Снег как фактор «загрязнения» внешней изоляции высоковольтных электроустановок

Page 1
background image

Page 2
background image

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

 


Page 3
background image

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


Page 4
background image

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


Page 5
background image

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


Page 6
background image

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

· 

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 .


Page 7
background image

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

)


Page 8
background image

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