История электротехники

Включение срезанной волны с крутым спадом напряжения в число расчетных воздействий имеет большое значение для внутренней изоляции трансформаторов (силовых и напряжения) и реакторов. При крутом срезе импульса между элементами обмоток трансформаторов и катушками реакторов могут возникнуть значительно более сильные воздействия, чем при полной волне той же амплитуды. Стойкость изоляции между указанными элементами обмотки по отношению к крутым срезам в эксплуатации может быть проверена только проведением испытания срезанной волной. В ГОСТ 1516.3–96 испытание срезанным грозовым импульсом нормировано только для электрооборудования с обмотками.

Уровень изоляции электрооборудования, стандартизованный в ГОСТ 1516, — это нормированные испытательные напряжения коммутационных импульсов (для электрооборудования напряжением 330 кВ и выше), грозовых импульсов и кратковременное напряжение промышленной частоты, отнесенные к определенным условиям испытания.

Основой для нормирования испытательных напряжений является требование о том, чтобы данное электрооборудование в целом (все элементы его внутренней и внешней изоляции) в эксплуатационных условиях выдерживало грозовые и внутренние перенапряжения, принятые для электрооборудования в качестве расчетных воздействий на его зажимах. Испытательные напряжения выбираются как эквивалент этим перенапряжениям с учетом свойств внутренней и внешней изоляции, обусловливающих различие ее прочности в нормальных условиях испытания и в эксплуатации. При установлении испытательных напряжений внутренней изоляции учитывается снижение ее электрической прочности при перенапряжениях в условиях эксплуатации по сравнению с прочностью при типовом испытании неработавшей изоляции. Для трансформаторов (силовых и напряжения) и реакторов (шунтирующих и заземляющих) принимается во внимание повышение перенапряжений на элементах изоляции обмоток при воздействии импульсов в эксплуатации на возбужденный трансформатор или реактор по сравнению с перенапряжениями при отсутствии возбуждения трансформатора во время проведения импульсного испытания. Для внешней (воздушной) изоляции учитывается снижение разрядных (выдерживаемых) напряжений при атмосферных условиях, возможных в эксплуатации.

Учет перечисленных факторов приводит к выбору неодинаковых испытательных напряжений для внутренней и внешней изоляции данного вида электрооборудования. При этом обеспечивается выдерживание всеми элементами его изоляции перенапряжений принятого расчетного уровня в эксплуатационных условиях, наиболее тяжелых для каждого вида изоляции. В одних и тех же возможных условиях данный элемент изоляции может иметь более высокое напряжение пробоя или перекрытия, чем другой; в других условиях соотношение электрической прочности может быть обратным.

Создание сетей СВН связано с необходимостью ограничения уровней перенапряжений по мере роста номинального напряжения сети, что в первую очередь было связано с более медленным ростом электрической прочности внешней изоляции по сравнению с повышением напряжения сети. Если для сети напряжением 110–220 кВ расчетный уровень внутренних перенапряжений был не ниже 3U_Н.Р/√3, то для сетей напряжением 330, 500, 750 и 1150 кВ было необходимо ограничить его значением 2, U_Н.Р/√3; 2,5U_Н.Р/√3; 2,1U_Н.Р/√3 и 1,8U_Н.Р/√3 соответственно, что обеспечило примерно пропорциональный рабочему напряжению рост длины гирлянды изоляторов.

Снижение уровня изоляции имеет также большое значение для других видов электрооборудования, особенно для силовых трансформаторов сверхвысокого напряжения.

Для отечественной практики создания и развития электропередач УВН (1150 кВ) вопрос о снижении уровня изоляции связан также с самой возможностью разработки электрооборудования этого класса напряжения.

Эффективность снижения уровня изоляции силовых трансформаторов зависит от многих факторов: класса напряжения, количества обмоток, параметров и расположения обмоток на магнитопроводе, стоимости материалов, потерь и пр.

Для трансформаторов напряжением 330–750 кВ каждый процент снижения испытательных напряжений благодаря сокращению изоляционных расстояний позволяет уменьшить полную массу трансформатора на 0,4–0,7% и увеличить мощность при тех же габаритах на 0,6–0,8%.

Предел эффективного снижения уровня изоляции определяется прочностью при кратковременных воздействиях, которой будет обладать изоляция, выбранная только с учетом длительного воздействия рабочего напряжения.

На основании накопленных к настоящему времени знаний о длительной электрической прочности внутренней изоляции можно сделать вывод, что снижение уровня перенапряжений ниже 1,65U_Н.Р/√3 неэффективно.

Уменьшение изоляционных расстояний приводит к увеличению рабочих напряжений в изоляции, что требует рассмотрения координации изоляции относительно длительного воздействия рабочего напряжения. Поэтому снижение испытательных напряжений основывается на совершенствовании не только способов ограничения перенапряжений, но также конструкций изоляции, технологии производства, заводских испытаний, мер по поддержанию необходимого качества изоляции в условиях эксплуатации.

Возможность надежной работы силовых трансформаторов со сниженными уровнями изоляции была подтверждена многочисленным опытом эксплуатации ряда конструкций трансформаторов на напряжение 500 кВ, изготовленных ПО «Запорожтрансформатор» с участием ВИТ и ВЭИ, а также трансформаторов на напряжение 1150 кВ.

Совершенствование методов координации изоляции предполагает и совершенствование методов ее испытаний. Введение для электрооборудования СВН испытаний коммутационными импульсами (ГОСТ 1516.1–76, ГОСТ 20690–75 и ГОСТ 1516.3–96) обеспечило более полную проверку изоляции при воздействии внутренних перенапряжений. Стандартный коммутационный импульс имеет время подъема напряжения до максимума 250 мкс и длительность (время до полуспада) 2500 мкс и обозначается 250/2500. Особо важное значение имело введение испытания напряжением промышленной частоты с измерением частичных разрядов, что позволило выявлять дефекты конструкции и технологии производства изоляции, которые могли быть не обнаружены традиционными кратковременными испытательными воздействиями и выявиться при длительном приложении рабочего напряжения в эксплуатации. Отсюда введение испытаний внутренней изоляции силовых трансформаторов и шунтирующих реакторов длительным (30–60 мин) переменным напряжением при допустимом уровне частичных разрядов 100 пКл. Введены также (ГОСТ 1516.3–96) испытания напряжением промышленной частоты с измерением частичных разрядов для внутренней изоляции трансформаторов напряжения и тока, вводов и изоляции КРУЭ.

5.4.4. ИСТОЧНИКИ НАПРЯЖЕНИЙ И ТОКОВ ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ

Изоляция электрооборудования при эксплуатации подвергается воздействиям не только рабочего напряжения, но и перенапряжений промышленной частоты, а также импульсных перенапряжений, возникающих при ударах молнии в линии электропередачи или вблизи них, при плановых или аварийных коммутациях в системе. Для испытаний изоляции на стойкость к воздействиям перенапряжений, а также для определения характеристик изоляции, таких как ее фактическая прочность, диэлектрические показатели, уровень частичных разрядов и др., применяются специальные испытательные установки высокого напряжения. Это прежде всего установки переменного напряжения промышленной частоты и генераторы импульсных напряжений, имитирующие тот или иной вид перенапряжений. Аналогичные установки используются и для других целей, например, для исследований электрического разряда, в электрофизической аппаратуре, при имитации ударов молнии и т.д. Рассмотрим типичные испытательные установки.

Испытательные установки переменного напряжений промышленной частоты. В зависимости от класса напряжения и характеристик испытуемого объекта для получения испытательных напряжений используются отдельные трансформаторы, каскадные устройства на базе трансформаторов или резонансные схемы.