Поиск по сайту
Начало >> Книги >> Архивы >> Как работает электрическая изоляция

Изоляция электрических подстанций - Как работает электрическая изоляция

Оглавление
Как работает электрическая изоляция
Работа изоляционных конструкций
Изоляция линий электропередачи
Изоляция электрических подстанций
Изоляция электростанций
Осмотры изоляции
Очистка от пыли, предупреждение отпотевания
Эксплуатация штыревых изоляторов
Устранение течи масла из маслонаполненной аппаратуры
Эксплуатация изоляции в районах с загрязненной атмосферой
Измерения распределения напряжения с помощью штанги
Параметры изоляторов

Изоляция электрических подстанций

На подстанциях, так же как и на воздушных линиях электропередачи, в качестве электрической изоляции широкое распространение получили фарфоровые изоляторы и воздух. Фарфоровые изоляторы подразделяются на подвесные, опорные и проходные.
Опорные изоляторы для внутренней установки
Рис. 23. Опорные изоляторы для внутренней установки на 6 кВ. а — типа ОА-6; б — габаритный изолятор типа ОМА-6.
На подстанциях применяются те же самые подвесные изоляторы, что и на линиях электропередачи. Они служат для подвески сборных шин и присоединений аппаратов к ним. Опорные изоляторы создают неподвижные изолирующие опоры для токоведущих частей, а проходные изолируют токоведущие части от заземленных при проходе через стены, потолок и крыши зданий (станционные проходные изоляторы) и через крышки аппаратов (аппаратные проходные изоляторы или вводы).
На рис. 23 представлены опорные изоляторы для внутренней установки на 6 кВ. Они изготовляются из целого куска фарфора с металлической арматурой, соединенной с фарфором при помощи цемента. На рис. 24, а показан опорный изолятор для наружной установки на напряжение 6—10 кВ, а на рис. 24, б — опорный штыревой изолятор для районов с загрязняемой атмосферой.
Штыревые и стержневые опорные изоляторы на 35 кВ для наружных установок показаны на рис. 25, а опорные изоляторы на 35 кВ для внутренней установки— на рис. 26. Стержневые изоляторы на 35 и 110 кВ изготовляются из одного фарфорового сплошного или полого тела с ребрами на боковой поверхности. Верхний и нижний концы изолятора имеют металлическую арматуру, соединенную с фарфором при помощи цемента. Штыревые опорные изоляторы изготовляются на напряжение до 35 кВ. Они имеют вверху армированные металлические колпаки, а внизу — металлические штыри. Для прочного соединения фарфора с металлом армируемые поверхности фарфора, так же как и у подвесных изоляторов, покрываются фарфоровой крошкой, а для эластичности заделки применяется битумная смазка.
Опорные штыревые изоляторы ШН
Рис. 24. Опорные штыревые изоляторы ШН.
а — для наружной установки на напряжение 10 кВ; б— для районов с загрязняемой атмосферой.

Штыревые и стержневые опорные изоляторы для наружной установки
Рис. 25. Штыревые и стержневые опорные изоляторы для наружной установки.
а — штыревой типа ШТ-35; б — штыревой типа ИШД-35.
На напряжения выше 35 кВ собираются колонки из стержневых или штыревых изоляторов. Например, для номинального напряжения 500 кВ собираются колонны из девяти изоляторов типа КО-400. Количество подвесных изоляторов в гирлянде и опорных изоляторов в колонке при разных номинальных напряжениях указано в табл. 9. Проходные изоляторы по конструкции представляют собой бочкообразное тело из диэлектрика, внутри которого проходит токоведущий стержень, а снаружи его охватывает фланец, с помощью которого проходной изолятор (ввод) крепится к стене здания или на крышке аппарата.
Опорные изоляторы для внутренней установки на 35 кВ
Рис. 26. Опорные изоляторы для внутренней установки на 35 кВ.
а — типа ОА-35; б — типа ОБ-35.
Изоляция токоведущего стержня от заземленного фланца может осуществляться: фарфором; воздухом в комбинации с фарфором; бакелизированной бумагой; трансформаторным маслом с бумажными барьерами и металлическими конденсаторными обкладками; бумажно-масляной изоляцией.
Изоляторы с чисто фарфоровой изоляцией или в комбинации с воздухом изготовляются для установок до 35 кВ включительно. Изоляторы такого типа показаны на рис. 27.

Тип
изолятора

Количество изоляторов, шт., при напряжении, кВ

6—10

20

35

110

150

220

330

500

П-4,5

 

4

4

8

10

14

18

24

ПМ-4,5

5

10

12

17

22

29

П-8,5

—.

7

11

13

20

ШН-10

1

 

 

 

 

 

 

 

ОН-10

1

 

 

 

 

 

 

 

ИШД-10

1

 

 

 

 

 

 

 

ШТ-35

1

1

3

4

    

    

    

ИШД-35

1

1

3

4

5

    

    

СТ-35

1

1

 

 

 

 

 

СО-35

1

1

 

 

 

 

 

КО-110

.—

    

1

    

    

    

    

СТ-110

    

1

    

    

    

    

ОС-1

1

2

5

7

    

КО-400-1

 

 

 

 

 

 

6

9

Для масляных выключателей 35 кВ широкое, применение получили вводы с изоляцией из бакелизированной бумаги с конденсаторными обкладками и с фарфоровой рубашкой. Пространство между бакелизированной бумагой и фарфоровой рубашкой заполняется нетвердеющей массой. В установках с напряжением 110 кВ и выше применяются проходные маслонаполненные изоляторы, где в комбинации с фарфором используются высококачественные жидкие и твердые диэлектрики и регулируются электрические поля.
На рис. 28 представлена конструкция масло-барьерного ввода на 110 кВ. Масляный промежуток между токоведущим стержнем 1 и заземленным фланцем 2 разделен бумажно-бакелитовыми цилиндрами (барьерами). На цилиндрах 3 расположены обкладки из металлической фольги 4, которые служат для выравнивания распределения напряжения между масляными каналами. Разрядные напряженности по поверхности проходных изоляторов в трансформаторном масле приблизительно в 2 раза выше, чем в воздухе. Поэтому у аппаратных проходных изоляторов нижняя часть изолятора, погруженная в масло, имеет приблизительно в 2 раза меньшую длину, чем верхняя, находящаяся в воздухе. Ребра на поверхности нижней фарфоровой рубашки менее развиты, чем на верхней.

Рис. 27. Проходные изоляторы.

Проходные изоляторы
Проходные изоляторы GАБ-35

а — типа ПБ-35 для внутренней установки; б — типа установки 6 кВ; ПАБ-35 для наружной установки; в — для внутренней
г — для наружной установки 6 кВ.
На рис. 29 показан внешний вид малогабаритного ввода 110 кВ с бумажно-масляной изоляцией, а на рис. 30 — трансформаторный ввод 500 кВ. Вводы являются важной частью изоляции баковых масляных выключателей и трансформаторов. В качестве изоляции разъединителей на все номинальные напряжения 3—500 кВ используются опорные изоляторы. Изоляцией для воздушных выключателей служат фарфоровые покрышки воздуховодов и дугогасящих камер, электрическая прочность которых соответствует классу их номинального напряжения. Величины испытательных (выдерживаемых) напряжений, при которых не должно происходить перекрытий изоляторов, приведены в табл. 10.

Условия испытаний

 

Класс напряжения,

кВ

 

6

10

20

35

110

150

220

Выдерживаемое напряжение с частотой 50 Гц в сухом состоянии, кВ действ..

36

47

75

110

295

375

550

Выдерживаемое напряжение с частотой 50 Гц под дождем,
кВ действ

26

34

55

85

215

290

425

Импульсное испытательное напряжение, полная волна, квмакс

60

80

125

195

480

660

950

Импульсное испытательное напряжение, срезанная волна, Л-кВ макс

73

100

158

240

600

825

1 190

 

На подстанциях, так же как и на линиях электропередачи, атмосферный воздух широко используется для изоляции токоведущих частей. Наименьшие расстояния по воздуху от токоведущих частей до различных элементов открытых распределительных устройств подстанций при жестких шинах приведены в табл. 11. При гибких шинах наименьшие расстояния увеличиваются с учетом стрелы провеса проводов при температуре +15° С, веса провода и давления ветра на провод при скорости в 60% от принятой при расчете конструкций. Наименьшие расстояния в свету от токоведущих частей до различных элементов закрытых распределительных устройств подстанций приведены в табл. 12. Указанные в табл. 11 и 12 расстояния выбраны по электрической прочности изоляционных воздушных промежутков и по условиям безопасного обслуживания установок эксплуатационным персоналом.
Маслонаполненный барьерный ввод на 110 кВ
Рис. 28. Маслонаполненный барьерный ввод на 110 кВ.

Основным и самым ценным оборудованием высоковольтных подстанций являются трансформаторы (рис. 31). Высокая стоимость изоляции трансформатора и сложность конструктивного выполнения вынуждают ограничиваться сравнительно низким уровнем ее электрической прочности.
Маслонаполненный ввод типа МТП-500 кВ
Рис, 30. Маслонаполненный ввод типа МТП-500 кВ.
Малогабаритный конденсаторный ввод на 110 кВ
Рис. 29. Малогабаритный конденсаторный ввод на 110 кВ типа МВ-110/600.
У трансформаторов различают: главную изоляцию (внутреннюю) изоляцию обмотки относительно заземленных корпуса и магнитопровода и обмоток другого номинального напряжения; продольную изоляцию (также внутреннюю) — изоляцию между отдельными слоями самой обмотки, между катушками, между отводами, а также между катушками и экранирующими витками; внешнюю изоляцию — внешняя часть проходных изоляторов (вводов), воздушные промежутки между токоведущими частями различных фаз и между токоведущими частями и заземленными элементами трансформаторов.

Наименование расстояний

Наименьшие изоляционные расстояния, мм, для номинальных напряжений, кВ

до 10

20

35

110

150

220

330

500

От токоведущих частей или элементов изоляции, находящихся под напряжением, до заземленных конструкций     

200

300

400

900

1 300

1 800

2 500

3 750

Между проводами разных фаз    

220

330

440

1 000

1 400

2 000

2 800

4 200

От токоведущих и незаземленных частей до постоянных внутренних ограждений, до габаритов транспортируемого оборудования; от контактов разъединителей до токоведущих частей    .

950

1 050

1 150

1 050

2 050

2 550

3 250

4 500

Между токоведущими частями в разных плоскостях при обслуживаемой нижней цепи и неотключенной верхней

950

1 050

1 150

1 650

2 050

3 000

4 000

5 000

От неогражденных токоведущих частей до земли или до кровли зданий при наибольшем провисании проводов

2 900

3 000

3 100

3 600

4 000

4 500

5 200

6 450

Между токоведущими частями разных цепей в разных плоскостях, а также между токоведущими частями разных цепей по горизонтали с обслуживанием одной цепи при неотключенной другой; от токоведущих частей до верхней кромки внешнего забора; между токоведущими частями и зданиями или сооружениями     

2 200

2 300

2 400

2 900

3 300

3 800

4 500

5 750

Конструктивное выполнение главной изоляции трансформаторов 3—35 кВ схематически показано на рис. 32. Она состоит из минерального масла и изолирующих цилиндров. В масле при переменном токе промышленной частоты пробой происходит по проводящим мостикам, образующимся из примесей (влага, пыль и пр.).
схема силового трансформатора
Рис. 31. Конструктивная схема силового трансформатора.
1 — расширитель; 2 — указатель уровня масла; 3 — газовое реле; 4 — ввод низшего напряжения; 5 — термометр; в — патрубок; 7 — кран; 8 — крюк; 9 — заслонка; 10 — кран; 11—12 — пробки; 13 — предохранительная труба.
Для повышения электрической прочности масла применяются изолирующие цилиндры, которые предотвращают появление в масле оплошных проводящих мостиков и тем самым повышают его электрическую прочность.
Конструкция главной изоляции трансформаторов 110 кВ представлена на рис. 33. Для усиления изоляции у обмоток 110 кВ, кроме изолирующих цилиндров, применяются угловые шайбы, которые, удлиняя путь поверхностного разряда, повышают электрическую прочность изоляции на концах обмотки.

Наименование расстояний

Наименьшие изоляционные расстояния, мм, для напряжений, кВ

3

6

10

20

35

110

150

220

От токоведущих частей до заземленных конструкций и частей здания     

 

 

 

 

 

 

 

 

65

90

120

180

290

ЭОС

1 300

1 800

Между проводниками разных фаз    

 

 

 

 

 

 

 

 

70

100

130

200

320

1 ООС

1400

2 00»

От токоведущих частей до сплошных ограждений . . .

 

 

 

 

 

 

 

 

95

120

150

210

320

93С

1330

183&

От токоведущих частей до сетчатых ограждений . . .

 

 

 

 

 

 

 

 

165

190

220

280

390

1 000

1400

1900

Между неогражденными токоведущими частями разных цепей   

 

 

 

 

 

 

 

 

2 000

2 000

2 000

2 200

2 200

2 200

3 300

3800

От неогражденных токоведущих частей до пола . .

 

 

 

 

 

 

 

 

2 500

2 500

2 500

2 700

2 700

3 400

3 700

4 200

От неогражденных линейных выводов из ЗРУ до земли при выходе их не на территорию ОРУ и при отсутствии проезда транспорта под выводами

 

 

 

 

 

 

 

 

4 500

4 500

4 500

4 750

4 750

5 500

6 000

6 500

 Главная изоляция
Конструкция главной изоляции трансформаторов 220 кВ дана на рис. 34. Трансформаторы с напряжением до 110 кВ включительно имеют выводы из конца обмоток. У трансформаторов с напряжением 220 кВ и выше осуществить концевую изоляцию на полное напряжение очень трудно, поэтому линейные выводы делают из середины обмоток, а концевые части обмотки образуют нейтраль с пониженной изоляцией.
Главная изоляция трансформаторов
Рис. 32. Главная изоляция трансформаторов 3—35 кВ.

обмоток ступенчатая — по мере приближения к нейтрали уменьшаются изоляционные расстояния между обмотками. Внешней изоляцией трансформаторов является воздух. Изоляционные расстояния в воздухе между токоведущими частями вводов и отводов до заземленных частей, включающие допуски, приведены в табл. 13.
Главная изоляция трансформаторов 110 кВ
Рис. 33. Главная изоляция трансформаторов 110 кВ с вводом иа конце.
Главная изоляция; трансформаторов 220 кВ
Рис. 34. Главная изоляция; трансформаторов 220 кВ.
Изоляция измерительных трансформаторов и шунтирующих реакторов по конструкции близка к изоляции силовых трансформаторов.
Изоляция высоковольтного оборудования подстанций значительно сложнее по своей конструкции, чем изоляция линий электропередачи. Изготовление подстанционной изоляции труднее и дороже, поэтому уровни изоляции подстанционного оборудования, как правило, принимаются ниже уровня линейной изоляции, а возникающие на подстанциях перенапряжения ограничиваются.

Номинальное напряжение трансформаторов, кВ

Допускаемые расстояния в свету, мм

между вводами

от ввода до расширителя выхлопной трубы

от ввода до термометра крана

одной и той же и разных обмоток

линейными разных фаз одной обмотки

3-6

93

85

110

90

10

135

120

140

135

20

200

190

215

200

35

330

305

340

320

110

930

900

965

900

150

1 270

1 200

1 340

1 270

220

1 770

1 725

1 925

1 770

Основным средством для ограничения перенапряжений являются вентильные разрядники, которые защищают изоляцию от грозовых перенапряжений, а при сверхвысоких напряжениях (330, 500, 750 кВ) и .от внутренних перенапряжений. Поэтому уровни изоляции оборудования подстанций согласовываются с защитными характеристиками вентильных разрядников. Для того чтобы электрооборудование подстанций могло противостоять волнам атмосферных перенапряжений, набегающим с линий, его изоляция должна удовлетворять требованиям, указанным в табл. 14. Эти требования вытекают из характеристик современных вентильных разрядников. При определении требований к импульсной прочности изоляции за основу берется остающееся напряжение на разряднике, т. е. падение напряжения на рабочем сопротивлении разрядника при прохождении через него импульсного тока. При прохождении через разрядник импульсного тока, равного 5 ка, остающееся напряжение будет t/p, 5. Импульсное испытательное напряжение внутренней изоляции силовых трансформаторов, испытываемых без возбуждения, при полной волне определяется по формуле
Амплитуда полной волны по воздействию на изоляцию оказывает более суровое влияние по сравнению с остающимся напряжением. Это обстоятельство учитывается умножением величины остающегося напряжения

Напряжение,
лвдейств

Испытательное напряжение внутренней изоляции, кв макс

Испытательное напряжение внешней изоляции, кв макс

номин-
альное

наибо-
льшее рабочее

аппараты, трансформаторы тока, испытываемые с возбуждением трансформаторы (силовые и напряжения) и шунтирующие реакторы (полная волна)

испытываемые без возбуждения трансформаторы (силовые и напряжения) и шунтирующие реакторы (полная волна)

трансформаторы и аппараты (срезанная волна)

трансформаторы

изоляторы, испытываемые отдельно

промежутки между контактами одного и того же полюса разъединителей, выключателей нагрузки в разомкнутом положении; между контактами предохранителей при вынутом патроне (полная волна)

полная волна

срезанная волна

 

полная волна

срезанная волна

3

3,5

42

43,5

50

42

50

44

52

50

6

6,9

57

60

70

57

70

60

73

65

10

11,5

75

80

90

75

90

80

100

90

15

17,5

100

108

120

100

120

105

125

115

20

23,0

120

130

150

120

150

125

158

140

35

40,5

180

200

225

185

230

195

240

220

110

126

425

48С

550

460

570

480

600

570

150

172

585

660

760

630

785

660

825

790

220

252

835

945

1090

900

1130

950

1190

1100

330

363

1100

1200*/1050

1300/1150**

1150/1000**

1350/1250**

1200

1400

1450

500

§25

1500

1675

1800

1500

1800

1500

1800

1900

*Для трансформаторов напряжения.

**Для силовых трансформаторов и шунтирующих реакторов.

(Up,5) на коэффициент 1,1. Кроме того, для увеличения надежности изоляции ее испытательное напряжение еще повышается на 15 кВ. В эксплуатации изоляция подвергается многократно воздействию импульсных напряжений, при этом прочность изоляции постепенно понижается (кумулятивный эффект). Для того чтобы учесть это, ее испытательное напряжение повышают еще на 10%, что в формуле учтено вторым коэффициентом, равным 1,1.
Наконец, следует иметь в виду, что волны, приходящие на подстанцию, накладываются на рабочее напряжение, под которым находится оборудование, при этом условия работы оборудования утяжеляются. Для того чтобы учесть это обстоятельство, испытание оборудования импульсным напряжением должно производиться с возбуждением его до номинального рабочего напряжения.

35. Полная волна 1,5/40 мксек, срезанная при предразрядном времени 2 мксек.
Uс—напряжение среза.
При этом момент приложения импульса должен совпадать с амплитудой переменного напряжения обратной полярности. Для упрощения испытаний допускается испытывать трансформаторы без возбуждения, но при этом испытательное напряжение повышается на 50% номинального Un. В формуле это также учтено слагаемым Un/2, где UH берется в киловольтах действующих. Как видно из табл. 14, изоляция подвергается испытанию импульсным напряжением при полной волне и при срезанных волнах обеих полярностей: положительной и отрицательной. Срезанная волна напряжения представляет собой полную волну 1,5/40 мксек, срезанную при предразрядном времени 2 мксек (рис. 35). Применение для испытания оборудования срезанной волны объясняется тем, что воздействие ее на изоляцию иногда оказывается более суровым, чем полной волны.

Благодаря срезу образуется крутой спад напряжения, который создает большие перепады напряжений на соседних элементах изоляционных конструкций и может вызвать их пробой. Особенно значительную опасность срезанная волна представляет для продольной изоляции трансформаторов как своим крутым спадом, так и электромагнитными колебаниями, которые она вызывает в обмотках трансформаторов. Появление на подстанции срезанных волн вполне возможно. Движущаяся с линии волна может быть срезана разрядниками или внешней изоляцией оборудования, после чего она, продолжая движение, может повреждать другую изоляцию. Импульсное испытательное напряжение для внутренней изоляции силовых трансформаторов при срезанной волне определяется по формуле
U ср.в = 1,25-1,15(1,1 Uр,5 + 15).
При срезанных волнах, понижение электрической прочности изоляции при многократном воздействии импульсного напряжения более вероятно, поэтому коэффициент кумулятивности взят больше: 1,15 вместо 1,1 для полной волны. Увеличение прочности при сокращении времени воздействия напряжения учитывается коэффициентом 1,25.
Импульсные испытательные напряжения внешней изоляции трансформаторов и других высоковольтных аппаратов, указанные в табл. 14, определены по аналогичной методике с учетом характеристик вентильных разрядников и возможности снижения электрической прочности изоляции под действием неблагоприятных атмосферных условий. Кроме импульсных испытательных напряжений, электрическая прочность главной изоляции трансформаторов обычно характеризуется величиной одноминутного испытательного напряжения при промышленной частоте. Этим же напряжением контролируется электрическая прочность измерительных трансформаторов и изоляторов как в сухом состоянии, так и под дождем. Величины испытательных напряжений промышленной частоты приведены в табл. 15. Они также согласовываются с характеристиками вентильных разрядников, при этом за основу принимается величина пробивного напряжения искровых промежутков вентильных разрядников при промышленной частоте.


* Между фазами.

Для работы при номинальных напряжениях от 3 до 15 кВ допускается изготовление электрооборудования с облегченной изоляцией, испытательные напряжения которого снижаются на 18—45% по сравнению с испытательными напряжениями оборудования с нормальной изоляцией.



 
« Как проводить инструктаж по технике безопасности   Качество электроэнергии и его обеспечение »
Карта сайта + все метки | Контакты
© Электроэнергетика При перепечатке и цитировании активная гиперссылка на сайт обязательна.