Координация изоляции подстанционного оборудования

Уровень внешней и внутренней изоляции подстанционного оборудования устанавливается с помощью комплекса испытаний повышенным напряжением, нормируемых ГОСТом.

Принципы координации внешней изоляции подстанций при рабочих напряжениях и коммутационных перенапряжениях те же, что и для ВЛ. Однако требования надежности и техники безопасности для подстанций выше (одно перекрытие в сотни лет), а возможности варьирования с изоляторами (аппараты, трансформаторы) часто меньше. Поэтому для подстанционного оборудования особенно важное значение при координации внешней и внутренней изоляции, приобретает ограничение перенапряжений с помощью разрядников и других устройств.

Координация изоляции электрооборудования подстанций при воздействии грозовых импульсов заключается в том, что уровень изоляции подстанционного оборудования должен быть выше остающегося напряжения вентильных разрядников на некоторую величину, учитывающую расположение разрядников, кумулятивный эффект, статистические данные о разбросе разрядных характеристик изоляции и разрядников и т. д.

Стандартами предусматривается испытание полным импульсом напряжения 1,2/50 мс и срезанным при времени среза T_ср =2–3 мкс.

Для электрооборудования 3–220 кВ расчетная величина испытательного полного грозового импульса U_расч определяется по формуле:

,                           (3.11)

где U_ост — остающееся напряжение на разряднике при максимально допустимом импульсном токе I_{р mах} =5 кА.

При напряжении 330 кВ и выше:

                                        (3.12)

для трансформаторов

                                        (3.13)

для аппаратов (I_{p max} =10 кА).

Для внешней изоляции с учетом возможного влияния атмосферных условий испытательное напряжение несколько повышается по отношению к расчетному:

                                        (3.14)

Для внутренней изоляции учитывается кумулятивный эффект, т. е. накопление частичных повреждений при многократных импульсных воздействиях:

                                        (3.15)

При испытании невозбужденных трансформаторов импульсные испытательные напряжения повышаются на 0,5U_ном.

При срезанных грозовых импульсах испытательные напряжения увеличиваются на 15–25 % по отношению к напряжению полного импульса для внешней изоляции и на 10–20 % для внутренней.

Координация внутренней изоляции оборудования подстанций напряжением до 220 кВ при внутренних перенапряжениях заключается в определении одноминутных испытательных напряжений промышленной частоты. В расчетные кратности коммутационных перенапряжений при определении величин одноминутных испытательных напряжений вносят поправки на несоответствие методики и условий испытаний форме  и длительности перенапряжений, а также условиям в эксплуатации.  Учитываются также возможность кумулятивного эффекта и статистические закономерности воздействующих перенапряжений и электрической прочности изоляции.

Для испытания внешней изоляции, кроме того, производятся испытания ВН при плавном подъеме в сухом состоянии и под дождем для изоляции между контактами разных фаз и между разомкнутыми контактами одного полюса коммутационных аппаратов, которые являются производными от рассмотренных основных испытательных напряжений.

Одноминутное испытательное напряжение промышленной частоты в основном определяется расчетными значениями коммутационных перенапряжений, см. формулу (3.6):

                  (3.16)

где k_п.р – раcчетная кратность коммутационных перенапряжений; k_{имп.ком} – коэффициент импульса при воздействии коммутационных перенапряжений; k_к – коэффициент, учитывающий кумулятивный эффект и старение изоляции в процессе эксплуатации.

Так, например, для изоляции силовых трансформаторов k_{имп.ком}=1,35, а k_к=0,85–0,9.

Координация внутренней изоляции оборудования подстанций 330 кВ и больших состоит в определении коммутационных импульсов.

Испытательное напряжение  коммутационным импульсом определяется также исходя из расчетных значений коммутационных перенапряжений U_{возд.ком} с учетом коэффициента кумулятивности k_к:

                         (3.17)

В связи с совершенствованием средств грозозащиты и ограничением кратности атмосферных и внутренних перенапряжений при напряжениях 220 кВ и выше уровень изоляции может определяться не только перенапряжениями, но и длительно действующими максимальными рабочими напряжениями. Поэтому для такой изоляции предусматриваются испытания и при длительном действии напряжения в течение 30 – 60 мин с регистрацией характеристик ЧР. При этом интенсивность ЧР не должна превысить определенный уровень.

Таким образом, эффективность решения проблемы координации в процессе эксплуатации оборудования практически может быть оценена следующими критериями:

1) с рабочими напряжениями – интенсивностью срабатывания ресурса изоляции (оставшимся ресурсом);

2) с внутренними перенапряжениями – фактическим числом отключений электроустановки;

3) с грозовыми перенапряжениями – показателям надежности грозозозащиты.

Экономически наиболее целесообразной является координация изоляции, предусматривающая такие меры по ограничению внутренних и грозовых перенапряжений, при которых основные габаритные размеры изоляции, выбранные по условию надежной работы при рабочем напряжении, будут также обеспечивать надежную работу при воздействии внутренних и грозовых перенапряжений.

Такой комплекс мероприятий называют «нормированием изоляции».

Контрольные вопросы

1. Виды режимов нейтрали, область применения.

 2. Что называют координацией изоляции? 

3. Каковы параметры стандартного грозового импульса?

4. Что такое «вольт-секундная характеристика»?

5. Почему грозовые перенапряжения наиболее опасны для сетей средних классов напряжений, а коммутационные – для сетей высших классов напряжений?

6. Объясните понятие уровень изоляции.

7. Эквивалент воздействующих на изоляцию внутренних перенапряжений.

8. Эквивалент воздействующих на изоляцию внешних перенапряжений.

9. Частичные разряды в изоляции и их связь с оставшимся ресурсом.