I. МЕХАНИЗМ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ИЗОЛЯТОРОВ И РАЗВИТИЯ РАЗРЯДА
Загрязненный воздух может содержать примеси в виде газов, взвешенных частиц (пыли) и т. д.
Как показали исследования Томсона, частицы пыли в воздухе и влаги (тумана) могут иметь диаметр от 1 до 100 мк, а степень их концентрации варьируется в широких пределах. На эти частицы воздействуют силы: кинетические, тяжести, электрические и ветра (аэродинамические)
Силы тяжести определяют выпадение осадка на горизонтальных плоскостях изоляторов (если нет воздействия ветра).
Электрические силы при переменном напряжении оказывают малое влияние на осаждение частиц загрязнителя, но имеют большее значение для мест, где поле неравномерно, что, кстати, бывает почти во всех конструкциях изоляторов. Наличие напряжения, создающего повышенные градиенты на поверхности изолятора, способствует удержанию частиц загрязнителя.
Подтверждением сказанного может являться то, что согласно опытам в Азэнерго гирлянды изоляторов на ЛЭП вблизи моря, не находившиеся под напряжением, имели осадок солей почти в 2 раза меньше по сравнению с гирляндами, которые были под рабочим напряжением; при этом загрязненность была одинакова у всех изоляторов гирлянды, т. е. не зависела от местоположения их в цепочке.
Осаждающиеся на поверхности изолятора частицы делают се шероховатой, что усиливает дальнейшее скопление новых частиц.
В свою очередь свойства воздуха атмосферы не бывают постоянными и зависят от температуры, влажности и т. д., что может определять условия и степень интенсивности загрязнения, а также характер развития процессов, связанных с ними.
Практически загрязнения, осаждающиеся на поверхности изоляторов, имеют весьма разнообразный характер, а в количественном отношении зависят от степени удаленности электроустановки от источника загрязнения, количества выбросов и метеорологических факторов таких, как сила и направление ветра и т. д.
Классификация перекрытий изоляции по основным видам загрязнителей 1967 г. в энергосистемах Минэнерго приведена в табл. 1.
Таблица 1 Классификация перекрытий изоляции из-за загрязнения с указанием источников, вызвавших их
Источник загрязнения | Количество перекрытий, % | |
| ЛЭП | РУ |
Промпредприятия (химические, стройиндустрия и т. д.) | 36 | 53 |
Непромышленные (пыль, соль морей и т. д.) | 56 | 20 |
Уносы котельных электростанций | — | 20 |
Птицы | 4 | — |
Неизвестен и разные | 4 | 7 |
Итого | 100 | 100 |
Из табл. 1 следует, что для ЛЭП, правда в последние годы в наибольшей мере, характерными являются перекрытия, вызванные непромышленными загрязнениями, а главным образом солями и в частности солончаковой пылью (Средне-Азиатские республики). Перекрытия в РУ вызываются наиболее часто за счет загрязнения уносами промпредприятий или вблизи расположенных электростанций.
Обобщение данных о работе изоляции при загрязнении электрических установок указывает, что следующие основные предпосылки и условия способствуют перекрытиям:
а) моросящий дождь, туман или мокрый снег, т. е. осадки, выпадающие в количестве менее 0,3— 0,5 мг/см2/мин. В этих случаях происходит увлажнение поверхностного слоя загрязнителя, который не смывается, т. е. не возникает самоочистки поверхности изолятора;
б) наличие положительной температуры, но близкой к нулю или во время резкого потепления. В этом случае на холодной поверхности изоляции возможна конденсация влаги воздуха, насыщающей загрязнитель;
в) неблагоприятное направление ветра, т. е. когда может односторонне усиленно заноситься поверхность изолятора грязью или пылью;
г) количество загрязнителя, одновременно оседающего на поверхности изоляторов, при этом особо опасны интенсивные выбросы, зачастую происходящие при нарушении технологического цикла промпредприятий.
В первом приближении можно оценивать загрязнения следующими величинами: нормальное, средней тяжести, когда оседает загрязнитель, — около 3,5 мг/слр/год и весьма тяжелое — при оседании — 15—25 мг1см21год.
Имеются примеры, когда при интенсивном загрязнении на изоляторах откладывалась в малый отрезок времени приведенная выше годовая норма;
д) равномерность загрязнения по поверхности и его вида, т. е. пылеобразного легко смываемого, пылеобразного, но цементирующегося или жирного (смолистого);
е) электрические характеристики загрязнителя, главным образом его проводимости, что в наибольшей мере связано с возможной степенью растворения солей загрязнителя во влаге.
В литературе имеются указания, что при скоростях ветра, превышающих величину 30/d м/сек, где d — диаметр твердых частиц сухих загрязнений, происходит их отскок от поверхности твердого тела. Таким образом, сухие частицы загрязнений размером 2—3 мк не будут при скоростях ветра 15—10 м/сек осаждаться на поверхности изолятора.
Наблюдениями было определено, что наиболее благоприятные условия для отложения загрязнений создаются при относительно малых скоростях воздуха — 1—4 м/сек. В этих условиях не происходит сдувания осевших частиц пыли с изолятора. Вместе с тем, чтобы поднять пыль пустынь и с дорог, необходима скорость ветра 4—7 м/сек. При этой скорости частички размером 0,2 мм начинают скачкообразно двигаться. Более мелкие частицы (0,01—0,001 мм), попадая в воздух, могут переноситься на большие расстояния (3—5 км) и долго парить в воздухе. Скорость падения частиц диаметром 1 мк (дым, пыль) менее 0,003 см1сек.
Рис. Iа. Разрядные характеристики гирлянды из 7 изоляторов при различной интенсивности загрязнения и вида загрязнителя.
I — зола: 2 — соль.
Дым, газы, загрязняющие атмосферу, обычно не поднимаются выше 3 км и концентрируются на высоте 300— 500 м от земли.
Длительность увлажнения загрязнителя, создающего возможность перекрытия, в основном зависит от химического содержания растворимых веществ и количества их, что в некоторой степени видно на рис. 1а и 16. При наличии большого количества растворимых солей и при малой толщине слоя перекрытие изолятора может наступить уже при сравнительно слабом увлажнении (тумане или дожде).
С точки зрения возможности возникновения перекрытий наиболее опасен тот период, когда влажность воздуха более 80% (рис. 2). В силу отмеченного фактора легко прослеживается сезонная и временная по суткам зависимость числа повреждений из-за загрязнения изоляции (рис. 3).
Рис. 1б. Зависимость минимального грязеразрядного напряжения опорных изоляторов от интенсивности загрязнения их цементом (по В. Н. Трусовой).
По временам суток большее число перекрытий возникает в утренние часы (рис. 3, б), когда в наибольшей мере возможна конденсация влаги на поверхности изоляторов. В этой связи могут быть упомянуты так называемые «зоревые» замыкания на землю (клевки) на ЛЭП, отмечаемые многими наблюдателями как за рубежом, так и в Союзе (Донбассэнерго). Эти замыкания в какой- то мере связаны и с загрязнением изоляторов и поверхностным увлажнением их по всей площади. Диаметр единичных дождевых капель колеблется от 0,2 до 5 мм и скорость падения их при размерах 1000 мк достигает до 450 см/сек. Дождь такой интенсивности способен в какой-то мере очищать атмосферу. Если осадков выпадает более 0,5 мг/см2 1мин, что соответствует величине более 0,3 мм/ч, то можно ожидать самоочистки изоляторов от смывания загрязнений. А по прошествии какого-то времени, зависящего от степени и длительности предшествующего осаждению загрязнителя, приближения разрядных характеристик к чистому изолятору.
Рис. 2. Зависимость аварии от загрязнений в энергосистемах ГДР в период 1960—1965 гг. от погодных условий (по данным о 161 аварии). а - от температуры; б — от влажности воздуха.
