39
Валерий
БРЫКИН
,
начальник
сектора
диагностики
элек
-
тр
отехнической
службы
Департамента
эксплуатации
и
ремонта
АО
«
Тюменьэнерго
»
Снег
как
фактор
загрязнения
внешней
изоляции
высоковольтных
электроустановок
П
ри
комиссионных
расследованиях
аварийных
отключений
ЛЭП
(
далее
речь
будет
идти
о
воз
-
душных
линиях
напряжением
110
кВ
)
или
случаев
коротких
замыканий
в
открытых
распределитель
-
ных
устройствах
(
ОРУ
)
подстанций
или
электростанций
с
повреждением
высоковольтного
оборудования
всегда
требуется
выяснять
точные
и
достоверные
сведения
для
разделов
Акта
,
относящихся
к
определению
причин
воз
-
никновения
и
развития
инцидента
,
а
также
виновников
.
До
недавнего
времени
,
пока
не
обострилась
проблема
материальной
ответственности
за
ущерб
,
допускались
формулировки
типа
«
причина
не
установлена
»
с
соот
-
ветствующим
отсутствием
виновников
.
И
дело
бывало
не
в
недостаточной
компетентности
специалистов
из
комис
-
сии
или
в
невозможности
связать
в
единое
целое
совокуп
-
ность
недостатков
схемы
,
несовершенства
оборудования
и
возможных
ошибок
персонала
,
а
просто
удивительным
образом
действительно
в
иных
случаях
не
удавалось
най
-
ти
ничего
правдоподобного
.
Именно
так
выглядели
типичные
,
в
силу
их
эпизодиче
-
ской
повторяемости
из
года
в
год
,
зимние
отключения
ВЛ
110
кВ
от
действия
устройств
релейной
защиты
с
видимыми
(
обнаруживаемыми
при
последующих
осмотрах
)
поврежде
-
ниями
изоляции
и
,
естественно
,
нарушением
электроснаб
-
жения
ответственных
потребителей
.
Речь
идет
об
отключе
-
ниях
в
безветренные
,
ясные
и
морозные
зимние
периоды
с
температурой
окружающего
воздуха
не
выше
–20°
С
.
Реже
,
но
тоже
случались
,
аналогичные
короткие
замыкания
по
по
-
верхности
внешней
изоляции
подстанционных
аппаратов
с
их
повреждением
(
например
,
наиболее
одиозный
слу
-
чай
—
трансформатора
тока
220
кВ
).
Общим
исходным
признаком
ситуации
для
обоих
типов
аварийных
объектов
(
на
ВЛ
и
ОРУ
)
всегда
являлось
то
,
что
как
гирлянды
изоляторов
,
так
и
изоляционные
покрышки
ап
-
паратов
были
покрыты
чистым
сухим
снегом
или
снежно
-
из
-
морозевыми
отложениями
с
различной
плотностью
набивки
их
в
оребрения
тарелок
гирлянд
или
покрышек
.
Общепри
-
нято
,
что
снежные
шапки
на
изоляции
,
независимо
от
их
объемности
,
толщины
,
а
также
структурной
разновидности
(
пушистый
ли
снег
,
ноздреватая
изморозь
или
так
называ
-
емый
«
куржак
»)
никогда
не
вызывали
при
морозах
подо
-
зрения
в
причастности
к
аварийным
происшествиям
.
Другое
дело
—
с
наступлением
таяния
,
когда
начинались
туманы
,
измороси
,
потом
дожди
и
росы
.
В
таких
жидких
фракциях
вода
учитывается
при
создании
изоляции
ВЛ
и
внешней
изоляции
электроаппаратов
в
государственных
и
отрасле
-
вых
стандартах
,
например
,
в
[1]
есть
раздел
4.5 «
Условия
при
испытании
изоляции
под
дождем
»,
в
котором
нормиро
-
вана
удельная
проводимость
воды
не
более
100
мкСим
/
см
при
+20°
С
,
а
для
прочих
, «
сухих
»
испытаний
повышенными
напряжениями
разных
видов
раздел
4.3 «
Атмосферные
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
внешней
изоляции
на
стадии
изго
-
товления
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
внуши
-
тельно
выглядит
учет
влияния
факторов
техногенных
—
раз
-
40
Ежеквартальный
спецвыпуск
№
1(4),
март
2017
Рис
. 1.
Вид
поврежденной
коротким
замыканием
поддерживающей
гирлянды
стеклянных
изоляторов
воздушной
ЛЭП
напряжением
110
кВ
:
а
)
первый
от
провода
изолятор
,
б
)
второй
от
провода
изолятор
Рис
. 2.
Электрическая
схема
замещения
гирлянды
изоляторов
личного
рода
загрязнений
изоляционной
поверхности
,
с
ко
-
торыми
сопряжена
эксплуатация
изоляторов
и
аппаратов
в
регионах
с
промышленными
загрязнениями
атмосферы
.
Много
десятилетий
переиздавались
«
Руководящие
указания
по
выбору
изоляции
»,
нашедшие
ныне
свое
воплощение
в
главе
1.9 [2] «
Изоляция
электроустановок
».
Уже
в
разделе
«
Область
применения
.
Определения
»
этого
нормативно
-
тех
-
нического
документа
,
в
п
. 1.9.5
вводится
показатель
,
учиты
-
вающий
влияние
загрязненности
атмосферы
на
снижение
электрической
прочности
изоляции
электроустановок
—
сте
-
пень
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
тре
-
бования
»
поясняется
,
что
выбор
изоляции
или
изоляционных
конструкций
производится
в
соответствии
с
СЗ
по
удельной
эффективной
длине
пути
тока
утечки
или
разрядным
характе
-
ристикам
в
загрязненном
состоянии
.
Так
или
иначе
,
идет
ли
речь
о
природных
или
промыш
-
ленных
загрязнениях
,
все
в
работе
по
[2]
сводится
к
тому
,
чтобы
учесть
влияние
на
снижение
изоляционных
свойств
любой
конструкции
действия
попадающих
на
неё
проводя
-
щих
отложений
.
Близость
от
энергообъектов
металлургиче
-
ских
,
химических
,
строительных
и
других
предприятий
не
-
редко
бывает
,
несмотря
на
изначально
правильный
выбор
степени
усиления
изоляции
,
соответствующей
степени
за
-
грязнения
атмосферы
любым
из
этих
производств
,
настоль
-
ко
проблематичной
,
что
персонал
электроцехов
и
служб
вынужден
периодически
направляться
руководством
на
вне
-
очередные
авральные
чистки
изоляции
от
быстро
накапли
-
вающихся
и
трудно
удаляемых
загрязнений
,
а
в
некоторых
случаях
даже
на
обмыв
под
напряжением
напорной
струей
воды
высокого
удельного
сопротивления
во
избежание
воз
-
никновения
аварийных
коротких
замыканий
.
Для
повышения
стойкости
внешней
изоляции
к
загрязнениям
применяют
так
-
же
нанесение
на
нее
специальных
гидрофобных
паст
.
Подводя
итог
такому
несколько
затянувшемуся
проти
-
вопоставлению
загрязнения
проводящими
отложениями
внешней
изоляции
электроустановок
ее
покрытию
снежно
-
изморозевыми
осадками
,
перейдем
к
рассмотрению
на
двух
совершенно
разных
объектах
аварийных
событий
,
произо
-
шедших
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
невыясненной
.
ПЕРВОЕ
СОБЫТИЕ
Отключение
ВЛ
110
кВ
при
коротком
замыкании
поддер
-
живающей
гирлянды
из
9-
ти
стеклянных
изоляторов
ПС
-70
Д
,
покрытых
снежным
отложением
.
Снежная
шапка
с
тарельча
-
тых
изоляторов
была
сброшена
в
результате
действия
тока
короткого
замыкания
,
след
протека
-
ния
которого
остался
в
виде
оплав
-
ления
на
ушке
поддерживающего
за
-
жима
,
а
также
закопченности
стекла
двух
нижних
(
у
провода
)
изоляторов
,
что
отчетливо
различимо
на
снимках
рисунка
1.
Именно
эта
особенность
—
отсутствие
следов
на
остальной
части
гирлянды
—
навела
на
мысль
о
роли
снежного
загрязнения
.
Рассмотрим
рисунок
2,
воспроиз
-
водящий
известную
схему
замеще
-
ния
гирлянды
изоляторов
по
рисун
-
ку
11-4
из
[3].
На
этой
схеме
C
= 50÷70
пФ
—
собственная
емкость
изолятора
,
C
1
= 4÷5
пФ
—
его
емкость
по
отно
-
б
)
а
)
Рацпредложения
41
Совсем
другое
дело
,
когда
в
результате
неоднородного
процесса
наноса
либо
самопроизвольного
опадания
,
сброса
снежной
массы
с
части
высоты
гирлянды
возникнет
ситуа
-
ция
(
рисунок
3),
в
соответствии
с
которой
часть
изоляторов
становится
очищенной
от
снега
,
и
появляется
граница
раз
-
дела
двух
сред
с
отличающимися
более
чем
на
порядок
ве
-
личинами
относительных
диэлектрических
проницаемостей
(8
и
84).
Снеговое
отложение
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
(
D
2
–
d
2
)
S
=
—. (1)
4
Эту
массу
диэлектрика
из
снега
примем
в
качестве
изо
-
ляции
макетного
конденсатора
емкостью
:
C
снеж
.
=
снеж
.
·
0
·
S
/
H
, (2)
где
0
= 8,85· 10
-12
Ф
/
м
—
диэлектрическая
проницаемость
вакуума
,
а
снеж
.
= 84,
что
было
оговорено
ранее
.
В
примененной
здесь
формуле
для
плоского
конден
-
сатора
условно
подразумевается
наличие
у
него
плоских
электродов
по
торцам
снеговой
«
трубы
»,
разнесенных
на
расстояние
H
.
Реальная
картина
,
конечно
,
сложнее
.
Например
,
с
пре
-
небрежением
влиянием
снежной
массы
между
внутренней
поверхностью
«
трубы
»
и
изоляторами
,
то
есть
в
простран
-
стве
с
радиусом
меньше
d
/2,
снижается
эффект
повыше
-
ния
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
нейтрализу
-
ет
этот
отброшенный
учет
прироста
емкости
и
связанное
с
ним
перераспределение
напряжения
по
изоляторам
гир
-
лянды
.
Рис
. 3.
Гирлянда
изоляторов
,
частично
по
-
крытая
снегом
,
и
ее
упрощенная
схема
замещения
шению
к
земле
и
C
2
= 0,5÷1
пФ
—
емкость
по
отношению
к
проводу
.
Малость
величин
C
1
и
C
2
объясняется
малой
относительной
диэлектрической
проницаемостью
воздуха
(
возд
.
= 1)
как
единственной
изоляционной
среды
относи
-
тельно
земли
(
опоры
)
и
провода
при
значительной
в
то
же
время
удаленности
большинства
изоляторов
гирлянды
от
этих
«
электродов
»,
а
значительная
по
сравнению
с
ними
собственная
емкость
изолятора
создается
тонким
слоем
стекла
со
средним
значением
относительной
диэлектриче
-
ской
проницаемости
ст
= 8.
Понятно
также
большое
разли
-
чие
величин
C
1
и
C
2
,
обусловленное
большей
объемностью
заземленной
траверсы
опоры
по
сравнению
с
проводом
.
Влияния
каждой
из
емкостей
на
распределение
напряжения
по
гирлянде
хорошо
известны
,
как
и
методы
его
регулирова
-
ния
с
помощью
экранов
.
Представим
теперь
,
что
гирлянда
полностью
покрыта
снежной
шапкой
,
как
это
реально
наблюдается
на
линиях
,
особенно
на
горизонтально
расположенных
натяжных
гир
-
ляндах
,
но
будем
говорить
о
поддерживающей
гирлянде
,
поскольку
у
натяжной
чаще
возникает
одностороннее
(
верх
-
нее
)
отложение
снега
,
а
у
поддерживающей
—
вкруговую
вокруг
ее
вертикальной
оси
,
что
чаще
провоцирует
сброс
постепенно
нарастающей
массы
снега
при
ветровых
воз
-
действиях
.
Снег
,
как
и
вода
,
имеет
снеж
.
= 81,
а
при
морозе
ниже
–20°
С
—
даже
84,
что
примем
для
последующих
рас
-
смотрений
.
Но
если
у
воды
как
жидкости
заряды
,
накаплива
-
емые
в
процессе
ее
поляризации
,
нейтрализуются
за
счет
саморазряда
в
объеме
среды
с
ионной
проводимостью
,
и
она
учитывается
в
своих
разновидностях
(
дождь
,
роса
,
на
-
сыщенный
туман
,
изморось
и
гололедные
оттаивания
)
как
фактор
увлажнения
,
то
есть
простейшего
вида
природного
поверхностного
загрязнения
твердой
изоляции
,
то
с
замора
-
живанием
всех
этих
жидких
фракций
картина
меняется
.
Твердые
водные
фракции
(
лед
,
снег
,
изморозь
)
приобре
-
тают
вместе
с
молекулярной
жесткостью
структуру
идеаль
-
ного
диэлектрика
с
той
же
диэлектрической
проницаемостью
снеж
.
= 84,
но
с
нулевой
активной
проводимостью
.
И
тогда
получается
,
что
образование
на
гирлянде
изоляторов
снеж
-
ного
покрытия
представляет
собой
совершенно
непред
-
виденное
вмешательство
в
изоляционную
конструкцию
по
-
стороннего
изоляционного
материала
с
большей
на
порядок
величиной
.
Для
варианта
полного
и
равномерного
покрытия
снегом
это
дает
,
пожалуй
,
даже
улучшение
распределения
напря
-
жения
,
поскольку
однородная
масса
идеального
диэлек
-
трика
поднимает
уровень
емкостных
свойств
изоляторов
,
а
влияние
C
1
и
C
2
не
может
возрасти
существенно
,
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
натяжными
гирляндами
),
едва
ли
отразится
на
распределении
напряже
-
ния
,
ввиду
непрерывности
снежного
слоя
вдоль
всего
пути
утечки
.
42
Ежеквартальный
спецвыпуск
№
1(4),
март
2017
На
самом
деле
эта
неучтенная
здесь
масса
снега
тоже
как
-
то
участвует
в
процессах
поляризации
и
играет
опреде
-
ленную
роль
в
формировании
поверхностной
емкости
,
кото
-
рой
будет
уделено
внимание
в
разделе
о
втором
событии
.
В
принятом
здесь
случае
двух
очистившихся
от
снега
изоляторов
учтена
исходная
информация
об
оплавлении
током
короткого
замыкания
как
раз
двух
нижних
изоляторов
,
падение
напряжения
на
которых
U
чист
.
как
доля
рабочего
фазного
напряжения
линии
U
ф
подлежит
здесь
далее
после
-
дующей
оценке
.
Этому
соответствует
упрощенная
схема
за
-
мещения
на
том
же
рисунке
3.
Ввиду
равенства
собственных
емкостей
C
каждого
изолятора
и
однородности
отложения
по
высоте
гирлянды
на
участке
,
покрытом
снегом
,
можно
условно
считать
этот
участок
одним
(
первым
)
плечом
ем
-
костного
делителя
,
другое
(
второе
)
плечо
которого
образо
-
вано
очистившимися
от
снега
двумя
нижними
изоляторами
.
Обозначим
емкости
этих
плеч
C
пл
-1
и
C
пл
-2
.
Считая
,
что
одно
-
родное
снежное
покрытие
увеличивает
результирующую
собственную
емкость
семи
изоляторов
1-
го
плеча
,
равную
C
/7,
на
некоторую
величину
C
снеж
.
,
так
что
C
пл
-1
=
C
/7 +
C
снеж
.
,
определим
по
известному
соотношению
долю
фазного
на
-
пряжения
,
которая
придется
на
два
чистых
изолятора
с
их
общей
емкостью
C
пл
-2
=
C
/ 2:
U
чист
.
/
U
ф
=
C
пл
-1
/ (
C
пл
-1
+
C
пл
-2)
=
=
(
C
/ 7 +
C
снеж
.
) / (
C
/ 7 +
C
снеж
.
+
C
/ 2).
(3)
Примем
численные
значения
для
расчета
и
выполним
его
.
При
строительной
высоте
изолятора
140
мм
H
= 7· 0,14
м
= 0,98
м
.
При
диаметре
стеклянной
тарелки
d
= 0,23
м
и
принима
-
емой
толщине
снежного
наноса
на
одну
сторону
5
см
(
быва
-
ет
и
больше
)
имеем
:
D
= (0,23 + 2· 0,05)
м
= 0,33
м
.
По
(1)
S
=
(
D
2
–
d
2
) / 4 = 3,14 (0,33
2
– 0,23
2
) / 4 = 0,044
м
2
.
По
(2)
C
снеж
.
=
снеж
.
·
0
·
S
/
H
= 84· 8,85· 10
-12
· 0,044 / 0,98 =
= 33,4· 10
-12
Ф
,
или
33,4
пФ
.
Теперь
,
принимая
по
минимуму
емкость
одного
изолято
-
ра
C
= 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.
Получается
,
что
вмешательство
снега
приводит
к
на
-
пряжению
на
двух
первых
от
провода
изоляторах
в
62%
от
фазного
.
При
таком
перегрузе
,
не
отвлекаясь
на
выяснение
еще
и
распределения
его
между
двумя
изоляторами
,
тоже
не
-
равномерного
,
можно
ждать
сильного
коронирования
с
пере
-
ходом
в
стримерную
стадию
разряда
.
За
счет
больших
емкос
-
ти
снега
и
,
соответственно
,
тока
смещения
,
плотность
тока
в
канале
разряда
может
повыситься
настолько
,
что
достаточ
-
но
интенсивными
будут
как
термические
воздействия
канала
(
здесь
,
например
,
опасное
подтаивание
снега
),
так
и
скорость
прорастания
,
завершающегося
коротким
замыканием
.
Ретроспективное
переосмысление
издавна
случавших
-
ся
и
ранее
подобных
«
необъяснимых
»
зимних
отключений
ВЛ
110 (
и
даже
220)
кВ
дает
основание
считать
причиной
именно
такой
механизм
возникновения
и
развития
перекры
-
тий
,
происходящих
при
самопроизвольном
сбросе
снежно
-
изморозевых
отложений
с
части
гирлянды
и
последующем
ускоренном
развитии
скользящих
разрядов
под
остающейся
снежной
шубой
вплоть
до
короткого
замыкания
.
ВТОРОЕ
СОБЫТИЕ
Отказ
в
отключении
полюса
(
фазы
)
элегазового
выключа
-
теля
500
кВ
воздушной
ЛЭП
с
разрушением
одной
из
двух
гасительных
камер
(
ГК
)
полюса
.
На
фото
(
рисунок
4)
видны
последствия
разрушения
—
отсутствие
фарфоровой
по
-
крышки
,
осколки
которой
разбросаны
взрывом
,
оголившийся
контакт
ГК
и
обвисший
на
одном
креплении
шунтирующий
конденсатор
(
ШК
),
покрышка
которого
побита
разлетав
-
шимися
осколками
.
Два
ШК
на
каждый
полюс
емкостью
по
1600
пФ
предназначены
для
распределения
поровну
между
полуполюсами
восстанавливающегося
напряжения
между
расходящимися
контактами
при
каждом
отключении
.
Этот
отказ
произошел
при
рабочей
операции
отключения
дежур
-
ным
подстанции
выключателя
от
руки
в
порядке
режимного
перевода
нагрузки
с
ВЛ
500
кВ
.
При
длине
линии
порядка
150
км
не
может
быть
речи
о
каких
-
то
нерасчетных
перена
-
пряжениях
при
этой
коммутации
,
неоднократно
производив
-
шейся
и
ранее
по
мере
необходимости
.
Вне
подозрения
так
-
же
и
качество
наладки
,
ответственной
за
предотвращение
разновременности
размыкания
контактов
полуполюсов
.
Вопрос
,
почему
произошло
разрушение
,
мог
бы
остаться
без
ответа
,
если
бы
не
зловещая
картина
на
заднем
плане
Рис
. 4.
Вид
на
два
полюса
элегазового
выключателя
500
кВ
,
один
их
которых
повредился
при
коммутации
(
на
гасительных
камерах
уцелевшего
полюса
видны
снеговые
отложения
)
Рацпредложения
43
Рис
. 5.
Вид
полюса
В
-500
кВ
с
отложениями
снега
кадра
снежных
отложений
на
фарфоровых
покрышках
обе
-
их
ГК
соседней
фазы
того
же
выключателя
.
Здесь
время
сказать
,
что
эта
подстанция
магистральных
электрических
сетей
расположена
в
той
же
местности
,
что
и
рассмотрен
-
ная
ранее
ВЛ
110
кВ
,
и
второе
событие
произошло
при
аналогичных
погодных
условиях
(
безветренно
,
ясно
,
мороз
ниже
–20°
С
)
через
месяц
с
небольшим
после
первого
.
Эта
подробность
показывает
,
что
в
условиях
Севера
,
когда
зима
длится
по
полгода
,
вероятность
возникновения
условий
для
нежелательных
происшествий
из
-
за
снежно
-
изморозевых
отложений
на
высоковольтной
изоляции
немалая
.
Как
видно
на
фотоснимке
,
отложения
неоднородны
по
длине
камерных
покрышек
,
шунтируя
их
на
значительных
участках
длины
.
Такое
впечатление
может
дополнить
рас
-
смотрение
неповредившегося
полюса
выключателя
в
дру
-
гом
ракурсе
и
после
частичного
опадания
снежных
отло
-
жений
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
это
-
го
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
безобид
-
ная
,
если
учесть
,
что
еще
и
равномерному
распределению
напряжения
внутри
ШК
по
цепочке
множества
рулонных
секций
с
калиброванной
емкостью
противопоставляется
принудительное
распределение
на
поверхности
фарфора
,
обусловленное
хаотическими
снежными
отложениями
,
и
не
-
совпадение
этих
распределений
порождает
поперечные
(
нормальные
)
составляющие
напряженности
электрическо
-
го
поля
,
которые
усиливают
трение
ионов
о
поверхность
диэлектрика
,
ускоряя
наступление
термической
ионизации
.
Вторая
—
наличие
снежных
отложений
на
всех
четырех
покрышках
вдоль
полуполюсов
.
Понятно
,
что
рассмотрение
процесса
искажения
снегом
расчетных
распределений
напряжения
по
внешней
про
-
дольной
изоляции
выключателя
не
может
вестись
так
же
упрощенно
,
как
это
было
сделано
для
гирлянды
изоляторов
.
Хотя
длительно
нормально
отключенный
по
режиму
выклю
-
чатель
,
благодаря
ШК
,
имеет
на
каждом
из
разрывов
полюса
по
половине
рабочего
фазного
напряжения
и
,
таким
обра
-
зом
,
на
первый
взгляд
,
в
отношении
статичности
состояния
подобен
той
же
гирлянде
изоляторов
,
но
по
существу
для
него
характерны
совершенно
специфические
отличия
.
Во
-
первых
,
его
ребристая
внешняя
изоляция
шунтирова
-
на
внутренней
гладкой
изоляцией
цилиндров
ГК
,
что
застав
-
ляет
вспомнить
о
таком
расчетном
показателе
,
как
удельная
поверхностная
емкость
,
играющая
большую
роль
в
разви
-
тии
разрядов
по
поверхности
,
а
отсутствие
гальванических
связей
между
двумя
разными
наружными
поверхностя
-
ми
—
покрышки
полуполюса
и
внутреннего
изоляционного
цилиндра
,
в
котором
находится
контактная
система
, —
при
независимом
распределении
напряжения
вдоль
этих
по
-
верхностей
порождает
поперечные
(
нормальные
)
составля
-
ющие
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
выклю
-
чатель
,
его
отключение
сопровождается
возникновением
высокочастотных
восстанавливающихся
напряжений
(
ВН
)
Например
,
при
неудаленных
коротких
замыканиях
на
воз
-
душных
ЛЭП
или
в
схеме
блоков
«
генератор
—
трансфор
-
матор
»
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
факто
-
ра
,
как
снежно
-
изморозевые
отложения
,
искажает
расчетно
-
ожидаемые
картины
распределений
ВН
,
приводя
в
конеч
-
ном
счете
к
перекрытиям
и
полному
пробою
;
тот
факт
,
что
пробой
между
расходящимися
контактами
выключателя
при
его
отключении
,
завершившийся
взрывом
,
успел
произойти
в
десятые
доли
секунды
под
действием
высокочастотного
ВН
,
свидетельствует
о
значительном
искажении
подготов
-
ленных
снегом
начальных
условий
неравномерного
распре
-
деления
,
которые
до
времени
(
то
есть
пока
В
-500
был
вклю
-
чен
)
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
изоляционных
материалах
выключателя
(
фарфор
,
эпоксиды
и
полимеры
)
сохраняется
порядок
диэлектрической
проницаемости
(
от
5
до
12),
соиз
-
меримый
с
тем
,
что
у
стекла
,
но
далекий
от
такового
для
воды
и
ее
фракций
.
Возвращаясь
теперь
к
признанию
о
недостаточности
применения
упрощенного
подхода
к
случаю
с
выключа
-
телем
,
обратимся
к
той
классической
трактовке
развития
скользящего
разряда
,
которую
представляет
собой
так
на
-
зываемый
«
искровой
закон
Теплера
».
Он
в
[3]
из
формулы
(7–2)
на
странице
80
может
быть
выражен
как
зависимость
напряжения
U
р
м
,
вызывающего
разряд
по
поверхности
твер
-
44
Ежеквартальный
спецвыпуск
№
1(4),
март
2017
дого
диэлектрика
,
от
длины
искрового
канала
,
удельной
поверхностной
емкости
и
скорости
изменения
во
времени
этого
напряжения
:
l
и
U
р
м
=
(
—
)
1/5
, (4)
C
2
пов
(
du
/
dt
)
1/4
где
U
р
м
—
амплитудное
значение
разрядного
напряже
-
ния
,
кВ
м
;
l
и
—
длина
искры
(
искрового
развивающегося
ка
-
нала
поверхностного
разряда
),
равная
при
состоявшемся
полном
перекрытии
изоляции
расстоянию
между
электро
-
дами
по
поверхности
диэлектрика
,
см
;
du
/
dt
—
максималь
-
ная
скорость
изменения
приложенного
напряжения
,
кВ
м
/
мкс
;
C
пов
—
удельная
поверхностная
емкость
,
Ф
/
см
2
; —
эмпи
-
рический
коэффициент
,
определяемый
в
конкретном
опыте
для
каждого
вида
напряжения
(
переменного
или
импульс
-
ного
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
,
неизвест
-
на
C
пов
,
которая
представляет
собой
емкость
между
поверх
-
ностным
разрядом
,
развивающимся
с
одного
из
электродов
,
и
другим
электродом
,
к
которому
продвигается
канал
разряда
,
отнесенная
к
единице
поверхности
,
по
которой
развивается
разряд
.
Если
l
и
еще
можно
принять
как
длину
пути
тока
утечки
,
то
du
/
dt
в
каждом
случае
зависит
от
вида
напряжения
.
Напри
-
мер
,
при
синусоидальном
напряжении
скорость
его
измене
-
ния
будет
2
f
U
р
м
,
но
понятно
,
гораздо
труднее
определить
ее
как
крутизну
кривой
восстанавливающегося
напряжения
,
не
-
прерывно
меняющегося
в
процессе
гашения
тока
отключения
.
В
рамках
этого
рассмотрения
невозможно
дать
количе
-
ственную
оценку
влияния
снежных
отложений
в
случае
с
по
-
вреждением
выключателя
.
Так
,
если
по
схеме
на
момент
события
и
характеру
нагрузки
по
линии
еще
можно
было
бы
задаться
приближенной
скоростью
восстановления
на
-
пряжения
на
контактах
,
то
труднее
представляется
принятие
правильной
модели
того
конденсатора
,
который
имеет
по
-
верхностную
емкость
в
условиях
развития
разряда
внутри
ГК
,
снаружи
покрытой
неравномерными
отложениями
снега
.
Предварительно
,
преодолевая
страх
перед
высокими
степе
-
нями
корней
в
формуле
(4) (
например
,
скорость
du
/
dt
на
-
ходится
под
корнем
20-
й
степени
),
все
же
можно
видеть
,
что
увеличение
C
пов
и
du
/
dt
в
знаменателе
понижает
разрядное
напряжение
.
К
тому
же
случай
выключателя
принципиально
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
.
По
случайному
стечению
обстоятельств
,
когда
завершил
-
ся
в
первом
рассмотрении
этой
темы
разбор
двух
аварийных
случаев
,
неожиданно
поступили
результаты
обследования
с
помощью
тепловизора
линейных
вводов
110
кВ
с
полимер
-
ной
изоляцией
,
обильно
занесенных
снегом
,
что
представлено
совмещением
натурных
снимков
и
термограмм
на
рисунке
6.
Если
два
предыдущих
события
(
короткое
замыкание
гир
-
лянды
и
взрыв
выключателя
)
представляли
собой
итог
проте
-
кания
неких
процессов
,
физика
и
механизм
развития
которых
были
предметом
обсуждения
и
носили
предположительный
характер
,
то
на
этих
снимках
оператором
зафиксировано
ра
-
бочее
состояние
аппаратов
с
уродливым
природным
(
снеж
-
ным
)
отложением
и
неуклонным
накоплением
в
изоляции
тех
необратимых
аварийных
повреждений
,
которые
сначала
могут
выглядеть
как
на
рисунке
7,
а
по
до
-
стижении
предельной
интенсивности
деградации
изоляции
привести
к
полному
разрушению
ввода
.
Вид
ввода
на
рисунке
7
с
самого
начала
вы
-
зывал
недоумение
у
представителей
как
эксплу
-
атации
,
так
и
завода
-
изготовителя
,
не
приводя
ни
к
какому
правдоподобному
объяснению
этим
сле
-
дам
выгрызания
в
крыльях
(
ребрах
)
полимерной
покрышки
.
Но
теперь
,
глядя
на
тепловизионные
кадры
,
легко
представить
себе
,
как
охватываю
-
щие
покрышку
каналы
развивающихся
искровых
разрядов
проплавляют
мягкие
ребра
полимера
,
образуя
эти
загадочные
пропилы
и
прорези
.
Эти
ветвления
разрядных
каналов
,
как
щупальца
спрута
,
проникают
петляющими
выбросами
даже
в
толщу
снежной
массы
,
то
есть
в
радиальном
направлении
,
что
свидетельствует
о
наличии
во
внешней
зоне
вокруг
ввода
заметной
нормальной
составляющей
напряжённости
электрического
поля
,
не
характерной
для
рабочего
режима
..
При
-
чудливая
картина
охвата
разрядным
слоем
по
-
крышки
ввода
совершенно
произвольна
и
зависит
Рис
. 6.
Результат
тепловизионного
обследования
линейных
вводов
110
кВ
с
полимерной
изоляцией
,
покрытых
снежными
отложениями
Рацпредложения
45
от
случайной
геометрии
снежных
налипаний
,
которые
здесь
,
однако
,
односторонни
,
а
именно
,
сверху
,
со
стороны
крыши
ЗРУ
-110,
что
напоминает
образование
в
метель
куртин
по
краям
кровли
домов
.
Невозможно
не
выразить
впечатления
,
сколь
символична
преемственность
событий
:
ведь
подвер
-
гнутые
тепловизионному
контролю
вводы
стоят
на
месте
тех
замененных
,
которые
оставили
истории
эту
бывшую
необъ
-
яснимой
до
сих
пор
картину
на
рисунке
7,
и
должно
если
не
радовать
,
то
хотя
бы
вселять
надежду
,
что
найденное
объ
-
яснение
поможет
найти
и
адекватные
мероприятия
по
избав
-
лению
от
этого
неприятного
явления
.
Ввод
сочетает
в
себе
признаки
и
гирлянды
(
ребристость
покрышки
),
и
выключателя
(
имея
внутри
гладкий
изоляцион
-
ный
остов
,
подобный
цилиндрам
гасительных
камер
),
поэто
-
му
видимая
цветная
картина
разогрева
,
расшифровываемая
температурной
шкалой
,
дает
только
общее
внешнее
пред
-
ставление
о
роли
тех
факторов
(
поверхностная
емкость
и
ско
-
рость
изменения
рабочего
напряжения
),
которые
порождают
таинство
образования
поверхностного
разряда
под
толщей
снега
.
Безусловно
,
специфика
этих
снежных
загрязнений
очень
своеобразна
по
сравнению
с
загрязнениями
проводя
-
щими
,
и
ее
практическое
постижение
с
целью
окончательного
избавления
от
проблемы
сопряжено
с
непростыми
иссле
-
дованиями
,
поскольку
его
(
снегового
загрязнения
)
диэлек
-
трический
характер
втягивает
в
процесс
всю
изоляционную
конструкцию
того
объекта
,
на
котором
происходят
отложения
.
ВЫВОДЫ
1.
Морозно
-
сухие
снежно
-
изморозевые
отложения
,
обла
-
дающие
на
порядок
большей
,
чем
у
применяемых
электро
-
Рис
. 7.
Вид
«
необъяснимых
»
повреждений
линейного
ввода
110
кВ
с
полимерной
внешней
изоляцией
изоляционных
материалов
,
относительной
диэлектрической
проницаемостью
,
при
накоплении
на
поверхности
внешней
изоляции
высоковольтных
электроустановок
способны
вно
-
сить
в
работу
ЛЭП
и
подстанционных
аппаратов
искажения
расчетных
электрических
полей
,
угрожающие
перекрытиями
изоляции
подобно
тому
,
как
это
происходит
вследствие
про
-
водящих
отложений
в
районах
с
загрязненной
атмосферой
.
2.
Придание
внешней
изоляции
ребристости
для
увели
-
чения
длины
пути
тока
утечки
с
целью
повышения
надежно
-
сти
ее
работы
в
условиях
загрязнения
атмосферы
повышает
опасность
накопления
снежно
-
изморозевых
отложений
.
3.
Несоизмеримость
величин
относительных
диэлектри
-
ческих
проницаемостей
материалов
линейных
изоляторов
и
подстанционных
аппаратов
с
одной
стороны
и
твердых
водных
фракций
(
лед
,
снег
,
изморозь
)
с
другой
выдвигает
требование
при
эксплуатации
электроустановок
установ
-
ления
контроля
за
процессом
образования
снежно
-
изморо
-
зевых
отложений
с
целью
предупреждения
неожиданных
аварийных
коротких
замыканий
(
например
,
как
минимум
на
подстанциях
—
проведение
превентивных
чисток
внешней
изоляции
от
снега
).
4.
Необходимо
рассмотреть
целесообразность
создания
для
обширных
территориальных
регионов
Севера
,
в
кото
-
рых
продолжителен
зимний
период
и
нет
загрязнения
атмос
-
феры
(1-
я
степень
загрязнения
,
как
в
электрических
сетях
АО
«
Тюменьэнерго
»)
специального
типа
внешней
изоляции
,
которая
при
наличии
необходимых
уровней
мокроразрядно
-
го
напряжения
не
обладала
бы
способностью
накапливать
и
удерживать
снежно
-
изморозевые
отложения
,
как
это
свой
-
ственно
существующим
типам
всевозможных
изоляторов
с
высокой
степенью
ребристости
.
5.
При
«
необъяснимых
»
отключениях
ВЛ
110 (
возможно
и
ВЛ
220)
кВ
в
зимнее
время
следует
учитывать
фактор
воз
-
можного
влияния
снежно
-
изморозевых
отложений
на
гирлян
-
дах
изоляторов
или
полимерах
в
соответствии
с
версией
,
из
-
ложенной
в
настоящей
статье
.
6.
Персоналу
энергетических
предприятий
в
регионах
с
продолжительной
зимой
следует
планировать
организа
-
цию
наблюдения
за
ростом
снеговых
отложений
на
внешней
высоковольтной
изоляции
подстанционного
оборудования
и
производить
выборочный
тепловизионный
контроль
для
своевременного
выявления
опасных
участков
.
ЛИТЕРАТУРА
1.
ГОСТ
Р
55194-2012.
Электрооборудование
и
электро
-
установки
переменного
тока
на
напряжение
от
1
до
750
кВ
.
Общие
методы
испытаний
электрической
проч
-
ности
изоляции
.
2.
Правила
устройства
электроустановок
.
Глава
1.9 (
изда
-
ния
6-
е
и
7-
е
,
все
действующие
разделы
ПУЭ
-6
и
ПУЭ
-7).
Новосибирск
:
Сиб
.
Унив
.
изд
-
во
, 2008.
3.
Техника
высоких
напряжений
.
Под
общей
редакцией
Д
.
В
.
Разевига
.
М
.:
ГЭИ
, 1963
г
.
Оригинал статьи: Снег как фактор загрязнения внешней изоляции высоковольтных электроустановок
При комиссионных расследованиях аварийных отключений ЛЭП (далее речь будет идти о воздушных линиях напряжением 110 кВ) или случаев коротких замыканий в открытых распределительных устройствах (ОРУ) подстанций или электростанций с повреждением высоковольтного оборудования всегда требуется выяснять точные и достоверные сведения для разделов Акта, относящихся к определению причин возникновения и развития инцидента, а также виновников. До недавнего времени, пока не обострилась проблема материальной ответственности за ущерб, допускались формулировки типа «причина не установлена» с соответствующим отсутствием виновников. И дело бывало не в недостаточной компетентности специалистов из комиссии или в невозможности связать в единое целое совокупность недостатков схемы, несовершенства оборудования и возможных ошибок персонала, а просто удивительным образом действительно в иных случаях не удавалось найти ничего правдоподобного
