Перенапряжение и молниезащита

Коронный разряд является своеобразной формой разряда, характерной  для резко неоднородных полей, когда  ионизация возникает только в  небольшой области возле электродов. При этом между электродами промежутка не возникает сквозного проводящего  канала, что исключает возможность  прохождения большого тока независимо от давления газа и мощности источника. Таким образом, образование коронного  разряда не означает полной потери газовым промежутком изолирующих  свойств.

 

 

 

 

 

 

1. Вольт-секундные характеристики и их значение при координации изоляции. Координация изоляции по внутренним перенапряжениям и по рабочему напряжению. (вопрос 7)

 

 

При снижении уровня изоляции влияние рабочего напряжения повышается не только с точки зрения его взаимосвязи  с воздействиями грозовых импульсов, но и с точки зрения обеспечения  надежности изоляции при длительном воздействии рабочего напряжения.

 В связи с этим  возникают следующие вопросы: 

Каким может быть предельно  допустимое значение рабочей напряженности  в изоляции.

Может ли влиять достаточно высокая рабочая напряженность  на электрическую прочность изоляции при воздействии импульсных перенапряжений.

Как обеспечить проверку изоляции относительно длительного воздействия  рабочего напряжения при выпуске  трансформатора на заводе - изготовителе.

 

Для решения первого вопроса  были проведены специальные исследования на моделях изоляции, воспроизводивших наиболее напряженные зоны при различных (возможных в эксплуатации) условиях в части температуры и влагосодержания [3].

 

 

Рисунок 2.1 Вольт-секундная характеристика маслобарьерной изоляции

Результаты этих исследований показаны на рис. 7, где  дана вольт-секундная

 характеристика маслобарьерной  изоляции (основной вид изоляции, применяемый в трансформаторах  сверхвысокого напряжения).

 Исследования при воздействии  напряжения длительностью до 1000 ч показали, что электрическая  прочность главной изоляции в  этом диапазоне длительностей определяется, как и при кратковременных воздействиях, электрической прочностью прилегающего к обмотке масляного канала, которая, в свою очередь, зависит от величины средней напряженности в канале, его ширины и конструкции дистанцирующих изоляционных деталей. Нарушение электрической прочности при всех исследованных длительностях происходит в виде пробоя канала, регистрирующегося как мощный частичный разряд (ЧР), интенсивность которого равна (1 - 5)-10-7 Кл.

 Перед пробоем канала  не наблюдается постепенного  роста интенсивности ЧР выше  уровня помех, равного (2,5 •  10-11 - 5 • 10-10) Кл.

 Отсюда следует сделать  вывод, что при указанном времени  воздействия напряжения процессы  ионизации, происходящие в малых  объемах масла в местах повышенной  напряженности, еще не оказывают  влияния на электрическую прочность  масляного канала и не участвуют  в подготовке его пробоя, т.е.  вольт-секундная характеристика  в этом диапазоне определяется  статистическими явлениями.

 Экстраполируя вольт-секундную  характеристику до времени, равного  сроку службы трансформатора (25 лет), и принимая соотношение допустимой  и минимальной напряженностей  то же, что и при переменном  одноминутном воздействии, получаем, что длительная электрическая  прочность маслобарьерной изоляции, соответствующая этому времени,  составляет 0,8 одноминутной прочности  для всех исследованных конструкций  изоляции.

 Известно, что при длительном  воздействии электрического поля  на масляную и бумажную изоляцию (картон) происходит разложение их  составляющих, вследствие протекания  процессов слабой ионизации и  токов проводимости с выделением  газов, воды и шлама. При  воздействии напряжения переменного  тока наиболее существенное влияние  на снижение электрической прочности  изоляции, из числа вышеназванных  продуктов разложения, могут оказать  газы.

 В масле работающего  трансформатора всегда имеется  определенное количество растворенных  газов, которые попадают в него  путем диффузии с его поверхности и возникают внутри трансформатора в результате термических и ионизационных процессов старения изоляции. Часть этих газов абсорбируется примесями, имеющимися в масле, а также твердой изоляцией и металлическими поверхностями, погруженными в масло.

 Растворенный в масле  и абсорбированный различными  примесями газ может стать  причиной снижения электрической  прочности внутренней изоляции  трансформатора, если он переходит  в пузырьковое состояние. Газ  в масле в растворенном состоянии  и в пузырьках может существовать  одновременно в основном в  тех случаях, когда жидкость  перенасыщена газом. При небольших  колебаниях давления вероятность  выделения абсорбированного газа  существенно выше, чем растворенного.  Волокна и твердая изоляция  особенно эффективно абсорбируют  газы, выделяющиеся из внутреннего  источника, и очень слабо поглощают  газ, поступающий путем диффузии  через поверхность масла.

 

При длительном воздействии  рабочей напряженности на изоляцию необходимо выполнение условий, при  которых объемная концентрация газа в масле не должна превышать концентрации газа, соответствующей насыщенному  маслу.

 Для изучения процессов  газовыделения при длительном воздействии электрического поля с напряженностью, близкой к допустимой, рассчитанной по вольт-секундной характеристике, были проведены специальные исследования.

 Исследования показали, что в качестве допустимой  напряженности в ближайшем к  обмотке масляном канале, в средней  части между обмотками, может  быть принято значение, равное 50 кВ/см. При больших значениях напряженности были выявлены процессы газообразования с нарастанием в течение времени концентрации.

 Исследования с наложением  коммутационных импульсов на  напряжение промышленной частоты  показали, что при напряжении  промышленной частоты, соответствующем до 55% среднего значения одноминутной прочности, не выявлено его влияния на прочность при коммутационном импульсе. При напряжении промышленной частоты, соответствующем 70% одноминутной прочности, пробой при коммутации импульса инициировал пробой при напряжении промышленной частоты.

 Исследования показали, что в маслобарьерной изоляции, не имеющей случайных (производственных) дефектов, начальная стадия нарушения  прочности представляет собой  пробой масляного канала, отмечаемый  как сильные ЧР, имеющие уровень  (кажущийся заряд единичного разряда) 10-8 - 10"7 Кл. Производственные дефекты  (нарушение сборочных допусков, газовые  включения в твердом диэлектрике  и т. п.) вызывают, как правило,  местные неоднородности поля. Частичные  разряды возникают при напряженности,  существенно меньшей, чем пробивная;  начальная стадия — несильные  ЧР уровня 10 "9 - 10-10 Кл.

 Изоляция должна отбраковываться,  если при Uпов измерен уровень ЧР, вызывающий при длительном воздействии рабочего напряжения необратимые изменения (повреждения) в изоляции.

 На основании отечественных  исследований, с учетом зарубежных  публикаций, следует считать, что  при длительном воздействии рабочего  напряжения недопустимы ЧР уровня 10-9 Кл. Такие ЧР представляют собой,  например, начальную стадию повреждения  главной изоляции обмотки в  месте, где за ее поверхность  выступает, касаясь изоляционного  цилиндра, межкатушечное соединение. В этом и других подобных случаях „слабые” скользящие разряды вдоль изоляционного барьера за время от десятков часов до одного часа (в зависимости от ряда факторов) вызывают в твердом диэлектрике повреждения, которые могут привести к его полному перекрытию.

 Испытание изоляции  для выявления дефектов, способных  при рабочем напряжении вызвать  ЧР уровня 10-9 Кл, должно проводиться  при напряжении Uпов, превышающем рабочее напряжение (кратность Uпов по отношению к рабочему напряжению обозначаем кпов). Это превышение должно учитывать разброс напряжения возникновения ЧР, обусловливаемый статистическим характером прочности трансформаторного масла, а также возможность снижения прочности изоляции в эксплуатации по сравнению с прочностью во время заводского испытания.

 По данным наших  исследований возможное в эксплуатации  увеличение влагосодержания изоляции, по сравнению с влагосодержанием  при испытании трансформатора  на заводе, повышает разброс напряжения  возникновения ЧР с уровнем  10-9 Кл и снижает среднее значение  этого напряжения.

 Полученные данные  могут быть следующим образом  учтены при выборе кпов. Для трансформаторов с силикагелевым осушителем и термосифонным фильтром

 

                   (2.1)

Где

1,3 и 2,3 — коэффициенты, соответствующие (при нормальном  распределении) 90% вероятности отбраковки  при приемо-сдаточном испытании  трансформатора с дефектом изоляции  и 99% вероятности невозникновения ЧР уровня 10-9 Кл в эксплуатации при рабочем напряжении;

0,08 и 0,1 —коэффициенты  вариации напряжения возникновения  ЧР соответственно в условиях  испытания и эксплуатационных, определенные  из исследования;

0,95 — коэффициент, учитывающий  снижение в эксплуатации среднего  значения напряжения возникновения  ЧР.

 Для трансформаторов  с более совершенными системами  защиты изоляции от увлажнения  аналогичные расчеты выявляют  возможность применения кПОВ со значениями меньшими 1,5, вплоть до 1,3.

 Таким образом, рассмотренные  выше особенности координации  изоляции силовых трансформаторов  со сниженным уровнем изоляции  позволят более обоснованно подойти  к выбору уровня испытательных  напряжений и проверки качества  изоляции при длительном воздействии  рабочего напряжения.

 

 

2. Заземление и конструктивное выполнение молниеотводов. (вопрос 17)

 

Токоотвод присоединяют к  контуру заземления сваркой или  болтами.

Если несколько молниеотводов, имеющих свои контуры заземления, связаны между собой (например, устанавливаемые  на крыше), токоотводы присоединяют к  контурам заземления через болтовые соединения, чтобы иметь возможность  проверить сопротивление растеканию каждого контура.

Если верхние слои грунта имеют значительно меньшее сопротивление  растеканию, чем нижние, то выбирается поверхностная конструкция контура  заземления, и наоборот.

Если заземление молниеотвода выполняется несколькими стержнями  или полосами, то сопротивление его  при стекании тока молнии можно рассчитать по формуле

Монтажная организация представляет: акты на выполнение скрытых работ (заземления и фундаменты, труднодоступные для  осмотра элементы молниезащиты — токоотводы, молниеприемники, опоры).

При приеме в эксплуатацию после ремонта (или испытания) устройств  молниезащиты представляется следующая документация: ведомость выборочной проверки на прочность соединений заземляющего контура с токоотводящими спусками и проверки на степень поражения коррозией молниеприемников, токоотводов и заземлений; ведомости выполненных ремонтных работ по восстановлению необходимых параметров молниезащиты; протоколы замеров сопротивления растеканию тока промышленной частоты всех заземлителей.

При капитальном ремонте  сооружений молниезащиты производят следующий работы: проверку состояния элементов заземляющего устройства путем выборочного осмотра находящихся в земле и полностью всех остальных элементов в пределах их доступности к осмотру; проверку цепи между контуром заземления и заземляемыми элементами; проверку надежности соединений заземлителей с заземляющими устройствами; измерение переходного сопротивления заземляющего устройства.

При текущем ремонте проверяют  состояние элементов заземляющего устройства, наличие цепи между контуром заземления и заземляемыми элементами, измеряют переходное сопротивление  заземляющего устройства.

Проверка работоспособности  схем управления, сигнализации, приборов электроавтоматики и системы возбуждения, крепления деталей и узлов агрегата, исправности заземления.

Текущий ремонт — выполняется  объем работ осмотра и, кроме  того: проверка крепления электродвигателя, проверка крепления обмотки статора, исправности заземления, исправности  работы охлаждения и вентиляции, чистка и частичная разборка электродвигателя со снятием крышек, продувка его  сжатым воздухом, проверка крепления  и ремонт вентилятора, подтяжка контактных соединений ошиновки в коробе и кабелей 6 кВ, чистка изоляторов в коробе и проходных изоляторов в нише кабельных вводов.

При текущем ремонте —  проверка крепления электродвигателей, подшипников, исправности заземления, степени нагрева и состояние  корпуса и подшипников, правильности выбора плавких вставок предохранителей  и уставок автоматов; исправности работы охлаждения.