Линии электропередачи 345 кВ и выше - 50%-ное напряжение при коммутационных перенапряжениях и выбор подстанционной изоляции

1. 50%-НОЕ НАПРЯЖЕНИЕ ПРИ КОММУТАЦИОННЫХ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯХ И ВЫБОР ПОДСТАНЦИОННОЙ ИЗОЛЯЦИИ

Особенностью промежутков для подстанционной изоляции является то, что расстояния между заземленными и незаземленными электродами сведены к минимуму [7.26]. Кроме того, часто применяются электроды необычной формы. Поэтому были проведены испытания электродов и спецоборудования, применяемых обычно на подстанциях. Выбор подстанционного расстояния фаза — фаза ниже будет рассмотрен детально.
Все данные этого параграфа, за исключением данных для промежутка фаза — фаза, были скорректированы по условиям погоды и по форме импульса на минимальное значение пробивного напряжения. Для промежутка фаза — фаза такой корректировки не производилось, ибо неясно, как ее выполнять. Впрочем, погодные условия для этих испытаний оказались близкими (менее 3%) к стандартным. Проведенные эксперименты показали, что для больших длин промежутков коррекция по напряжению стремится к 0.
Горизонтальные гирлянды изоляторов. Типичной изоляционной конструкцией на подстанциях и на анкерных опорах ВЛ является гирлянда изоляторов (рис. 7.9.1). Горизонтальные промежутки на подстанциях обычно имеют меньшую электрическую прочность, чем на анкерных опорах ВЛ, в силу отсутствия шлейфов, близости земли, а также малых расстояний до заземленных конструкций.
Результаты испытаний в Исследовательском центре УВН представлены на рис. 7.9.1. Под размером промежутка / понимается расстояние между концом гирлянды со стороны провода и вертикальной заземленной плоскостью. Измерения показывают, что размеры экрана влияют мало. Для гирлянд без экрана U₅₀ % приближается к промежутку стержень — плоскость.  U₅₀ %   уменьшается, когда увеличиваются размеры заземленной конструкции. Разница при малой (1,2 м) и большой (3,35 м) фермах составляет приблизительно 4%.

Рис. 7.9.2. 50%-ное пробивное напряжение для опорных изоляторов в функции длины промежутка L при постоянном отношении базовой высоты к длине промежутка B/L.
1 — то же, но для промежутка провод — земля.

Рис. 7.9.1. 50%-ное пробивное напряжение промежутка горизонтальная гирлянда изоляторов — плоскость опоры в функции длины промежутка L.
1 — с экраном 2,4 м; 2 — без экрана; 3 — экран.

Изоляторы оказывают незначительное влияние на поверхностное пробивное напряжение, когда их длина превышает 2/3 промежутка; если они занимают половину его,  U₅₀ % Kp уменьшается только на 10%. Подобные результаты были получены и для поддерживающих гилянд (см. рис. 7.6.1). Отсюда можно заключить, что для всех конфигураций, кроме специальных, пробивное напряжение при коммутационных импульсах положительной полярности зависит только от геометрии электродов и не зависит от характеристик изоляторов. Среднеквадратическое отклонение пробивного напряжения, как правило, показывает на большую вариацию результатов от опыта к опыту. Для конструкций с экранами среднее значение среднеквадратического отклонения составило 4,5%.
Подстанционные опорные изоляторы. Пробивное напряжение опорной изоляции при коммутационных импульсах положительной полярности было предметом исследования на уровнях СВН и УВН [7.27, 7.28]. Их результаты для промежутков от 4,6 до 12,2 представлены на рис. 7.9.2 при ширине платформы №=1,22 м. На том же рисунке нанесена кривая для промежутка провод — земля [7.7].
При увеличении размеров опорной платформы до W = = 3,66 м  U₅₀ %  снижается на 6°/0 {B!L = 1), уменьшение W практически до 0 при BrL = 0,8 увеличивает   U₅₀ %  на 10%. Эмпирическая формула для поправочного коэффициента k для кривой ВЧ— 1 рис. 7.9.2 имеет вид:
(7.9.1)
где W — ширина платформы; она может быть использована для диапазона значений O^B/L^l и 0^11^^3,66.

Значения, представленные на рис, 7.9.2, соответствуют импульсу положительной полярности в сухую погоду. При испытаниях во влажных условиях при импульсах положительной полярности получены почти такие же значения или несколько большие. При импульсах отрицательной полярности при влажных и сухих условиях  U₅₀ %  выше, чем при импульсах положительной полярности. Поэтому использование при проектировании данных рис. 7.9.2 дает некоторый запас.
Пробивное напряжение изоляции фаза — фаза. Пробой при коммутационных перенапряжениях между проводами— более сложное явление, чем между проводом и заземленным объектом, так как соотношение коммутационных импульсов, возникающих в каждом из проводов, может варьироваться. Поэтому при проектировании изоляции важно оценить, как меняется пробивное напряжение промежутка при воздействии различных комбинаций импульсов.
Исследования промежутков фаза — фаза в Исследовательском центре УВН было выполнено на параллельных фазах и без противокоронных колец. На рис. 7.9.3 показана фотография испытательной установки, а на рис. 7.9.4 — конфигурация промежутка. С помощью каскадного испытательного трансформатора и импульсного генератора на две фазы подавались положительные и отрицательные импульсы с различным максимальным значением. Результаты испытаний представлены на рис. 7.9.5 и 7.9.6.
На рис. 7.9.5 приведено  U₅₀ %  промежутка. При одном и том же воздушном промежутке  U₅₀ %  оказалось одинаковым как при наличии, так и при отсутствии выступающих колец.
На рис. 7.9.6 показано  U₅₀ %  такого промежутка в функции его размеров с отношением напряжений разной полярности как параметра. Результаты, полученные при        хорошо согласуются с данными [7.29, 7.30]. Обозначение «полностью отрицательный» относится к условию, когда одна фаза заземлена, а отрицательный импульс приложен к другой фазе. Аналогично определяется «полностью положительный». Во всех случаях разряд происходил между фазами.

 

Рис. 7.9.3. Испытательная установка фаза — фаза.

Риг. 7.9.4. Защитные кольца (труба диаметром 10.2 см, диаметр 2 1м) в расщепленной на четыре провода фазе (диаметр проводов 4— 10 см, расстояние между ними 75 см).
1 — промежуток при наличии колец; 2 — промежуток при отсутствии колец.
Выбор расстояния между фазами. При определений расстояния между фазами можно объединять данные, представленные на рис. 7.9.5 и 7.9.6, с результатами расчетов распределения коммутационных импульсов между фазами, полученными на анализаторе переходных процессов (АПП). В качестве примера рассмотрим результаты исследований, проведенных на АПП, для системы 1100 кВ (рис. 7.9.7).
При исследованиях производилась регистрация максимального значения междуфазного импульса и значения отношения U^/Un или в момент достижения наибольшего междуфазного перенапряжения (все

Рис. 7.9.7. Пример рассчитанных на анализаторе междуфазных максимальных напряжений и отношения U-/UПолн.
1 — кривые равной прочности.

Рис. 7.9.5. 50%-ное пробивное напряжение промежутка фаза — фаза в функции отношения отрицательного напряжения к полному в момент максимального напряжения на промежутке.
1 — без колец; 2—с кольцами.

Рис. 7.9.6. 50%-ное пробивное напряжение промежутка фаза — фаза для различных комбинаций напряжения фаза — земля в функции длины промежутка L.
1 — отрицательные импульсы, град.: 2— U+=U_; 3— L^2U_\ 4 — положительные импульсы.

напряжения взяты по отношению к амплитуде фазного напряжения системы).
Наибольший междуфазный импульс в основном группируется в области U_/ U Полн=0,5. Так как пробивное напряжение является функцией U_/Uполн, каждую точку на рис. 7.9.7 можно передвигать по линии равной прочности, имеющей крутизну, как и кривые на рис. 7.9.5.

Рис. 7.9.8. Распределение Uф-ф для примера, приведенного на рис. 7.9.7.
1 — нормальное распределение.
На рис. 7.9.8 представлено распределение, полученное для соотношения U-/UnОЛн=0,5, взятого по рис. 7.9.7. В соответствии с методом, описанным в [7.48], на рис. 7.9.8 приведено нормальное распределение.
Рассмотрим пример выбора междуфазного расстояния при следующих условиях:
Минимальное напряжение системы, кВ                1100
Распределение (рис. 7.9.8) ..  Нормальное
Пробивное напряжение (кривая рис. 7.9.6) и среднеквадратическое отклонение 5%               U+ = U_
Число возможных мест пробоя на фазу (число
промежутков кольцо—кольцо) 30
Вероятность пробоя. 1 на 10 000 коммутаций
50%-ное значение импульса S 2,475
Среднеквадратическое отклонение о5> % . .                   2,42
Перенапряжения, представленные на рис. 7.9.7 и 7.9.8, — это наибольшие из трех междуфазных (ЛВ, ВС, АС) значений. Из этих трех случаев только два относятся к соседним фазам, поэтому вероятность пробоя составляет:

Если 30 объектов соединены в параллель, то вероятность пробоя Р на объект определяется как

тогда
Вероятность пробоя одного объекта определяется через U^QCуо кр и о, S и os по выражению
(7.9.2)
(7.9.3)
По математическим таблицам для нормального распределения находим:
Р= 1/200 000; У=4,42 среднеквадратического отклонения.
Из (7.9.3) при а = 0,05(/50<уо и = 0,02425 находим:
(7.9.4)
При 5 = 2,475 по (7.9.4) будем иметь:

Для системы 1100 кВ критическое пробивное напряжение фаза — фаза составляет:

Из рис. 7.9.6 (кривая t/+=t/_) это соответствует расстоянию 7 м.
Основываясь на этом методе и принимая два дополнительных допущения (отношение максимальных значений импульсов фаза — фаза и фаза — земля равно 1,65, распределение перенапряжений аналогично указанному на рис. 7.9.8), были определены для подстанций минимальные междуфазные расстояния по условиям коммутационных перенапряжений (табл. 7.9.1).
Из нее видно, что коммутационные перенапряжения не являются лимитирующим фактором при выборе междуфазного расстояния на подстанциях СВН.

Влияние земли на междуфазное пробивное напряжение. Данные проведенных исследований относятся к проводам и опорным изоляторам при расстоянии до земли 12,2 м. Данные предшествующих исследований
Рис. 7.9.9. Междуфазное пробивное напряжение  в функции длины промежутка
L при U_/Uполн = 0.
1 — [8, 29]; 2 — [8, 7].
[7.7] относятся к «положительным величинам» (одна фаза заземлена, а на другую воздействует импульс положительной полярности) для высот 9,1; 15,2 и 18,3 м. На рис. 7.9.9 приведены эти данные, а также «полностью положительная» кривая из рис. 7.9.6 для высоты 12,2 м. Эти кривые характеризуют влияние земли на коммутационную прочность основного промежутка.
7.10. СРАВНЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПРОМЕЖУТКОВ
На рис. 7.10.1 представлены кривые  U₅₀ %  основных промежутков при коммутационных воздействиях.

Рис. 7.10.1. Критическое 50%-ное пробивное напряжение с основных промежутков в функции длины промежутка L.
Все кривые, за исключением кривой для промежутка фаза — фаза (см. § 7.9), являются  U₅₀ %  при положительной полярности