Электрическая изоляция в районах с загрязненной атмосферой - Понятие о длине пути утечки

II. ИЗОЛЯТОРЫ ДЛЯ ЗАГРЯЗНЯЕМЫХ РАЙОНОВ
По накоплению опыта в энергетике было принято пользоваться как основной характеристикой, определяющей пригодности изолятора для работы в условиях загрязнения, — величиной «длина пути утечки». Длина (пути утечки изолятора является кратчайшим геометрическим расстоянием (огибающей) по поверхности от одного металлического электрода до другого, находящихся под разными потенциалами.
Измерение длины пути утечки может производиться наложением шнура, нити и т. д. на поверхность изолятора от электрода до электрода с последующим измерением длины нити. Определение длины  пути утечки должно обеспечить точность измерения: 3% для электрооборудования классов напряжения до 35 кВ включительно и 2% — классов напряжения 110 кВ и выше.

Разрядное напряжение изолятора, находящегося в загрязненном состоянии, не только определяется длиной пути утечки, но также зависит от ряда других факторов (формы ребер, диаметра изолятора, качества глазури и т. д.). Вместе с тем относительное однообразие форм современных высоковольтных изоляторов позволяет в настоящее время пользоваться как основной величиной «длиной пути утечки». Зачастую пользуются значением удельной длины пути утечки, т. е. величиной, отнесенной на 1 квдейств наибольшего для данного класса рабочего напряжения. Ныне в ряде стран и СССР длина пути утечки изоляторов нормирована. В Советском Союзе действует стандарт, устанавливающий минимальную удельную длину пути утечки (ГОСТ 9920-61) для изоляторов наружной установки аппаратов и трансформаторов, за исключением некоторых видов специальных аппаратов (например, вентильных разрядников, штанг и т. д.), а также и линий электропередач.
Для внешней изоляции аппаратов и трансформаторов установлены две категории исполнения изоляторов по длине пути утечки:
А — нормального исполнения для изоляторов, работающих в местностях со слабой загрязненностью атмосферы, не оказывающей существенного влияния на электрические разрядные напряжения (лесистые районы, сельские местности, наличие пыли, содержащей в малом количестве растворимые в воде соли, и т. п.).
Б — усиленного исполнения для изоляторов, работающих в условиях загрязненной атмосферы, когда на поверхности изоляторов отлагается пыль, имеется воздействие газов и т. д.
Длина пути утечки у изоляторов усиленного исполнения (Б) в 1,5 раза больше по сравнению с изоляторами нормального исполнения (А).
В Советском Союзе были приняты лишь две градации выполнения изоляции аппаратов (А и Б), что должно позволить более легко освоить обе модификации промышленностью.
В линейной изоляции можно регулировать изменение длины пути утечки путем увеличения или уменьшения числа единичных элементов в гирлянде, что и практикуется в энергосистемах Союза. Вместе с тем создание классов изоляции, по исполнению отличающихся друг от друга по длине пути утечки менее чем на 40—50%, признается нецелесообразным, поскольку трудно установить границы различных условий работы электроустановок.
Хотя практика и показала, что изоляция ЛЭП в незагрязненной атмосфере работает удовлетворительно при длине утечки порядка 1,1 см/кВ, в Советском Союзе при разработке нормативов для аппаратуры были приняты иные, несколько большие минимальные величины. Так, например, для аппаратуры (ГОСТ 0920-61):

Для класса усиленной изоляции аппаратуры верхний уровень длины шути утечки 2,6 см/кВ установлен исходя из того, что было бы весьма трудным освоить изоляторы с еще большей длиной пути утечки, а ранее выпускавшиеся (порядка 2,5 — 2,6 см/кВ) оправдали себя при наличии достаточного ухода.
Таблица 2

*В необходимых случаях указывается в технических условиях.
Исходя из приведенных отношений длины пути утечки внешней изоляции к наибольшему рабочему линейному напряжению длина пути утечки изоляторов электрооборудования должна соответствовать величинам, -приведенным в табл. 2.

Министерство энергетики и электрификации СССР (Минэнерго) выпустило руководящие указания по проектированию и эксплуатации ЛЭП и РУ, расположенных в загрязненной атмосфере, в которых указан порядок выбора длины пути утечки внешней изоляции для разных условий эксплуатации (см. разд. III).
Как указывалось ранее, разрядные напряжения загрязненных и увлажненных изоляторов пропорциональны длине пути утечек лишь для относительно простых по форме изоляторов.
В ряде случаев путь разряда проходит не только по поверхности изолятора, но и по воздуху; поверхностное сопротивление меняется в ходе развития разряда, что вызывает непропорциональность длины пути утечки и разрядных напряжений. Таким образом путь утечки изоляторов сложной конфигурации используется не полностью. Поэтому возникает необходимость ввести понятие об эффективной длине шути утечки (/.действ):

где К — •поправочный коэффициент. Величина К определяется многими факторами: диаметром тарелки и электродов (шапки и пестика), длиной шути утечки в отдельности по верхней и нижней поверхности и в совокупности, конфигурацией ребер и расстоянием между ними и т. д. Исследования НИИПТ показали, что для изоляторов тарельчатого типа при L/Д^>1,4 величина К может ориентировочно "подсчитана по зависимости

где Д — диаметр тарелки изолятора.
Рекомендованные коэффициенты К для основных типов подвесных и опорных изоляторов нормального исполнения приведены в табл. 3.

Значение поправочных коэффициентов (К) ка развитость поверхности изоляторов для подсчета эффективной длины пути утечки

Как следует из табл. 3, подтверждаемой обобщенными данными по эксплуатации линейных изоляторов обычных и специальных типов для загрязняемых районов, не видны особые преимущества последних. Поэтому по полученным за последнее время данным не может быть рекомендовано применение указанных в ПУЭ норм для различных ступеней номинального напряжения по количеству изоляторов специального типа (например, НС-2) вместо увеличенного числа изоляторов нормального типа (например, П). В свете сказанного ряд выпускаемых в настоящее время промышленностью специальных изоляторов (НС-2, НЗ-З, ПР-3,5) не может быть рекомендован для массового использования.
Помимо зависимости разрядного напряжения загрязненного изолятора от (присущих ему характеристик имеется также зависимость и от конфигурации (размерности) гирлянды — строительной длины. В этих случаях сопоставление может вестись по соотношению

где Яф — строительная высота сопоставляемых гирлянд изоляторов.
Нормированные данные еще отсутствуют, и уточнение значения /.действ/Нф следует производить путем специальных исследований «по ГОСТ 10390-63 при искусственном  и естественном загрязнениях. Так, например, имеются данные, что увеличение числа элементов гирлянды с 18 до 24 (на 33%) может увеличить разрядное напряжение всего на 23%. Но все же заранее можно считать, что на ЛЭП целесообразно применять тарелочные изоляторы с малыми значениями Иф/Д (Н,»— строительная высота элемента и Д — диаметр тарелки) и большими значениями ЦД\ при этом более эффективно уменьшение отношения Н*/Д.
В силу сказанного и по ряду других соображений в ФРГ и ГДР предпочитают применять стержневые линейные изоляторы вместо тарельчатых. В этих случаях при равной длине пути утечки разрядное напряжение стержневых изоляторов может быть больше на 10—15%. Опыт Узбекэнерго по (применению стержневых изоляторов при солончаковых загрязнениях также подтверждает их большую надежность.
Как у стержневых изоляторов, так и у крупногабаритных аппаратных изоляторов, исходя из наиболее благоприятной разрядной характеристики, одновременно с максимальным использованием пути утечки, рекомендуется применять вылет юбок (ребер), превышающий 60 мм, и расстояние между ними в пределе 1 —1,3 от величины вылета. Не рекомендуется применять изоляторы, у которых промежутки между ребрами малы (узкие, глубокие), так как это ухудшает естественную очистку изоляторов и, следовательно, снижает использование пути утечки. Поэтому длинностержневые изоляторы 110 кВ с 27 ребрами показали себя в работе менее удовлетворительными по сравнению с изоляторами, имеющими 21 ребро (тип VKNL-75).
Наблюдения, проведенные в Японии, показали, что необходимая длина пути утечки для сохранения разрядных характеристик должна возрастать и по мере роста эквивалентного диаметра изолятора. В силу отмеченного обстоятельства изделия с большим диаметром фарфора (например, измерительные трансформаторы) должны иметь для сохранения разрядных характеристик большие значения удельной длины утечки по сравнению с малогабаритными изделиями (стержневые изоляторы и т. п.).