с расположением их в зоне с загрязненной атмосферой. Поэтому в Союзе не было построено ни одной открытой подстанции, у которой заранее, исходя из местных условий загрязнения, была бы применена усиленная изоляция. Лишь в небольшом количестве случаев проектные организации предусматривали сооружение закрытых распределительных устройств и усиленную изоляцию ЛЭП. В дальнейшем персонал энергосистем был вынужден производить усиление изоляции и реконструкцию сооружений. Основной ошибкой, допускавшейся при проектировании электроустановок в загрязненных районах, был неудачный выбор местоположения подстанций — без учета влияния на работу изоляции соседних предприятий, а на тепловых электростанциях — собственных котельных.
Во многих случаях можно встретиться с таким расположением ОРУ и ЛЭП, когда они попадают в зону факела промышленных загрязнений или охладительных устройств (градирен, брызгальных бассейнов). Так, в частности, лишь при расстоянии от ОРУ и ЛЭП до охладительных брызгальных бассейнов, превышающем 80—100 м, можно надеяться, что будет обеспечена надежная работа изоляции.
Как отмечалось ранее, большое значение для перекрытия изоляции имеют сопутствующие метеорологические условия (морось, туман, мокрый снег). Поэтому при выборе местоположения ОРУ или ЛЭП должны учитываться эти факторы в сочетании с направлением ветра в неблагоприятные периоды (осень, зима и т. д.). Частицы загрязнения не поднимаются в атмосфере выше 3 км, и наибольшая концентрация дыма, газов и т. д. находятся в приземном слое высотой 300—500 м. Как показали измерения, при скорости ветра более 3 м1сек дым из труб электростанции находится на высоте порядка 75 100 м выше верхнего обреза труб.

Рассеивание загрязнений в атмосфере идет за счет диффузии (перемещения) отдельных частиц, вызываемой главным образом потоком воздуха, и в некоторой мере определяется температурными градиентами атмосферы по высоте, рельефом местности и т. д. При выбросе дыма и частиц загрязнителей через высокие трубы струя может выглядеть различно:
при слабом ветре и неустойчивой атмосфере — в виде завихренной волнообразной струи, порой на некотором расстоянии достигающей земли с большой размытостью;
при очень слабом ветре и устойчивой атмосфере — веерная в горизонтальной плоскости струя. Подобные условия могут возникать ночью и ранним утром;
при большой скорости ветра (более 30 км/ч) и нейтральной атмосфере дымовая струя приобретает конусообразную форму с вершиной у трубы.
Размеры факела выброса из труб весьма значительны. Так, по измерениям, производившимся на Щекинской ГРЭС, ширина факела дыма достигала следующей величины (от труб):


Длина,

Ширина,

км

м

1

440

3

1010

5

1330

7

1400

15

1830

Длина дымового факела доходит до 30—40 км, а возможные концентрации золы на различном расстоянии по опыту измерений приведены на рис. 6.
Чем выше труба, тем меньше дыма и уносов из нее может попасть на землю вблизи от нее; считается, что максимальная концентрация выпадающих осадков (при безветрии) находится на расстоянии, в 20 раз большем величины высоты трубы.
Преимущество высоких дымовых труб заключается также и в том, что газы выносятся в более высокие слои атмосферы и это увеличивает возможность прорыва факела выбросов выше инверсионного слоя. В этом случае в известной мере облако газов изолируется от контакта с нижними слоями атмосферы. Такого эффекта можно уже достигнуть при высоте дымовых труб более 150 м.

В общем концентрация дыма возле поверхности земли уменьшается пропорционально квадрату увеличения высоты трубы. Но вместе с тем важно знать, в каком месте дым достигает поверхности земли. Так, можно, защитив ОРУ, вызвать интенсивное загрязнение близко расположенных населенных пунктов.
Сооружение крупных электростанций мощностью более 1 * 106 кет требует нового подхода к охране воздушного бассейна. Для улавливания золы есть достаточно эффективные средства, но окислы серы, содержащиеся в твердых и жидких топливах, целиком выбрасываются в атмосферу. Основной способ улучшения положения — это опять же применение высоких труб. Условия, при которых концентрация примесей в воздухе у тепловых электростанций не будет превышать предельных значений, исходя из подбора высоты и числа труб, скоростей и температуры уходящих газов и т. д., могут быть подсчитаны, в соответствии с «Указаниями по расчету рассеивания в атмосфере вредных веществ (пыли, сернистых газов), содержащихся в выбросах промпредприятий», Госстрой СН 369-67.
В настоящее время назрел и решается вопрос о сооружении на электростанциях труб высотой 330—450 м, что необходимо при мощностях установок в 4—6-106 кет. Уже при высоте труб электростанций в 250 м и большей эффективности улавливания (99%) предельная мощность электростанций, исходя из загрязнения воздушного бассейна для различных видов топлива, не должна превышать:

Следует указать, что электрофильтры, обеспечивающие улавливание 98—99% золы, могут потребовать затрат до 7% стоимости сооружения электростанции. Разрабатываются способы предварительной очистки мазута и последующей химической очистки газов перед выбросом их в атмосферу, что должно в дальнейшем улучшить положение с загрязнением атмосферы.

Точность, с которой можно предвидеть характер распространения струи загрязнителя, зависит от точности прогнозирования метеорологических условий. Поэтому к проектированию сооружений должны привлекаться метеорологи и климатологи.
Из опыта установлено, что в более благоприятных условиях работают опоры ЛЭП и ОРУ, расположенные на возвышенности с наветренной стороны преобладающей розы ветров осенне-зимнего времени года.
Открытые распределительные устройства 3—330 кВ, как правило, должны сооружаться за пределами зоны с III степенью загрязненности. Открытые распределительные устройства 500 кВ должны сооружаться за пределами зоны со II степенью загрязненности.
Распределительные устройства в зоне с III степенью загрязненности следует выполнять закрытыми.
До освоения производства электрооборудования с изоляцией усиленного исполнения (категория Б по ГОСТ 9920-61) при проектировании подстанции, находящихся в зоне со II степенью загрязненности, необходимо экономически сравнивать два варианта:
сооружение открытого распределительного устройства с применением аппаратуры на следующий класс напряжения или с усилением изоляции «а месте монтажа;
сооружение закрытого распределительного устройства.
Доводом против сооружения закрытых распределительных устройств обычно являлась большая стоимость сооружения и отсутствие аппаратуры внутренней установки на напряжение 110 кВ, что, в частности, до некоторой степени вызвало увеличение стоимости подстанций.
При сравнении вариантов закрытого и открытого распределительных устройств необходимо учитывать затраты на сооружение подстанций, стоимость всех эксплуатационных мероприятий, выполняемых для обеспечения надежности работы внешней изоляции, затраты на ликвидацию последствий отключений и аварий по причине загрязнений и ущерб, наносимый потребителям электроэнергии авариями и отключениями такого рода.
Подсчеты показывают, что закрытые РУ стоят несколько дороже на (10—20%) по сравнению с открытыми, но они занимают меньший земельный участок (на 20—30%). В зарубежных странах РУ выполняются закрытыми значительно чаще, чем в Союзе, и это, видимо, обосновано расчетами, когда были учтены затраты на земельный участок. Примерные данные подобных подсчетов к условиям Германии (рис. 14) показывают, что при стоимости земли более 250 марок/м2 закрытое РУ с двойной системой шин будет всегда экономически более выгодным.
Загрязненность атмосферы, а также необходимость расположения сооружения внутри городов, исключительно низкие в отдельных районах температуры зимой потребовали разработки применительно к отечественной практике закрытых распределительных устройств на напряжение 35—200 кВ. Примером ЗРУ на напряжение 110 кВ может служить типовое решение, предложенное ТЭП в 1959 г. (рис. 15), в котором применено обычное оборудование наружной установки. В этом случае экономия в здании достигается лишь за счет компактности расположения оборудования и применения разделительных перегородок между соседними цепями. При этом трансформаторы располагаются вблизи ЗРУ на улице.
Следует указать, что уже ныне имеются примеры постройки ЗРУ за рубежом на номинальное напряжение 275 и 400 кВ (Англия).
В целях удешевления ЗРУ предлагаются некоторые конструктивные решения, которые могут уменьшить количество аппаратуры и тем самым придать сооружению большую компактность и, следовательно, удешевить его. К числу подобных решений относятся:
отказ от разъединителей с применением откатывающихся выключателей, т. е. подобно тому, как это выполняется в КРУ;
Суммарная стоимость ЗРУ в зависимости от стоимости земли
Рис. 14. Суммарная стоимость ЗРУ в зависимости от стоимости земли (Германия,  журнал «Сименсцситшрифт», 1967, № 5).
Л — закрытое РУ; Б — открытое РУ; 1 —  с одной системой шин: 2 — с двумя системами шин.

применение специальных компактных разъединителей (разработка фирм ГДР и ФРГ);
выполнение сборных шин в твердой изоляции, что позволяет монтировать их непосредственно на стенах здания (разработки швейцарской фирмы «Мозер» и в ГДР на напряжение 110 кВ и более);
упрощение схем коммутации.
Для надежной эксплуатации закрытых распределительных устройств, щитов управлений л т. д. имеет большое значение защита аппаратуры, располагаемой внутри здания, от проникновения пыли в особенности цементной, пустынь и т. д., а также газов. В ГДР на закрытой подстанции 220/110 кВ с тремя трансформаторами по 140000 кВА применена защита от проникновения пыли путем создания избыточного давления внутри здания ЗРУ. Так, на упомянутой подстанции с объемом здания 190 000-м3 (длина 186 м и ширина 66 м) подается около 600000 ms воздуха в час, пропущенного через масляный фильтр. Во всяком случае для закрытых помещений распредустройств имеет большое значение хорошая плотность строительных конструкций (окон, дверей, шкафов-приводов и т. д.). Совершенно не оправдали себя комплектные устройства (КРУН) в условиях работы при загрязненной атмосфере, в особенности когда возможно загрязнение их песчаной пылью пустынь. В этих случаях должны строиться ЗРУ. Поскольку некоторое количество загрязнителя обычно проникает в ЗРУ, иногда предусматриваются стационарные устройства, позволяющие удалять пыль отсосом и даже выдуванием. Удаление пыли пылесосами под напряжением неэффективно, так как невозможно всесторонне очистить аппараты и изоляторы.
Что касается трансформаторов, то они обычно устанавливаются открыто, но с усиленной изоляцией.
Конструкция закрытого распределительного устройства по проекту ТЭП
Рис. 15. Конструкция закрытого распределительного устройства по проекту ТЭП (1959 г.).

Как отмечалось ранее, порой усиление изоляции аппаратуры осуществляется в ходе эксплуатации. Во всех случаях возможно ухудшение механических характеристик и, в частности, динамической устойчивости при протекании токов короткого замыкания. Следовательно, при усилении изоляции должны иметься проектные решения, подкрепленные расчетом. Отказ от этого подчас ведет к поломкам изоляторов или разрегулировкам механизмов привода при коммутационных операциях.
Немаловажное значение для надежности подстанций, подверженных загрязнениям, имеет схема коммутации и диспетчерский режим ее работы. С одной стороны, схема коммутации должна предусматривать наибольшее упрощение, при котором применено возможно меньшее число изолирующих конструкций, находящихся под напряжением, но вместе с тем схема должна быть гибкой, надежной. Последнее достигается секционированием, питанием ответственных потребителей от независимых источников, блочностью, применением соответствующих защит и т. д. С этой стороны вряд ли может быть посчитан правильным для загрязненных подстанций 35 кВ с реакторами выбор аппаратуры, которая и сама может часто повреждаться, по току короткого замыкания за реактором.
Недостаточная гибкость схемы коммутации РУ и отсутствие резервирования по присоединениям зачастую не обеспечивают возможность отключения оборудования для чистки без нарушения нормального режима. Наличие обходной системы шин позволяет исключить эти неудобства, поэтому даже в ранее сооруженных РУ в отдельных случаях дополнительно монтируется обходная система шин.
Общие рекомендации в объеме книги не могут быть даны, и способы увеличения надежности электрических устройств должны выбираться для каждого случая в отдельности.
Немалое значение для загрязняемых подстанций имеет и облегчение условий работы эксплуатационного персонала при очистке и осмотре оборудования. К числу подобных мероприятий могут быть отнесены устройства стационарных трапов и площадок около аппаратуры и гирлянд изоляторов на порталах, передвижных и стационарных устройств для обмывки, наличие удобных подъездных путей для ремонтных машин (вышки, мастерские и т. д.).

Применению обмывки порой препятствует отсутствие эффективной дренажной системы и водостоков, что так же должно быть предусмотрено еще при сооружении подстанций.
Дополнительная надежность РУ может быть достигнута также путем уменьшения числа изоляторов, подверженных загрязнениям, для чего должны быть демонтированы лишние гирлянды, максимально использованы встроенные трансформаторы тока, демонтированы трансформаторы напряжения, если можно производить измерение напряжения по низкой стороне и т. д.
Что касается специфики ЛЭП, то еще в проекте достаточное внимание должно быть уделено тем мероприятиям, которые предотвратят вторичные явления, возникающие при загрязнении изоляции. Так, необходимо принимать меры против возгорания деревянных опор от токов утечки, что может быть достигнуто шунтированием древесины надежными металлическими спусками.
Изоляция линий на деревянных опорах должна выбираться так же, как и на линиях с металлическими опорами. При наличии особо интенсивных загрязнений отдельных участков ЛЭП следует отказываться от применения деревянных опор и предусматривать металлические или железобетонные. Одна из повседневных ошибок, которые встречаются в практике ЛЭП, — это невозможность усиления изоляции, поскольку габариты устанавливаемых опор не дают возможности применить гирлянды с большим числом изоляторов.
Когда степень загрязненности не может быть предварительно установлена с достаточной достоверностью, проектирующим организациям следует предусматривать достаточные габариты на опорах ВЛ и конструкциях открытых распределительных устройств, которые позволят в случае необходимости усилить изоляцию в процессе эксплуатации.
Из практики известно, что загрязнение изоляции главным образом на ЛЭП некоторых южных районов вызывается пометом крупных птиц (Средне-Азиатские республики, Северный Кавказ и т. д.) и характерно для периода массовых перелетов птиц.
Помет птиц содержит хлориды и сульфаты, которые, увлажняясь, дают электропроводное покрытие. Поэтому на опорах ЛЭП, трасса которых проходит в районах гнездования крупных птиц, должны предусматриваться над гирляндами ерши (деревянные доски длиной порядка 2 м с набитыми в них гвоздями), препятствующие птицам садиться на металлические конструкции опор.
Немалое значение имеет непрерывное доступное для повседневного контроля наблюдение за характером и интенсивностью загрязнения. Поэтому на подстанциях, находящихся в зонах с загрязненной атмосферой, следует иметь специальный стенд, позволяющий контролировать величины токов утечки, характер отложений и интенсивность накопления их и т. д.
Технологические процессы многих производств связаны с выделением в окружающее пространство веществ, разрушительно действующих на металлы и конструктивные материалы электротехнических установок (оборудования, опорных конструкций, токоведущих шин или провода линий передач и т. д. ). Имеются примеры, когда через 15—20 лет эксплуатации возникала необходимость замены некоторой части металлических конструкций открытых распределительных устройств подстанций или ЛЭП, расположенных вблизи производств, выделяющих агрессивные газы или пары кислот. Линии электропередач, трасса которых проходит вблизи морей, также подвержены усиленной коррозии. Поэтому возникает необходимость учитывать, а в ходе эксплуатации принимать меры по предотвращению вредного влияния агрессивной среды не только на изоляцию электрических устройств, но и на конструкционные металлы и провода. Помимо того, имеются случаи, когда продукты коррозии металла загрязняют изоляцию, что имеет место и в обычных условиях, например у линейных изоляторов.
При воздействии металлов с окружающей средой возникают процессы коррозии, скорость которых обычно характеризуется глубиной разрушения (в миллиметрах в год). В соответствии с этим согласно ГОСТ 5272-50 принята десятибалльная шкала групп коррозионной стойкости металлов.
При коррозии металл конструкций теряется безвозвратно и, следовательно, уменьшается пропускная способность токоведущих проводов и шин или механическая прочность конструкций.
В табл. 7 приведена коррозионная стойкость различных металлов в некоторых видах сред.
Для электрических установок наибольший интерес представляет коррозия в условиях атмосферы. Установлено, что скорость атмосферной коррозии зависит от степени увлажнения поверхности. Загрязнение поверхности металла твердыми, часто гигроскопичными, частицами (уголь, пыль, соли, продукты коррозии и т. д.) способствует образованию на поверхности водяной пленки. Конденсация влаги на поверхности металлов может быть при относительной влажности воздуха более 60%, и в этом случае возникает влажностная атмосферная коррозия. Можно отметить, что в Москве в году бывает около 130 дней, а в Ленинграде около 300 дней, когда влажность воздуха превышает 80%. Средняя относительная влажность воздуха по месяцам для большинства городов СССР близка или превышает 60%. При влажности воздуха менее 60% наблюдается сухая атмосферная коррозия, при которой может создаваться окисная пленка, порой являющаяся даже защитной.
Таблица 7
Коррозионная стойкость в условных индексах проводниковых материалов при воздействии некоторых химически активных веществ
Коррозионная стойкость в условных индексах проводниковых материалов
Подобная окисная пленка растет медленно с затуханием по мере приближения к некоторому пределу.
Влажностная атмосферная коррозия является основной для металла электротехнических устройств, если вблизи нет источников, загрязняющих атмосферу.
Необходимо отметить, что периодическая конденсация влаги с последующим ее испарением несколько интенсифицирует коррозию. Помимо степени увлажнения поверхностей, как это указывалось ранее, коррозия возникает при наличии примесей в атмосфере. Интенсивность коррозионных процессов зависит от степени концентрации примесей в воздухе и их характера, длительности воздействия и, наконец, защитных свойств продуктов коррозии, которые образуются на поверхности металла.
Атмосферная коррозия для отдельных видов металлов, работающих в условиях промышленных городов, может достигать:


Металл

Проницаемость коррозии, мк/год

Алюминий

8

Медь

12

Сталь

200

Наиболее подвержены коррозии узлы и горизонтальные элементы конструкций опор, а также в местах крепления опор к фундаментам и подножинкам.
Для выявления степени повреждения металла периодически измеряется оставшееся сечение металла с последующим сопоставлением с предельно допустимым.
Из изложенного видно, что весьма большое значение имеет применение защитных мер, предотвращающих коррозию или снижающих ее скорость. Большинство этих мер основывается на непосредственной защите металла электротехнических установок от внешнего воздействия влаги и вредных химических компонентов.
К числу подобных мер могут быть отнесены лакокрасочные покрытия, применяемые для окраски металлических конструкций. Применяются стойкие красители, выполненные на основе натуральных масел при добавлении сиккатива в количестве не более чем 1 —1,5%, или перхлорвиниловые лаки (эмали).
Красители в виде  асфальтобитумных лаков, наносимые в два слоя, также получили относительно широкое применение для окраски металлических конструкций. Для продления срока службы подобного покрытия в верхний слой асфальтобитумного лака добавляют до 15% по весу алюминиевую пудру, разведенную в растворителе типа ВЗ-4. Для изготовления асфальтобитумных лаков промышленность применяет морозостойкие битумы (ухтинские)
Недостатком покрытия лаком на основе кузбасского битума является то, что он, как и большинство других битумов, имеет малую морозостойкость. У этих лаков при низких температурах (ниже—15° С), в особенности когда покрытие выполнено в виде толстых пленок, может возникать растрескивание полотна. Появляются щели, по которым может проникать влага к основному металлу конструкций. Поэтому кузбасслак к применению недопустим.
Большое значение имеет хорошее сцепление краски или грунтовки с металлом. Окраска по окалине металла поверхности, подвергнувшейся коррозии, недопустима и безрезультатна. В настоящее время разработаны способы окраски стальных металлоконструкций без обдирания ржавчины с помощью предварительной обработки поверхности химическими реактивами — раскислителем или ортофосфорной кислотой, травленной цинком. Как правило, очередная покраска должна производиться до разрушения существующего покрытия.
В практике отдельных энергосистем, например Мосэнерго, стальные грозозащитные тросы опор линий электропередач, оттяжки опор и арматура обычно покрываются защитной смазкой ЗЭС завода «Нефтегаз».
Лакокрасочные покрытия имеют ограниченный срок службы, и, следовательно, периодически приходится их возобновлять; это в достаточной мере трудоемкая работа, которую зачастую трудно выполнить качественно в условиях действующих установок.



 
« Эксплуатация электроустановок в сельском хозяйстве   Электрические сети промышленных предприятий »
Карта сайта + все метки | Контакты
© Электроэнергетика При перепечатке и цитировании активная гиперссылка на сайт обязательна.