Снег как фактор загрязнения внешней изоляции высоковольтных электроустановок

background image

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

-


background image

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


background image

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

.


background image

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

 = 

/ 2: 

 

U

чист

.

 / 

U

ф

 = 

C

пл

-1

 / (

C

пл

-1

 + 

C

пл

-2)

 = 

 = 

(

/ 7 + 

C

снеж

.

) / (

/ 7 + 

C

снеж

.

 + 

/ 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


background image

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