230
СБОРНИК
НАУЧНО
-
ТЕХНИЧЕСКИХ
СТАТЕЙ
Снег
как
фактор
«
загрязнения
»
внешней
изоляции
высоковольтных
электроустановок
Брыкин
В
.
П
.,
АО
«
Тюменьэнерго
»
Аннотация
В
статье
на
примерах
повреждений
в
зимнее
время
изоляторов
ВЛ
110
кВ
,
элегазового
выключателя
500
кВ
и
ввода
110
кВ
предлагается
объяснение
причины
на
основе
единого
фактора
—
снежных
отложений
на
изоляции
этих
объектов
.
Снег
как
твердая
фракция
воды
,
имеющий
при
морозах
ниже
20°
С
определенную
диэлектрическую
проницаемость
,
вносит
непредвиденные
искажения
электрического
поля
,
приводящие
к
развитию
разря
-
дов
(
поверхностных
или
частичных
),
завершающихся
короткими
замыканиями
.
Совре
-
менные
конструирование
и
эксплуатация
электроустановок
не
учитывают
влияние
сухого
морозного
снега
,
что
является
до
настоящего
времени
причиной
периодических
возник
-
новений
«
необъяснимых
»
аварий
.
Ключевые
слова
:
снег
как
диэлектрик
,
внешняя
изоляция
,
искажение
электрического
поля
,
развитие
разряда
,
короткое
замыкание
Введение
.
К
вопросу
об
отложении
атмосферных
уносов
на
поверхности
изоляции
При
комиссионных
расследованиях
аварийных
отключений
ЛЭП
(
далее
речь
будет
идти
о
воздушных
линиях
напряжением
110
кВ
—
ВЛ
110
кВ
)
или
случаев
коротких
замыканий
в
от
-
крытых
распределительных
устройствах
(
ОРУ
)
подстанций
или
электростанций
с
поврежде
-
нием
высоковольтного
оборудования
всегда
требуется
выяснять
точные
и
достоверные
све
-
дения
для
определения
причин
возникновения
и
развития
инцидента
.
Между
тем
в
северных
регионах
в
зимнее
время
периодически
происходят
отключения
ВЛ
110
кВ
и
реже
—
короткие
замыкания
по
поверхности
внешней
изоляции
подстанционных
аппаратов
с
их
повреждени
-
ем
,
при
которых
расследованием
не
удается
определить
причину
события
.
Общим
исходным
признаком
такой
ситуации
для
обоих
типов
аварийных
объектов
(
ВЛ
и
ОРУ
)
всегда
являлось
231
ЭКСПЛУАТАЦИЯ
,
ТЕХНИЧЕСКОЕ
ОБСЛУЖИВАНИЕ
И
РЕМОНТЫ
то
,
что
и
гирлянды
изоляторов
,
и
изоляционные
покрышки
аппаратов
при
ясной
морозной
погоде
с
температурой
не
выше
–20°
С
были
покрыты
чистым
сухим
снегом
или
снежно
-
из
-
морозевыми
отложениями
с
различной
плотностью
набивки
их
в
оребрения
тарелок
гирлянд
или
покрышек
.
Общепринято
,
что
снежные
шапки
на
изоляции
,
независимо
от
их
объемности
,
толщи
-
ны
,
а
также
структурной
разновидности
(
пушистый
ли
снег
,
ноздреватая
изморозь
или
так
называемый
куржак
),
никогда
не
вызывали
при
морозах
подозрения
в
причастности
к
ава
-
рийным
происшествиям
.
Другое
дело
—
с
наступлением
таяния
,
когда
начинались
туманы
,
измороси
,
потом
дожди
и
росы
.
В
таких
ее
жидких
фракциях
вода
учитывается
при
создании
изоляции
ВЛ
и
внешней
изоляции
электроаппаратов
:
в
государственных
и
отраслевых
стан
-
дартах
,
например
,
в
[1],
где
есть
раздел
4.5 «
Условия
при
испытании
изоляции
под
дождем
»,
в
котором
нормирована
удельная
проводимость
воды
не
более
100
мкСм
/
см
при
+20°
С
,
а
для
прочих
, «
сухих
»
испытаний
повышенными
напряжениями
разных
видов
раздел
4.3 «
Атмос
-
ферные
условия
»
задает
абсолютную
влажность
воздуха
не
более
11
г
/
см
3.
Про
снег
в
таких
документах
и
не
упоминается
.
Приведенные
здесь
примеры
из
ГОСТ
характеризуют
учет
влияния
воды
на
работу
внеш
-
ней
изоляции
на
стадии
изготовления
электрооборудования
заводами
.
Кроме
увлажнения
как
природного
фактора
,
следует
упомянуть
отложения
на
поверхности
внешней
изоляции
почвенных
уносов
в
районах
с
распахиваемыми
земельными
угодьями
,
особенно
если
по
-
чвы
солонцеватые
,
а
также
соли
в
уносах
с
солончаков
или
испарениях
солесодержащих
водоемов
.
Еще
более
внушительно
выглядит
учет
влияния
факторов
техногенных
—
раз
-
личного
рода
загрязнений
изоляционной
поверхности
,
с
которыми
сопряжена
эксплуатация
изоляторов
и
аппаратов
в
регионах
с
промышленными
загрязнениями
атмосферы
.
В
гла
-
ве
1.9 «
Изоляция
электроустановок
»
Правил
устройства
электроустановок
[2]
в
п
. 1.9.5
раз
-
дела
«
Область
применения
.
Определения
»
вводится
показатель
,
учитывающий
влияние
загрязненности
атмосферы
на
снижение
электрической
прочности
изоляции
электроуста
-
новок
—
степень
загрязнения
(
СЗ
),
которая
задается
в
таблицах
с
1.9.3
по
1.9.18
для
самых
различных
характеристик
техногенных
источников
загрязнения
атмосферы
и
расстояний
от
них
до
электроустановки
.
Далее
в
[2]
в
п
. 1.9.7
раздела
«
Общие
требования
»
поясняется
,
что
выбор
изоляции
или
изоляционных
конструкций
производится
в
соответствии
с
СЗ
по
удель
-
ной
эффективной
длине
пути
тока
утечки
или
разрядным
характеристикам
в
загрязненном
состоянии
.
Так
или
иначе
,
идет
ли
речь
о
природных
или
промышленных
загрязнениях
,
всегда
за
-
дача
сводится
к
учету
влияния
на
снижение
изоляционных
свойств
любой
конструкции
дей
-
ствия
попадающих
на
нее
проводящих
отложений
.
Эти
загрязнения
,
угрожающие
коротки
-
ми
замыканиями
,
устраняются
выполнением
чистки
изоляции
при
снятом
напряжении
или
обмыва
под
напряжением
напорной
струей
воды
высокого
удельного
сопротивления
.
Для
повышения
стойкости
внешней
изоляции
к
загрязнениям
применяют
также
нанесение
на
нее
специальных
гидрофобных
паст
.
Подводя
итог
проведенному
здесь
противопоставлению
загрязнения
проводящими
от
-
ложениями
внешней
изоляции
электроустановок
ее
покрытию
снежно
-
изморозевыми
осад
-
ками
,
перейдем
к
рассмотрению
на
двух
совершенно
разных
объектах
аварийных
событий
,
произошедших
с
ними
в
зимнее
время
при
ясной
погоде
и
морозе
ниже
–20°
С
,
которые
дали
повод
по
-
новому
взглянуть
на
будто
бы
безвредные
,
изоляционные
свойства
снега
и
на
ос
-
новании
этого
с
определенностью
назвать
единую
причину
там
,
где
она
осталась
бы
невы
-
ясненной
.
232
СБОРНИК
НАУЧНО
-
ТЕХНИЧЕСКИХ
СТАТЕЙ
Первое
событие
Отключение
ВЛ
110
кВ
при
коротком
замыкании
поддерживающей
гирлянды
из
9
стеклянных
изоляторов
ПС
-70
Д
,
покрытых
снежным
отложением
.
Снежная
шапка
с
тарельчатых
изолято
-
ров
была
сброшена
в
результате
действия
тока
короткого
замыкания
,
след
протекания
кото
-
рого
остался
в
виде
оплавления
на
ушке
поддерживающего
зажима
,
а
также
закопченности
стекла
двух
нижних
(
у
провода
)
изоляторов
,
что
отчетливо
различимо
на
снимках
рисунков
1
а
и
1
б
.
Именно
эта
особенность
—
отсутствие
следов
на
остальной
части
гирлянды
—
навела
на
мысль
о
роли
снежного
«
загрязнения
».
Рассмотрим
рисунок
2,
воспроизводящий
известную
схему
заме
-
щения
гирлянды
изоляторов
по
рисунку
11-4
из
[3].
На
этой
схеме
:
С
= 50÷70
пФ
—
собственная
емкость
изолятора
,
С
1
= 4÷5
пФ
—
его
емкость
по
отношению
к
земле
и
С
2
= 0,5÷1
пФ
—
емкость
по
отношению
к
проводу
.
Малость
величин
С
1
и
С
2
объясняет
-
ся
малой
относительной
диэлектрической
проницаемостью
воздуха
(
возд
.
= 1)
как
единственной
изоляционной
среды
относительно
земли
(
опоры
)
и
провода
при
значительной
в
то
же
время
удаленности
боль
-
шинства
изоляторов
гирлянды
от
этих
«
электродов
»,
а
значитель
-
ная
по
сравнению
с
ними
собственная
емкость
изолятора
создается
тонким
слоем
стекла
со
средним
значением
относительной
диэлек
-
трической
проницаемости
ст
.
= 8.
Понятно
также
большое
различие
величин
С
1
и
С
2
,
обусловленное
большей
объемностью
заземленной
траверсы
опоры
по
сравнению
с
проводом
.
Влияния
каждой
из
емко
-
стей
на
распределение
напряжения
по
гирлянде
хорошо
известны
,
как
и
методы
его
регулирования
с
помощью
экранов
.
Представим
теперь
,
что
гирлянда
полностью
покрыта
снежной
шапкой
,
как
это
реально
наблюдается
на
линиях
,
особенно
на
гори
-
зонтально
расположенных
натяжных
гирляндах
,
но
будем
говорить
о
поддерживающей
гирлянде
,
поскольку
у
натяжной
чаще
возни
-
кает
одностороннее
(
верхнее
)
отложение
снега
,
а
у
поддерживаю
-
Рис
. 1.
Вид
поврежденной
коротким
замыканием
поддерживающей
гирлянды
стеклянных
изоля
-
торов
воздушной
ЛЭП
напряжением
110
кВ
:
а
)
первый
от
провода
изолятор
,
б
)
второй
от
провода
изолятор
б
)
а
)
Рис
. 2.
Электрическая
схема
замещения
гир
-
лянды
изоляторов
233
ЭКСПЛУАТАЦИЯ
,
ТЕХНИЧЕСКОЕ
ОБСЛУЖИВАНИЕ
И
РЕМОНТЫ
щей
—
вкруговую
вокруг
ее
вертикальной
оси
,
что
чаще
провоцирует
сброс
постепенно
на
-
растающей
массы
снега
при
ветровых
воздействиях
.
Лед
,
как
и
вода
,
имеет
относительную
диэлектрическую
проницаемость
л
.
= 81,
а
при
морозе
ниже
–20°
С
—
даже
84.
Аналогич
-
ная
характеристика
снега
при
столь
низких
температурах
не
определена
,
поэтому
примем
для
определенности
в
этом
первом
рассмотрении
для
последующего
оценочного
расчета
снеж
.
= 84.
Но
если
у
воды
как
жидкости
заряды
,
накапливаемые
в
процессе
ее
поляризации
,
нейтрализуются
за
счет
саморазряда
в
объеме
среды
с
ионной
проводимостью
,
и
она
учи
-
тывается
в
своих
разновидностях
(
дождь
,
роса
,
насыщенный
туман
,
изморось
и
гололедные
оттаивания
)
как
фактор
увлажнения
,
то
есть
простейшего
вида
природного
поверхностного
«
загрязнения
»
твердой
изоляции
,
то
с
замораживанием
всех
этих
жидких
фракций
картина
меняется
.
Твердые
водные
фракции
(
лед
,
снег
,
изморозь
)
приобретают
вместе
с
молекулярной
жесткостью
структуру
идеального
диэлектрика
с
соизмеримой
диэлектрической
проницае
-
мостью
,
но
с
нулевой
активной
проводимостью
.
И
тогда
получается
,
что
образование
на
гирлянде
изоляторов
снежного
покрытия
представляет
собой
совершенно
непредвиденное
вмешательство
в
изоляционную
конструкцию
постороннего
изоляционного
материала
,
не
учитывавшегося
в
конструкторских
расчетах
.
Для
варианта
полного
и
равномерного
покрытия
снегом
это
дает
,
пожалуй
,
даже
улучше
-
ние
распределения
напряжения
,
поскольку
однородная
масса
идеального
диэлектрика
под
-
нимает
уровень
емкостных
свойств
изоляторов
,
а
влияние
С
1
и
С
2
не
может
возрасти
суще
-
ственно
,
так
как
главным
изолятором
в
их
структуре
остается
воздух
с
его
возд
.
= 1.
Можно
полагать
,
что
даже
одностороннее
покрытие
гирлянды
,
но
по
всей
ее
длине
(
аналог
случаев
с
натяжны
-
ми
гирляндами
),
едва
ли
отразит
-
ся
на
распределении
напряжения
ввиду
непрерывности
снежного
слоя
вдоль
всего
пути
утечки
.
Совсем
другое
дело
,
когда
в
ре
-
зультате
неоднородного
процесса
наноса
либо
самопроизвольного
опадания
,
сброса
снежной
массы
с
части
высоты
гирлянды
возникнет
ситуация
(
рисунок
3),
в
соответ
-
ствии
с
которой
часть
изоляторов
становится
очищенной
от
снега
,
и
появляется
граница
раздела
двух
сред
с
отличающимися
величинами
относительных
диэлектрических
проницаемостей
.
Снеговое
отло
-
жение
на
верхних
7-
ми
изоляторах
представим
в
виде
макета
условной
«
трубы
»
с
размерами
D
,
d
,
H
,
при
которых
толщина
ее
стенки
будет
(
D
–
d
)/2,
а
площадь
поперечного
сечения
снежной
массы
:
Рис
. 3.
Гирлянда
изоляторов
,
частично
покрытая
сне
-
гом
,
и
ее
упрощенная
схема
замещения
234
СБОРНИК
НАУЧНО
-
ТЕХНИЧЕСКИХ
СТАТЕЙ
(
D
2
–
d
2
)
S
= ——. (1)
4
Эту
массу
диэлектрика
из
снега
примем
в
качестве
изоляции
макетного
конденсатора
емкостью
:
С
снеж
.
=
снеж
.
·
0
·
S
/
H
, (2)
где
0
= 8,85 · 10
-12
Ф
/
м
—
диэлектрическая
проницаемость
вакуума
,
а
снеж
.
= 84,
что
было
при
-
нято
ранее
.
В
примененной
здесь
формуле
для
плоского
конденсатора
условно
подразумевается
на
-
личие
у
него
плоских
электродов
по
торцам
снеговой
«
трубы
»,
разнесенных
на
расстояние
H
.
Реальная
картина
,
конечно
,
сложнее
.
Например
,
с
пренебрежением
влиянием
снежной
массы
между
внутренней
поверхностью
«
трубы
»
и
изоляторами
,
то
есть
в
пространстве
с
ра
-
диусом
меньше
d
/2,
снижается
эффект
повышения
напряжения
на
очистившихся
от
снега
изоляторах
,
то
есть
рассмотрение
ведется
с
некоторым
запасом
,
хотя
наличие
стеклянных
тарелок
с
их
ст
.
= 8 (<
снеж
.
= 84),
многократно
(5
раз
на
рисунке
3)
перекрывающих
снеговой
диэлектрик
подобно
брандмауэрам
,
частично
нейтрализует
этот
отброшенный
учет
приро
-
ста
емкости
и
связанное
с
ним
перераспределение
напряжения
по
изоляторам
гирлянды
.
На
самом
деле
эта
неучтенная
здесь
масса
снега
тоже
как
-
то
участвует
в
процессах
поляризации
и
играет
определенную
роль
в
формировании
поверхностной
емкости
,
которой
будет
уделено
внимание
в
разделе
о
втором
событии
.
В
принятом
здесь
случае
двух
очистившихся
от
снега
изоляторов
учтена
исходная
ин
-
формация
об
оплавлении
током
короткого
замыкания
как
раз
двух
нижних
изоляторов
,
паде
-
ние
напряжения
на
которых
U
чист
.
как
доля
рабочего
фазного
напряжения
линии
U
ф
подлежит
здесь
далее
последующей
оценке
.
Этому
соответствует
упрощенная
схема
замещения
на
том
же
рисунке
3.
Ввиду
равенства
собственных
емкостей
С
каждого
изолятора
и
однород
-
ности
отложения
по
высоте
гирлянды
на
участке
,
покрытом
снегом
,
можно
условно
считать
этот
участок
одним
(
первым
)
плечом
емкостного
делителя
,
другое
(
второе
)
плечо
которого
образовано
очистившимися
от
снега
двумя
нижними
изоляторами
.
Обозначим
емкости
этих
плеч
С
пл
-1
и
С
пл
-2
.
Считая
,
что
однородное
снежное
покрытие
увеличивает
результирующую
собственную
емкость
семи
изоляторов
1-
го
плеча
,
равную
С
/7,
на
некоторую
величину
С
снеж
.
,
так
что
С
пл
-1
=
С
/7 +
С
снеж
.
,
определим
по
известному
соотношению
долю
фазного
напряжения
,
которая
придется
на
два
чистых
изолятора
с
их
общей
емкостью
С
пл
-2
=
С
/2:
U
чист
.
/
U
ф
=
0
пл
-1
/ (
С
пл
-1
+
С
пл
-2
) = (
С
/7 +
С
снеж
.
) / (
С
/7 +
С
снеж
.
+
С
/2). (3)
Примем
численные
значения
для
расчета
и
выполним
его
.
При
строительной
высоте
изолятора
— 140
мм
Н
= 7· 0,14
м
= 0,98
м
.
При
диаметре
стеклянной
тарелки
d
= 0,23
м
и
принимаемой
толщине
снежного
наноса
на
одну
сторону
5
см
(
бывает
и
больше
)
имеем
:
D
= 0,23 + 2
· 0,05 = 0,33
м
.
По
(1)
S
=
(
D
2
–
d
2
) / 4 = 3,14 ( 0,332 – 0,232) / 4 = 0,044
м
2
.
По
(2)
С
снеж
.
=
снеж
.
·
0
·
S
/
Н
= 84
· 8,85
· 10
-12
· 0,044 / 0,98 = 33,4
· 10
-12
Ф
,
или
33,4
пФ
.
Теперь
,
принимая
по
минимуму
емкость
одного
изолятора
С
= 50
пФ
и
подставляя
все
известные
величины
в
(3),
получим
:
U
чист
.
/
U
ф
= (50 / 7 + 33,4) / ( (50 / 7 + 33,4 + 50 / 2) = 0,62 .
235
ЭКСПЛУАТАЦИЯ
,
ТЕХНИЧЕСКОЕ
ОБСЛУЖИВАНИЕ
И
РЕМОНТЫ
Получается
,
что
вмешательство
снега
приводит
к
напряжению
на
двух
первых
от
провода
изоляторах
в
62%
от
фазного
.
При
таком
перегрузе
,
не
отвлекаясь
на
выяснение
еще
и
распре
-
деления
его
между
двумя
изоляторами
,
тоже
неравномерного
,
можно
ждать
сильного
корони
-
рования
с
переходом
в
стримерную
стадию
разряда
.
За
счет
больших
емкости
снега
и
,
соот
-
ветственно
,
тока
смещения
,
плотность
тока
в
канале
разряда
может
повыситься
настолько
,
что
достаточно
интенсивными
будут
как
термические
воздействия
канала
(
здесь
,
например
,
опас
-
ное
подтаивание
снега
),
так
и
скорость
прорастания
,
завершающегося
коротким
замыканием
.
Ретроспективное
переосмысление
издавна
случавшихся
и
ранее
подобных
«
необъясни
-
мых
»
зимних
отключений
ВЛ
110 (
и
даже
220)
кВ
дает
основание
считать
причиной
именно
такой
механизм
возникновения
и
развития
перекрытий
,
происходящих
при
самопроизвольном
сбросе
снежно
-
изморозевых
отложений
с
части
гирлянды
и
последующем
ускоренном
раз
-
витии
скользящих
разрядов
под
остающейся
снежной
шубой
вплоть
до
короткого
замыкания
.
Второе
событие
Отказ
в
отключении
полюса
(
фазы
)
элегазового
выключателя
500
кВ
воздушной
ЛЭП
с
разру
-
шением
одной
из
двух
гасительных
камер
(
ГК
)
полюса
.
На
фото
(
рисунок
4)
видны
последствия
разрушения
—
отсутствие
фарфоровой
покрышки
,
осколки
которой
разбросаны
взрывом
,
ого
-
лившийся
контакт
ГК
и
обвисший
на
одном
креплении
шунтирующий
конденсатор
(
ШК
),
покрыш
-
ка
которого
побита
разлетавшимися
осколками
.
Два
ШК
на
каждый
полюс
емкостью
по
1600
пФ
предназначены
для
распределения
поровну
между
полуполюсами
восстанавливающегося
на
-
пряжения
между
расходящимися
контактами
при
каждом
отключении
.
Этот
отказ
произошел
при
рабочей
операции
отключения
выключателя
от
руки
дежурным
подстанции
в
порядке
режимного
перевода
нагрузки
с
ВЛ
500
кВ
.
При
длине
линии
порядка
150
км
не
может
быть
речи
о
каких
-
то
нерасчетных
перенапряжениях
при
этой
коммутации
,
неоднократно
производив
-
шейся
и
ранее
по
мере
необходимости
.
Вне
подозрения
также
и
качество
налад
-
ки
,
ответственной
за
предотвращение
разновременности
размыкания
контак
-
тов
полуполюсов
.
Вопрос
,
почему
произошло
разру
-
шение
,
мог
бы
остаться
без
ответа
,
если
бы
не
зловещая
картина
на
зад
-
нем
плане
кадра
снежных
отложений
на
фарфоровых
покрышках
обеих
ГК
соседней
фазы
того
же
выключателя
.
Здесь
время
сказать
,
что
эта
подстан
-
ция
магистральных
электрических
се
-
тей
расположена
в
той
же
местности
,
что
и
рассмотренная
ранее
ВЛ
110
кВ
,
и
второе
событие
произошло
при
ана
-
логичных
погодных
условиях
(
безве
-
тренно
,
ясно
,
мороз
ниже
–20°
С
)
через
месяц
с
небольшим
после
первого
.
Эта
подробность
показывает
,
что
в
усло
-
Рис
. 4.
Вид
на
два
полюса
элегазового
выключателя
500
кВ
,
один
их
которых
повредился
при
коммутации
(
на
гасительных
камерах
уцелевшего
полюса
видны
снеговые
отложения
)
236
СБОРНИК
НАУЧНО
-
ТЕХНИЧЕСКИХ
СТАТЕЙ
виях
Севера
,
когда
зима
длится
по
полгода
,
вероятность
возникновения
условий
для
отложений
на
высоко
-
вольтной
изоляции
немалая
.
Как
видно
на
фотоснимке
,
отложе
-
ния
неоднородны
по
длине
камерных
покрышек
,
шунтируя
их
на
значитель
-
ных
участках
длины
.
Такое
впечатле
-
ние
может
дополнить
рассмотрение
неповредившегося
полюса
выключа
-
теля
в
другом
ракурсе
и
после
частич
-
ного
опадания
снежных
отложений
с
его
фарфоровых
покрышек
(
рисунок
5).
На
этом
снимке
различимы
две
подробности
.
Первая
—
малый
просвет
между
параллельными
ГК
и
ШК
,
что
способствует
задержанию
снежных
отложений
,
когда
они
сначала
нарастают
на
той
и
другой
покрышках
,
а
затем
могут
сомкнуться
в
единое
целое
.
Наличие
этого
просвета
как
конструкторское
решение
наверняка
не
предполагало
случайных
возможностей
перемыкания
его
если
и
не
проводящими
перемычками
,
то
хотя
бы
средой
с
высшими
на
порядок
диэлектрическими
свойствами
типа
морозно
-
сухого
снега
.
Эта
неожиданность
—
не
такая
безобидная
,
если
учесть
,
что
еще
и
равномерному
распре
-
делению
напряжения
внутри
ШК
по
цепочке
множества
рулонных
секций
с
калиброванной
емко
-
стью
противопоставляется
принудительное
распределение
на
поверхности
фарфора
,
обуслов
-
ленное
хаотическими
снежными
отложениями
,
и
несовпадение
этих
распределений
порождает
нерасчетные
поперечные
(
нормальные
)
составляющие
напряженности
электрического
поля
.
Вторая
—
наличие
снежных
отложений
на
всех
четырех
покрышках
вдоль
полуполюсов
.
Понятно
,
что
рассмотрение
процесса
искажения
снегом
расчетных
распределений
на
-
пряжения
по
внешней
продольной
изоляции
выключателя
не
может
вестись
так
же
упро
-
щенно
,
как
это
было
сделано
для
гирлянды
изоляторов
.
Хотя
длительно
нормально
отклю
-
ченный
по
режиму
выключатель
,
благодаря
ШК
,
имеет
на
каждом
из
разрывов
полюса
по
половине
рабочего
фазного
напряжения
и
,
таким
образом
,
на
первый
взгляд
,
в
отношении
статичности
состояния
подобен
той
же
гирлянде
изоляторов
,
но
по
существу
для
него
харак
-
терны
совершенно
специфические
отличия
.
Во
-
первых
,
его
ребристая
внешняя
изоляция
шунтирована
внутренней
гладкой
изоляцией
цилиндров
ГК
,
что
заставляет
вспомнить
о
таком
специфическом
понятии
,
как
удельная
по
-
верхностная
емкость
,
играющая
большую
роль
в
развитии
разрядов
по
поверхности
,
а
отсут
-
ствие
гальванических
связей
между
двумя
разными
наружными
поверхностями
—
покрышки
полуполюса
и
внутреннего
изоляционного
цилиндра
,
в
котором
находится
контактная
систе
-
ма
, —
при
независимом
распределении
напряжения
вдоль
этих
поверхностей
порождает
по
-
перечные
(
нормальные
)
составляющие
напряженности
электрического
поля
так
же
и
с
теми
же
последствиями
,
как
уже
было
отмечено
выше
в
первом
комментарии
к
рисунку
5.
Во
-
вторых
,
в
целом
ряде
схем
,
где
применяется
выключатель
,
его
отключение
сопро
-
вождается
возникновением
высокочастотных
восстанавливающихся
напряжений
(
да
-
лее
—
ВН
).
Например
,
при
неудаленных
коротких
замыканиях
на
воздушных
ЛЭП
или
в
схе
-
ме
блоков
«
генератор
-
трансформатор
»
на
электростанциях
,
или
в
других
подобных
случаях
.
Эти
ВН
должны
были
бы
,
благодаря
наличию
ШК
,
делиться
поровну
между
полуполюсами
,
предотвращая
пробой
между
контактами
,
но
вмешательство
такого
неожиданного
фактора
,
как
снежно
-
изморозевые
отложения
,
искажает
расчетно
-
ожидаемые
картины
распределе
-
Рис
. 5.
Вид
полюса
В
-500
кВ
с
отложениями
снега
237
ЭКСПЛУАТАЦИЯ
,
ТЕХНИЧЕСКОЕ
ОБСЛУЖИВАНИЕ
И
РЕМОНТЫ
ний
ВН
,
приводя
в
конечном
счете
к
перекрытиям
и
полному
пробою
;
тот
факт
,
что
про
-
бой
между
расходящимися
контактами
выключателя
при
его
отключении
,
завершившийся
взрывом
,
успел
произойти
в
десятые
доли
секунды
под
действием
высокочастотного
ВН
,
свидетельствует
о
значительном
искажении
подготовленных
снегом
начальных
условий
не
-
равномерного
распределения
,
которые
до
времени
(
то
есть
пока
В
-500
был
включен
)
никак
не
проявляли
себя
,
но
немедленно
обусловили
нерасчетный
и
быстротекущий
аварийный
процесс
развития
каскадного
пробоя
с
первого
момента
процесса
отключения
.
Здесь
следует
отметить
,
что
у
всего
набора
твердых
диэлектриков
,
применяемых
в
изо
-
ляционных
материалах
выключателя
(
фарфор
,
эпоксиды
и
полимеры
),
сохраняется
порядок
диэлектрической
проницаемости
(
от
5
до
12),
соизмеримый
с
тем
,
что
был
у
стекла
в
рассмо
-
тренном
ранее
случае
с
гирляндой
изоляторов
.
Возвращаясь
теперь
к
признанию
о
недостаточности
применения
упрощенного
подхода
к
случаю
с
выключателем
,
обратимся
к
той
классической
трактовке
развития
скользящего
разряда
,
которую
представляет
собой
так
называемый
искровой
закон
Теплера
.
Он
в
[3]
из
формулы
(7–2)
на
странице
80
может
быть
выражен
как
зависимость
напряжения
U
р
м
,
вызы
-
вающего
разряд
по
поверхности
твердого
диэлектрика
,
от
длины
искрового
канала
,
удель
-
ной
поверхностной
емкости
и
скорости
изменения
во
времени
этого
напряжения
:
l
u
U
р
м
=
(
——
)
1/5
, (4)
С
2
пов
(
du
/
dt
)
1/4
где
U
р
м
—
амплитудное
значение
разрядного
напряжения
,
кВ
м
;
l
u
—
длина
искры
(
искро
-
вого
развивающегося
канала
поверхностного
разряда
),
равная
при
состоявшемся
полном
перекрытии
изоляции
расстоянию
между
электродами
по
поверхности
диэлектрика
,
см
;
du
/
dt
—
максимальная
скорость
изменения
приложенного
напряжения
,
кВ
м
/
мкс
;
С
пов
—
удельная
поверхностная
емкость
,
Ф
/
см
2
; —
эмпирический
коэффициент
,
определяемый
в
конкретном
опыте
для
каждого
вида
напряжения
(
переменного
или
импульсного
той
или
иной
полярности
).
Для
(+)
импульсов
он
равен
39· 10
15
,
а
для
(–)
импульсов
33· 10
15
.
Предпринимать
здесь
попытки
вычислений
невозможно
по
ряду
причин
.
В
частности
,
и
это
немаловажно
,
неизвестна
С
пов
,
которая
представляет
собой
емкость
между
поверхностным
разрядом
,
развивающимся
с
одного
из
электродов
,
и
другим
электродом
,
к
которому
продвига
-
ется
канал
разряда
,
отнесенная
к
единице
поверхности
,
по
которой
развивается
разряд
.
Если
l
u
еще
можно
принять
как
длину
пути
тока
утечки
,
то
du
/
dt
в
каждом
случае
зависит
от
вида
на
-
пряжения
.
Например
,
при
синусоидальном
напряжении
скорость
его
изменения
будет
2
f U
р
м
,
но
понятно
,
что
гораздо
труднее
определить
ее
как
крутизну
кривой
восстанавливающегося
напряжения
,
непрерывно
меняющегося
в
процессе
гашения
тока
отключения
.
В
рамках
этого
рассмотрения
невозможно
дать
количественную
оценку
влияния
снежных
от
-
ложений
в
случае
с
повреждением
выключателя
.
Так
,
если
по
схеме
на
момент
события
и
харак
-
теру
нагрузки
по
линии
еще
можно
было
бы
задаться
приближенной
скоростью
восстановления
напряжения
на
контактах
,
то
труднее
представляется
принятие
правильной
модели
того
конден
-
сатора
,
который
имеет
поверхностную
емкость
в
условиях
развития
разряда
внутри
ГК
,
снару
-
жи
покрытой
неравномерными
отложениями
снега
.
Из
формулы
(4)
видно
,
что
увеличение
С
пов
и
du
/
dt
в
знаменателе
понижает
разрядное
напряжение
.
Конечно
,
случай
выключателя
принци
-
пиально
отличается
от
случая
гирлянды
как
более
высоким
порядком
скорости
восстановления
напряжения
,
так
и
,
вероятно
,
более
действенным
влиянием
сложной
конструкции
полуполюсов
на
прирост
поверхностной
емкости
за
счет
снежно
-
изморозевых
отложений
,
чем
это
происходит
у
гирлянды
изоляторов
.
238
СБОРНИК
НАУЧНО
-
ТЕХНИЧЕСКИХ
СТАТЕЙ
По
случайному
стече
-
нию
обстоятельств
,
когда
завершился
в
первом
рас
-
смотрении
этой
темы
раз
-
бор
двух
аварийных
случа
-
ев
,
неожиданно
поступили
результаты
обследования
с
помощью
тепловизора
линейных
вводов
110
кВ
с
полимерной
изоляци
-
ей
,
обильно
занесенных
снегом
,
что
представлено
совмещением
натурных
снимков
и
термограмм
на
рисунке
6.
Если
два
предыдущих
события
(
короткое
замы
-
кание
гирлянды
и
взрыв
выключателя
)
представ
-
ляли
собой
итог
проте
-
кания
неких
процессов
,
физика
и
механизм
развития
которых
были
предметом
обсуждения
и
носили
предположитель
-
ный
характер
,
то
на
этих
снимках
оператором
зафиксировано
рабочее
состояние
аппаратов
с
односторонними
и
не
однородными
по
высоте
вводов
снежными
отложениями
.
Эти
вводы
были
установлены
в
ЗРУ
-110
кВ
взамен
тех
полимерных
вводов
с
RIP —
изоляцией
типа
ГКЛП
-
III-90-126/2000
О
1,
которые
были
демонтированы
с
этого
присоединения
по
причине
возник
-
новения
у
них
повреждений
специфического
характера
.
Эти
повреждения
в
виде
прорезей
,
вырывов
(
или
проплавлений
?)
в
мягких
ребрах
полимерных
покрышек
отчетливо
видны
на
фото
вводов
(
рисунок
7),
занесенных
в
помещение
для
проведения
обследования
.
Характер
поврежде
-
ний
вводов
на
рисунке
7
с
самого
начала
вызывал
недоумение
у
представи
-
телей
как
эксплуатации
,
так
и
завода
-
изготовите
-
ля
,
не
приводя
ни
к
ка
-
кому
правдоподобному
объяснению
.
Но
теперь
,
при
сопоставлении
на
-
турной
съемки
с
термо
-
граммами
(
на
рисунке
6),
можно
предполагать
,
что
вовремя
замечен
-
ный
и
остановленный
процесс
развития
при
-
чудливых
разрушений
Рис
. 6.
Результат
тепловизионного
обследования
линейных
вводов
110
кВ
с
полимерной
изоляцией
,
покрытых
снежными
отложениями
Рис
. 7.
Вид
«
необъяснимых
»
повреждений
линейного
ввода
110
кВ
с
полимерной
внешней
изоляцией
239
ЭКСПЛУАТАЦИЯ
,
ТЕХНИЧЕСКОЕ
ОБСЛУЖИВАНИЕ
И
РЕМОНТЫ
покрышек
обусловлен
интенсивными
снежными
отложениями
,
искажающими
расчетные
напряженности
электрического
поля
во
вводах
как
симметричных
цилиндрических
конден
-
саторах
,
и
этот
процесс
мог
завершиться
коротким
замыканием
—
тогда
первые
два
события
в
настоящем
рассмотрении
дополнились
бы
третьим
,
распространяющим
сферу
влияния
снежного
фактора
еще
и
на
этот
вид
высоковольтного
оборудования
.
Ввод
сочетает
в
себе
признаки
и
гирлянды
(
ребристость
покрышки
),
и
выключателя
(
имея
внутри
гладкий
изоляционный
остов
,
подобный
цилиндрам
гасительных
камер
),
но
участие
поверхностной
емкости
и
скорости
изменения
рабочего
напряжения
в
формировании
раз
-
рядов
в
нем
,
конечно
,
иное
,
чем
в
полюсах
выключателей
,
где
происходят
коммутационные
переходные
процессы
.
Но
обходя
эти
проблемы
,
следует
прежде
всего
с
определенностью
принять
,
что
естественной
мерой
защиты
против
таких
явлений
должно
стать
предотвраще
-
ние
снежных
отложений
на
изоляции
.
Выводы
1.
Морозно
-
сухие
снежно
-
изморозевые
отложения
при
накоплении
на
поверхности
внеш
-
ней
изоляции
высоковольтных
электроустановок
способны
вносить
в
работу
ЛЭП
и
под
-
станционных
аппаратов
искажения
расчетных
электрических
полей
,
угрожающие
пере
-
крытиями
изоляции
подобно
тому
,
как
это
происходит
вследствие
проводящих
отложений
в
районах
с
загрязненной
атмосферой
.
2.
Придание
внешней
изоляции
ребристости
для
увеличения
длины
пути
тока
утечки
с
це
-
лью
повышения
надежности
ее
работы
в
условиях
загрязнения
атмосферы
повышает
опасность
накопления
снежно
-
изморозевых
отложений
.
3.
При
эксплуатации
электроустановок
целесообразно
установление
контроля
за
процес
-
сом
образования
снежно
-
изморозевых
отложений
с
целью
предупреждения
неожидан
-
ных
аварийных
коротких
замыканий
(
например
,
как
минимум
на
подстанциях
необходимо
проведение
превентивных
чисток
внешней
изоляции
от
снега
).
4.
Необходимо
рассмотреть
целесообразность
создания
для
обширных
территориальных
регионов
Севера
,
в
которых
продолжителен
зимний
период
и
нет
загрязнения
атмосфе
-
ры
(1-
я
степень
загрязнения
,
как
в
электрических
сетях
АО
«
Тюменьэнерго
»)
специально
-
го
типа
внешней
изоляции
,
которая
при
наличии
необходимых
уровней
мокроразрядного
напряжения
не
обладала
бы
способностью
накапливать
и
удерживать
снежно
-
изморо
-
зевые
отложения
,
как
это
свойственно
существующим
типам
всевозможных
изоляторов
с
высокой
степенью
ребристости
.
5.
При
«
необъяснимых
»
отключениях
ВЛ
110
кВ
(
возможно
и
ВЛ
220
кВ
)
в
зимнее
время
сле
-
дует
учитывать
фактор
возможного
влияния
снежно
-
изморозевых
отложений
на
гирляндах
изоляторов
или
полимерах
в
соответствии
с
версией
,
изложенной
в
настоящей
статье
.
6.
Персоналу
энергетических
предприятий
в
регионах
с
продолжительной
зимой
следует
планировать
организацию
наблюдения
за
ростом
снеговых
отложений
на
внешней
высо
-
ковольтной
изоляции
подстанционного
оборудования
и
производить
выборочный
тепло
-
визионный
контроль
для
своевременного
выявления
опасных
участков
.
ЛИТЕРАТУРА
1.
ГОСТ
Р
55194-2012.
Электрооборудование
и
электроустановки
переменного
тока
на
на
-
пряжение
от
1
до
750
кВ
.
Общие
методы
ис
-
пытаний
электрической
прочности
изоляции
.
М
.:
Стандартинформ
, 2015. 54
с
.
2.
Правила
устройства
электроустановок
.
Глава
1.9 (
издания
6-
е
и
7-
е
,
все
действующие
раз
-
делы
ПУЭ
-6
и
ПУЭ
-7).
Новосибирск
:
Сиб
.
Унив
.
изд
-
во
, 2008.
3.
Техника
высоких
напряжений
.
Под
общей
ре
-
дакцией
Д
.
В
.
Разевига
.
М
.:
ГЭИ
, 1963. 473
с
.
Оригинал статьи: Снег как фактор «загрязнения» внешней изоляции высоковольтных электроустановок
В статье на примерах повреждений в зимнее время изоляторов ВЛ 110 кВ, элегазового выключателя 500 кВ и ввода 110 кВ предлагается объяснение причины на основе единого фактора — снежных отложений на изоляции этих объектов. Снег как твердая фракция воды, имеющий при морозах ниже 20°С определенную диэлектрическую проницаемость, вносит непредвиденные искажения электрического поля, приводящие к развитию разрядов (поверхностных или частичных), завершающихся короткими замыканиями. Современные конструирование и эксплуатация электроустановок не учитывают влияние сухого морозного снега, что является до настоящего времени причиной периодических возникновений «необъяснимых» аварий.
