Обслуживание распределительных устройств высокого напряжения - Осмотр состояния шин и изоляторов

Сборные шины распределительного устройства предназначены для распределения электроэнергии, вырабатываемой генераторами станции или получаемой от трансформаторов подстанции, или линий между отходящими линиями и трансформаторами.
Соединительные шины служат для соединения отдельных аппаратов распределительного устройства между собой и присоединения их к сборным шинам.
Шины распределительных устройств представляют собой токоведущие части, укрепленные на изоляторах.
При большой длине сборных шин они делятся на секции длиной около 15 м, между которыми для компенсации линейного расширения вследствие нагрева вставляются гибкие  компенсаторы, обычно выполняемые из пакета тонкой фольги или из изогнутых тонких  полос.
Сборные шины рассчитываются на максимальный рабочий ток, могущий протекать при различных режимах станции или подстанции и различных схемах соединения распределительного устройства без превышения допустимого нагрева.
Для шин допустимая температура нагрева принимается равной 70° С при температуре окружающего воздуха 25° С (т. е. перегрев допускается не более 45° С). Кроме того, шины, как и все оборудование, должны выдерживать нагрев и динамические воздействия от токов короткого замыкания.
Следует отметить, что шины в закрытых распределительных устройствах до 20 кВ находятся в значительно более тяжелых условиях, чем шины открытых устройств, ввиду того, что при меньших расстояниях между шинами закрытых распределительных устройств большее влияние оказывает взаимный нагрев при токе нагрузки и большие значения имеют динамические усилил при протекании тока короткого замыкания. Кроме того, в закрытом помещении вентиляция шин хуже и, следовательно, нагрев сильнее.
Слабыми местами ш:ш, наиболее подверженными воздействию протекающих токов нагрузки и токов короткого замыкания, являются соединения шин между собой и с аппаратурой (если они выполнены не сваркой) и крепления шин к изоляторам, а также сами изоляторы.
Если болтовое соединение участка шин или ответвления от сборных шин выполнено недостаточно хорошо или в процессе эксплуатации ослабло, то контакт между соединенными шинами ухудшается, т. е. переходное сопротивление контакта возрастает. При прохождении тока через такое соединение мощность, теряемая на сопротивлении, увеличивается, вследствие чего усиливается нагрев соединения. Усиление нагрева влечет за собой интенсивное окисление металла и, следовательно, еще большее увеличение переходного сопротивления соединения. Таким образом, начавшийся процесс ухудшения контакта прогрессирует и в ряде случаев может привести к расплавлению шины в соединении, так как выделение тепла значительно превысит отвод тепла в окружающую среду. Расплавление, т. е. разрыв шины при протекании по ней тока, приведет к возникновению дуги, которая, как правило, перебрасывается на другие фазы, вызывая короткое замыкание на шинах, являющееся наиболее тяжелым повреждением, сопровождающимся выходом из работы всего распределительного устройства или даже всей подстанции или станции.
При болтовом соединении медных шин ухудшение соединения случается редко, так как медь достаточно жестка, что способствует сохранению сильного нажатия болтов соединения.
Перед сболчиванием алюминиевых шин концы шин покрывают вазелином, затем под слоем вазелина зачищают оксидную шлейку и, не удаляя вазелина, производят сболчивание. Такой порядок обусловливается тем, что алюминий при зачистке на воздухе мгновенно покрывается оксидной пленкой. Однако следует заметить, что алюминий имеет свойство со временем сжиматься от постоянного нажатия болтов, чему может также способствовать вибрация шин от действия протекающих токов, поэтому не исключается возможность ослабления нажатия в соединении, что приводит к ослаблению контакта.
Наиболее слабыми местами являются соединения плоских шин к стержневым выводам аппаратуры.
Явление ухудшения контакта в соединении может иметь место и в болтовых соединениях гибких проводов ошиновки открытого распредустройства. Если применены бронзовые зажимы на алюминиевых проводах, в местах соприкосновения в присутствии влаги воздуха возникают электрохимические процессы, нарушающие контакт и выводящие зажим из строя. Такие зажимы должны быть обязательно заменены.
Пюи протекании тока то параллельно расположенным шинам от взаимодействия токов в разных фазах шины испытывают усилия, меняющиеся по направлению одновременно с изменением направления тока, т. е. шины соседних фаз или притягиваются, или отталкиваются. При токах нагрузки усилия невелики, но, действуя постоянно с частотой тока, вызывают вибрацию шин. Жесткие шины, будучи прочно закреплены в шинодержателях, передают усилия на изоляторы. Вибрация может вызвать ослабление креплений шин, что приведет к их дребезжанию.
На опорных и проходных изоляторах внутренней установки от воздействия динамических усилий токов короткого замыкания могут появляться трещины.
В штыревых изоляторах наружной установки трещины появляются при резких изменениях температуры наружного воздуха вследствие того, что фарфор и металл имеют различные коэффициенты температурного расширения. Наиболее слабым местом является соединение фарфора с металлом. На глазури изоляторов открытых устройств иногда появляются мелкие трещины, являющиеся следствием температурного воздействия прямых лучей солнца в холодное время года. На границе света и тени благодаря плохой теплопроводности воздуха возникает значительная разность температур, которая и вызывает трещины На изоляторах с полупроводящей глазурью, применяемых в загрязнённой атмосфере, появляются трещины вследствие, местных нагревов токами утечки. На шинных мостах наружной установки (на напряжение до 11 кВ)  с изоляторами ИШД-10 при заносе снегом с загрязнением уносами золы могут быть перекрытия изоляторов, вызывающие трещины, оплавления и сколы фарфора.
Обслуживание шин и изоляторов сводится к осмотрам с целью своевременного обнаружения каких-либо ненормальностей или повреждений и проведения профилактических испытаний и проверок. Шины в закрытых распределительных устройствах осматриваются периодически — 1 раз в сутки (при круглосуточном дежурстве) или в соответствии с графиком проведения осмотров (в установках без постоянного дежурства).
При осмотрах шин особое внимание следует уделять местам их соединений для обнаружения нагревов.
Наиболее простым методом визуального контроля нагрева является использование термопленок. Термопленки наклеиваются на места, нагрев которых необходимо контролировать. При нагреве до определённой температуры1 цвет пленки не меняется или меняется обратимо, т. е. при остывании принимает первоначальную окраску. Если же температура превысит этот предел, цвет пленки не восстанавливается.
Из выпускаемых в настоящее время промышленностью термокрасок для пленок используются термокраски на два предела температуры: 85° и 120° С. Изменение цвета этих красок приведено в табл. 1.
Таблица 1

Кроме того, (применяется термопленка многократного действия на базе термопигмента, изготовленного в химлаборатории [Л. 7].
Обратимое изменение цвета пленки в зависимости от температуры нагрева происходит следующим образом: до 60° С — красный, 60—70° С — оранжевый, 70— 80° С — вишневый, 90—100° С — черный.
При нагреве до 120—130° С в течение 1—2 ч пленка разрушается и становится бледно-желтой.
Проверку нагрева контактов не снабженных термопленкой, производят касанием к ним свечи из парафина или стеарина, укрепленной на изолирующей штанге. Учитывая, что температура плавления парафина в среднем 55, а стеарина 50° С, определить температуру нагревшегося контакта нельзя (шины могут быть нагреты до 70°С в нормальном состоянии), но по степени расплавления свечи можно определить относительно более нагретое место.
Для более точного контроля нагрева применяется набор специальных термосвечей с разной температурой плавления: № 1—55° С, № 2—70° С, № 3—80° С, № 4— 100° С и № 5 —130° С [Л. 3].
Наиболее точное измерение температуры токоведущих частей выполняется посредством термоштанги. Термоштанга представляет собой изолирующую штангу, на конце которой укреплена термобатарея, состоящая из нескольких термопар, присоединенная к милливольтметру, также укрепленному на конце штанги. От нагрева горячего спая термопар при соприкосновении с нагретой шиной в цепи термобатареи возникает ток, который отклоняет стрелку милливольтметра, градуированного в градусах. Таким образом производится измерение перегрева шины над воздухом. Чтобы определить температуру нагрева шины, к показанию прибора следует прибавить температуру окружающего воздуха. Общий вид термоштанги, разработанной Центральной высоковольтной лабораторией Мосэнерго, показан на рис. 4.
Наличие чрезмерного нагрева при отсутствии термопленок и других приспособлений может быть определено визуально по потемнению окраски шин в месте соединения по сравнению с другими местами. Если краска на шинах полопалась, частично обуглилась, то это свидетельствует об аварийном состоянии данного участка шин. Сильные нагревы могут быть также обнаружены по свечению нагретых мест три осмотре распределительного устройства в темноте.
При выявлении недопустимого нагрева контактного соединения необходимо принять меры для уменьшения тока, а затем вывести шины в ремонт для восстановления контакта.
На открытых распределительных устройствах нагревы шин и контактных соединений из-за удаленности от наблюдателя непосредственно обнаружены быть не могут. Поэтому для их контроля применяются «флажки», припаиваемые к зажиму или месту контакта легкоплавким сплавом.
При осмотре изоляторов необходимо контролировать целость их, т. е. отсутствие трещин, сколов,  подпалин от перекрытия дугой, царапин и трещин на глазури, загрязнений  поверхности и т. п. Трещины фарфора, даже несквозные, приводят если не к пробою изолятора, то к его разрушению, что обычно вызывает перекрытие на землю. Поэтому изоляторы с трещинами должны немедленно заменяться.

Рис. 4. Общий вид термоштанги.
1 — измерительный прибор; 2 — термобатарея.

 
Сколы, царапины на глазури, загрязнение поверхности золой, копотью, пылью или химическими наносами снижают изоляционные качества изоляторов, так как сокращают изоляционное расстояние или снижают сопротивление изоляции и могут привести к перекрытию при рабочем напряжении. Наиболее часто имеет место загрязнение пылью или химическими наносами изоляторов на открытых распределительных устройствах, но в ряде случаев и в закрытое помещение проникают газы или пары. Источниками загрязнений являются химические, нефтеперегонные, цементные, металлургические заводы, а также и котельная самой электростанции.
Большинство загрязнений в сухом виде не вызывает снижения сопротивления изоляции, но при их увлажнении возникают  перекрытия изоляции.
Сильный дождь менее опасен, так как юн частично смывает загрязнения, а нижняя часть штыревых изоляторов остается сухой. Более опасными являются туман, тающий гололед, которые покрывают всю поверхность изолятора снизу и сверху.
Всякие загрязнения изоляторов должны периодически очищаться. В ряде случаев это может быть выполнено только при ремонте, т. е. при снятом напряжении. Однако иногда удается производить очистку под напряжением в тех случаях, когда налет пыли или загрязнений легко удаляется специальной щеткой с помощью пылесоса. Это выполняется только в закрытых помещениях. Щетки и всасывающая наставка пылесоса должны укрепляться на изолирующей штанге, рассчитанной для соответствующего напряжения. Полая штанга пылесоса должна перед работой и в процессе чистки периодически очищаться от пыли во избежание перекрытия. Персонал должен работать только с пола, устойчивых «подмостей и в диэлектрических «перчатках. Периодичность очистки оборудования определяется местными условиями от 1—2 до 10—12 раз в год.
На открытых распределительных устройствах иногда производится обмывание изоляторов водой под напряжением. Обмывка производится с нижних изоляторов (колонки), причем вода должна иметь сопротивление не менее 2 000 ом/см3, диаметр струи не должен быть более 6 мм и человек должен Находиться не ближе 10 м от изоляторов. Практика показала, что при обмыв ке изоляторов имели место случаи перекрытия, поэтому этот способ не нашел широкого применения.
Трещины на опорных изоляторах внутренней установки чаще всего бывают у нижнего фланца. На штыревых изоляторах наружной установки типа ШТ-35, ИШД-35 и др. радиальные трещины появляются на ребрах и кольцевые трещины в местах армировки фланца на головке изолятора.
На опорных изоляторах открытого распределительного устройства, установленных высоко, трудно заметить трещины на ребрах, особенно при загрязненной поверхности. Трещины на изоляторах гирлянд обнаружить еще труднее из-за большей высоты подвеса и тесного расположения отдельных элементов. Поэтому основным способом контроля целости штыревых изоляторов и гирлянд является измерение распределения напряжения по элементам колонки штыревых изоляторов и элементам гирлянд измерительной штангой под рабочим напряжением.
При нормальном состоянии изоляции всех элементов гирлянды или колонки штыревых изоляторов на каждый элемент приходится определенная величина рабочего напряжения.

Рис. 5. Схема измерения штангой распределения напряжения на натяжной гирлянде подвесных изоляторов.

Если же какой-либо элемент пробит, то напряжение на нем будет равно нулю, а если изоляция понижена, то меньше нормального. На остальных элементах при этом напряжение превысит нормальную величину. Построив кривую распределения напряжения по гирлянде, можно выявить элемент с пониженной изоляцией; «нулевые» же изоляторы выявляются сразу при измерении. Следует, однако, иметь в виду, что при измерении загрязненных изоляторов эффект повреждения изоляции может получиться из-за загрязнения поверхности при полной исправности самого изолятора. Поэтому измерение следует делать при чистой поверхности изоляторов, приурочивая его к чистке.
Принцип измерения с помощью штанги состоит в том, что рогами штанги ее искровой промежуток включается на напряжение, приложенное к измеряемому изолятору или отдельному элементу (у изоляторов типа ШТ, ИШД), и по величине искрового промежутка, при котором происходит пробой, определяется величина этого напряжения. Размер искрового промежутка изменяется сближением электродов с помощью изолирующего стержня, проходящего внутри полой изолирующей части штанги. Схемы измерения на гирлянде и на колонке изоляторов показаны на рис. 5 и 6.

Рис. 6. Схема измерения штангой распределения напряжения на колонке штыревых изоляторов.

Рис. 7. Схема головки измерительной штанги с конденсатором.
1 — искровой промежуток; 2— конденсатор.
Штанга, применяемая для измерений изоляторов на напряжении 35 кВ, имеет в головке разделительный конденсатор, который препятствует короткому замыканию во время замера в случае наличия поврежденного изолятора в гирлянде три шунтировании искровым промежутком другого изолятора. Для замеров на напряжении 110 кВ и выше, где изоляторов в гирлянде не менее шести и шунтирование одного при наличии пробоя в другом не приведет к перекрытию остальных и замыканию на землю, допустимо применять штангу без разделительного конденсатора. Благодаря отсутствию конденсатора не имеется паразитной утечки тока и погрешности при
Измерении уменьшаются. Кроме того, результаты измерения не зависят от положения штанги на изоляторе, в то время как штанга с конденсатором должна располагаться так, чтобы конденсатор был со стороны изолятора, ближайшей к земле (рис. 7).