Литературный обзор

Содержание

Введение

Номинальным напряжением изоляции оборудования электрической сети определяется его оптимальное рабочее напряжение в процессе эксплуатации. Работа сети неизбежно сопровождается постоянными колебаниями рабочего напряжения, вызванными изменениями нагрузки, схемы питания сети, числа работающих генераторов и т.п. В случае коротких замыканий, внезапных разрывов цепи, отключение нагрузки и других неблагоприятных режимов возможны большие отклонения воздействующего на изоляцию напряжения от заданного нормальным режимом значения. На напряжение промышленной частоты могут накладываться кратковременные импульсы, вызванные переходными процессами в сети или внешними воздействиями, такими, как влияние соседних цепей либо грозовые разряды. Любое превышение этих напряжений принято называть перенапряжением электрической стойкости изоляции или просто перенапряжением.

Глава 1. Литературный обзор.

1.1. Классификация перенапряжений

Перенапряжение, любое увеличение (повышение) напряжения, в какой-либо части установки или линии электропередачи, достигающее величины, опасной для состояния изоляции установки[1][2][3]. При перенапряжениях создаются тяжелые условия для работы изоляции, т.к. они могут во много раз превышать максимальное рабочее напряжение. Перенапряжение представляет также опасность для людей, находящихся во время перенапряжения в непосредственной близости от установки или линии[4].

Перенапряжения подразделяются на:

1) Внешние (грозовые)

2) Внутренние (коммутационные и квазистационарные)

К основным характеристикам перенапряжения (которые, как правило, являются случайными величинами) относят следующие:

1. Максимальное значение амплитуды напряжения при перенапряжении или кратность перенапряжений (равная отношению максимального значения перенапряжения к амплитуде наибольшего допустимого рабочего напряжения).

2. Длительность воздействия перенапряжения.

3. Форма кривой перенапряжений (апериодическая, колебательная, высокочастотная и др.).

4. Широта охвата элементов электрической цепи.

Все перечисленные характеристики имеют стохастическую природу и имеют значительный статический разброс, который обязательно учитывается при расчетах. Для изоляции высоковольтных устройств низких и средних классов напряжения (U≤220 кВ) наиболее опасными являются грозовые перенапряжения. Их изоляция выдерживает коммутационные перенапряжения любой кратности.

Для изоляции высоковольтных устройств высоких и сверхвысоких классов напряжения (U≥330 кВ) наиболее опасными являются коммутационные перенапряжения.

Поэтому на низких классах напряжения ограничивают специальными устройствами только грозовые перенапряжения, а на высоких классах принудительно ограничивают и внутренние перенапряжения[18].

1.2. Грозовые (внешние) перенапряжения и защита от них

Главную опасность в электрических установках напряжением 1 ...220 кВ представляют возникающие при грозовых разрядах атмосферные перенапряжения.

Процесс атмосферного перенапряжения упрощенно можно представить следующим образом. Нижняя часть грозового облака (обычно заряженная отрицательно) и земля образуют своего рода конденсатор с обкладками облако — земля (рис. 1). По мере накопления отрицательных зарядов облака и положительных зарядов земли растет напряженность электрического поля между ними. Когда напряженность в каком-нибудь месте достигает критического значения (25...30 кВ/см), воздух ионизируется и начинается развитие разряда с облака на землю.Рис.1.

Перед моментом разряда в проводах линии электропередачи возникает электрический ток, обусловленный притягиванием положительных зарядов с дальних участков линии к месту расположения облака. После разряда молнии электрическое поле исчезает вследствие нейтрализации зарядов облака и земли, накопившиеся в линии заряды больше не удерживаются электрическим полем и начинают растекаться к обоим концам линии. Так возникают две электромагнитные волны индуктированного перенапряжения, движущиеся по линии в противоположных направлениях со скоростью света[13].

Прямой удар молнии в линию электропередачи при этом не обязателен. Но если он происходит, то также приводит к образованию двух волн перенапряжения, идущих вдоль линии в противоположные стороны. В данной ситуации перенапряжение особенно велико, амплитуда тока молнии достигает в среднем 25 кА, а в одном случае из ста — 200 кА. Между проводами и землей возникает напряжение, определяемое по эмпирической формуле U = 100/м.

Если это напряжение превышает электрическую прочность изоляции в какой-либо точке линии или на подстанции, то происходит перекрытие изоляции, ее пробой и