Ремонт ВЛ под напряжением - Необходимое число исправных изоляторов

2.5. Необходимое число исправных изоляторов при работах под напряжением
Как известно, уровень изоляции линии зависит от номинального напряжения ВЛ, степени загрязнения атмосферы и ряда других факторов. Выбор изоляции ВЛ [20] производится по условию обеспечения нормальной работы при рабочем напряжении, по коммутационным перенапряжениям и по перенапряжениям во время грозы. Сопоставление друг с другом выбранных по указанным критериям уровней линейной
изоляции позволяет в каждом конкретном случае выявить наиболее тяжелые (расчетные) условия, по которым в конечном счете и выбирается линейная изоляция для проектируемой ВЛ.
Наличие дефектных или зашунтированных изоляторов приводит к снижению электрической прочности гирлянды, которая должна быть не ниже определенного заданного уровня, обеспечивающего безопасность проведения работ под напряжением. Выдерживаемое напряжение гирлянды зависит от количества и месторасположения дефектных изоляторов.
Определение электрической прочности гирлянд изоляторов расчетным путем с учетом искажения электрического поля находящимися вблизи гирлянды приспособлениями для ремонта линии является сложной задачей. В этом случае более целесообразно проводить экспериментальные исследования на опытных участках линий с применением манекена, имитирующего электромонтера, выполняющего работы у провода ВЛ.
Наиболее представительная экспериментальная работа была выполнена канадской компанией Ontario Hydro для ВЛ 230 и 500 кВ и девяти различных технологических вариантов производства работ под напряжением [48]. Эти исследования показали, что наличие в рабочем промежутке приспособлений и электромонтера, выполняющего ремонт линии под напряжением, может привести к значительному снижению электрической прочности гирлянды изоляторов в зависимости от применимой технологии и оборудования.
Первоначально в ходе экспериментов подавались как положительные, так и отрицательные коммутационные импульсы. Но, как и ожидалось, отрицательные импульсы давали значительно более высокое значение выдерживаемого напряжения, и поэтому в большинстве опытов использовались только положительные импульсы. В экспериментах применялись коммутационные импульсы с волной, имеющей форму 320/3000 мкс, а для случаев с наибольшим количеством дефектных изоляторов применялись импульсы с более крутым фронтом 150/4000 мкс. Для того чтобы наблюдать траектории перекрытий, в ходе испытаний использовалась видео магнитофонная запись.
Исследования проводились в два этапа. На первом этапе определялась электрическая прочность приспособлений и гирлянд со всеми исправными изоляторами при использовании различных технологических вариантов работ. Второй этап заключался в изучении влияния перекрытых и разрушенных изоляторов на значение импульсного напряжения, которое выдерживают гирлянды изоляторов и приспособления для работ под напряжением.

Исследования с исправными гирляндами изоляторов.

В экспериментах использовались поддерживающие гирлянды из 14 и 23 изоляторов (строительной высотой 127 мм) и натяжные гирлянды, содержащие 14 и 26 изоляторов соответственно для линий напряжением 230 и 500 кВ.
Выдерживаемое напряжение для гирлянды из 14 изоляторов составляет 870 кВ, что соответствует кратности коммутационных перенапряжений 4,1. Наличие приспособлений для работ под напряжением в промежутке провод-траверса снизило выдерживаемое напряжение до 630—850 кВ в зависимости от используемой технологии, т. е. электрическая прочность этого промежутка в одном из технологических вариантов работ (применение изолирующей штанги при ремонте с натяжной гирлянды) снизилась на 27%, а выдерживаемая кратность коммутационных перенапряжений составила 3.
Обычное выдерживаемое напряжение гирлянды из 23 изоляторов на линии 500 кВ составляет около 1300 кВ, что соответствует кратности коммутационных перенапряжений 2,9. Эксперименты с применением различных приспособлений для работ под напряжением на 1Щ 500 кВ показали, что электрическая прочность промежутка провод— траверса может уменьшиться до 1040 кВ, что соответствует кратности коммутационных перенапряжений 2,3.
Эти данные свидетельствуют о том, что наличие приспособлений для ремонта под напряжением может значительно снизить выдерживаемое напряжение промежутка между проводом и траверсой. Это обстоятельство следует учитывать при выборе технологического варианта производства работ.

Исследование при наличии дефектных изоляторов в гирлянде.

С целью выявления наихудшей ситуации для нескольких способов работы в экспериментах были использованы гирлянды с изоляторами, расположенными в разных местах гирлянды, имевшими различные повреждения (перекрытия и разрушения). В результате экспериментов было доказано, что электрическая прочность гирлянды при наличии остатков разрушенных стеклянных изоляторов меньше, чем при таком же количестве пробитых (нулевых), но не разрушенных фарфоровых изоляторов.
Как было отмечено, эксперименты с большим количеством дефектных изоляторов выполнялись коммутационными импульсами с волной 150/4000 мкс, поскольку при более крутом фронте волны коммутационного импульса перекрытия оказывались менее вероятными.
Результаты испытаний рассмотрим на примере одного из технологических вариантов проведения работ под напряжением, при котором доставка электромонтера к проводу ВЛ 500 кВ производится с помощью изолирующей лестницы (рис. 2.8). Этот вариант выбран по тем соображениям, что, по мнению авторов, влияние изолирующей лестницы на электрическое поле промежутка провод-траверса аналогично влиянию полимерного изолятора, применяемого для аналогичной цели у нас в стране при работах на линиях 500 и 750кВ, и результаты, полученные в работе канадских специалистов, могут быть использованы при проведении подобных исследований. Влияние дефектных изоляторов на электрическую прочность промежутка провод—траверса с изолирующей лестницей и манекеном приведено на рис. 2.9. Для каждого уровня напряжения подавалось, как правило, 100 импульсов для обеспечения достаточной достоверности результатов. Выдерживаемое напряжение представлено рис. 2.9 уровнем напряжения, соответствующего U50% - За, или напряжению, при котором вероятность перекрытия соответствует 0,13%.
Как видно по результатам испытаний, наихудшим является случае концентрации дефектных изоляторов у провода. Значения выдерживаемого напряжения гирлянды из 23 изоляторов при различном количестве дефектных изоляторов, расположенных у провода линии электропередачи напряжением 500 кВ, равны:   
Количество дефектных изоляторов, шт       0 6 8 10     
Выдерживаемое напряжение, кВ                  1020 930 870 752
Кратность перенапряжений      2,2 2,1 1,9 1,7

Рис. 2.8. Вариант испытаний технологической схемы производства работ на BЛ 500 кВ с применением изолирующей лестницы и манекена

Интересен результат значительного изменения выдерживаемого напряжения гирлянды, имеющей 10 нулевых, но неразрушенных фарфоровых изоляторов, и гирлянды, имеющей такое же количество раз- рушенных изоляторов. Если в первом случае уменьшение выдерживаемого напряжения (979 кВ) составило лишь 4% по отношению к выдерживаемому напряжению гирлянды со всеми исправными изоляторами (1020 кВ), то в случае 10 разрушенных изоляторов выдерживаемое напряжение гирлянды (752 кВ) уменьшается на 26%. При этом  следует отметить, что столь значительная разница выдерживаемого  напряжения в случае перекрытых или разрушенных изоляторов характерна для расположения приспособлений, указанного на рис. 2.8,

Рис. 2.9. Влияние дефектных изоляторов на электрическую прочность промежутка провод-траверса:
1 - две гирлянды по 23 фарфоровых изолятора без дефектных изоляторов; 2-6 дефектных изоляторов у провода; 5-8 дефектных изоляторов у провода; 4 — 10 дефектных изоляторов у провода; 5-10 перекрытых, но неразрушенных изоляторов у провода; 6-8 дефектных изоляторов со стороны траверсы; 7 - К дефектных изоляторов в середине гирлянды; 4- - отсутствие перекрытий и случае применения другой технологии ремонта эта разница может значительно уменьшиться.
В табл. 2.7 приведены данные по электрической прочности гирлянд изоляторов в зависимости от количества и местоположения дефект- пых изоляторов согласно проекту публикации МЭК № 78 РГ2 Д11-03 (1986 г.).
В экспериментах использовались коммутационные импульсы с формой волны от 65/3000 до 240/3000 мкс. Представленные результаты показывают, что для коротких гирлянд (напряжение ВЛ 63 и 90 кВ) минимальное выдерживаемое напряжение получается в случае расположения дефектных изоляторов со стороны траверсы, для более длинных гирлянд (напряжение ВЛ 225—800 кВ), как это было показано и н работе канадских специалистов, наиболее неблагоприятным по условиям электрической прочности гирлянды является случай группирования дефектных изоляторов со стороны провода.
Таблица 2.7. Выдерживаемое напряжение гирлянд изоляторов при наличии дефектных изоляторов

Подобные исследования позволяют определить необходимое количество годных изоляторов для безопасного выполнения работ под напряжением при использовании того или иного технологического варианта производства работ. Для этого должны быть известны максимальные  значения коммутационных импульсов, возникновение которых возможно на месте производства работ под напряжением на линии высокого напряжения. Сравнивая выдерживаемые напряжения гирлянд с возможными коммутационными перенапряжения ми, можно определить допустимое количество дефектных изоляторов в зависимости от их местоположения в гирлянде при ремонте под напряжением.
Ниже приведены данные МЭК по допустимому количеству дефектных изоляторов в гирляндах ВЛ 150 и 225 к В в зависимости от коэффициента перенапряжения К при работах под напряжением:

Приведенные выше результаты экспериментального определения  допустимого количества дефектных изоляторов при работах под напряжением требуют проведения достаточно трудоемких исследовательских работ. Поэтому для приближенного определении допустимого количества дефектных изоляторов существуют несложные расчетные методы.
Один из методов базируется на том, что при коммутационных перенапряжениях разрядные характеристики промежутков провод—стойка опоры и провод—траверса практически совпадают, поскольку разряд в этом случае развивается не по гирлянде, а по воздуху [15]. Следовательно, при расчетах за основу могут быть приняты минимально допустимые изоляционные расстояния по воздуху от токоведущих до заземленных частей, определенные по условию коммутационных перенапряжений согласно "Правилам устройства электроустановок" (ПУЭ).
Исходя из этого условия максимально допустимое количество дефектных изоляторов может быть рассчитано по формуле

где Lr — длина гирлянды изоляторов; £доп - минимально допустимое расстояние согласно ПУЭ; Яиз — строительная высота изолятора. Результаты расчетов приведены в табл. 2.8.
При планировании работ под напряжением на линиях электропередачи следует выполнять требования по срокам замены неисправных стеклянных и фарфоровых изоляторов, выявленных при осмотрах линий [24]. В табл. 2.9 указаны сроки замены неисправных изоляторов, обнаруженных при осмотрах линий электропередачи на одноцепных опорах в районах I степени загрязненности атмосферы, а в табл. 2.10 - соответственно для II степени загрязненности атмосферы.
Следует отметить значительную разницу в допустимом количестве неисправных изоляторов для районов с I и II степенями загрязненности атмосферы. Это обстоятельство необходимо учитывать и при определении допустимого количества дефектных изоляторов при работах под напряжением в районах с III и более степенью загрязненности атмосферы.
При рассмотрении вопросов безопасности работ под напряжением при значительном количестве дефектных изоляторов возможно применение различных мер предосторожности, уменьшающих вероятность пробоя, в частности: блокировка АПВ в тех случаях, если перенапряжения от АПВ являются наибольшими; изменение технологического варианта работ и применяемых приспособлений; возможно сочетание этих мер предосторожности. За рубежом для этих целей достаточно широко применяются предохранительные разрядники различных конструкций, устанавливаемые на опорах, соседних с местом производства работ. С помощью предохранительного разрядника возможно ограничить коммутационные импульсы в месте производства работ до заранее заданного уровня.
Таблица 2.8. Допустимое количество дефектных изоляторов в гирлянде

В отношении вывода из работы АПВ на период производства ремонтов под напряжением в разных странах существует различный подход. В ГДР и Венгрии в общем случае требуется вывод АПВ на время работ под напряжением, если в соответствующих инструкциях нет других указаний.
* При появлении в гирлянде неисправного изолятора, он подлежит срочной замене.
Таблица 2.9. Сроки замены неисправных изоляторов в районах I степени загрязненности атмосферы

Примечания: 1. В числителе - для металлических (железобетонных) опор и деревянных опор с тросами, в знаменателе - для деревянных опор без тросов.   На двухцепных опорах количество дефектных изоляторов, заменяемых в течение года, на один меньше, чем указано в таблице.
Таблица 2.10. Сроки замены неисправных изоляторов в районах П степени загрязненности атмосферы

Примечания те же, что и в табл. 2.9.

Однако вывод из работы АПВ на время ремонтов под напряжением магистральных и межсистемных линий связан с подготовкой сети, уменьшением передаваемой мощности по ремонтируемой линии и в большинстве случаев ограничивает плановое проведение работ под напряжением. Перенапряжения при срабатывании АПВ, зависящие от значительного числа факторов, при определенных условиях могут оказаться и ниже допустимого значения. При этом нет необходимости выводить АПВ из работы и тем самым уменьшать надежность работы системы в целом. При рассмотрении вопроса о выводе АПВ следует учитывать также следующее. Если перекрытие изоляции в месте производства работ под напряжением произошло по изолирующему канату, то это должно привести к его перегоранию, вследствие чего повторное перекрытие по канату при срабатывании АПВ невозможно. Причина пробоя воздушного промежутка, перекрытия полимерных изоляторов или гирлянды изоляторов в течение бестоковой паузы должна самоустраниться, что исключает повторное возникновение дуги на месте работы при АПВ. Повторное возникновение тока короткого замыкания при работе АПВ не увеличивает опасность поражения шаговым напряжением электромонтеров, работающих на земле, из-за кратковременности воздействия.