Причины возникновения перенапряжений

Лекция 5. ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ В ЭЛЕКТРОУСТАНОВКАХ

Изоляция электрических машин высокого напряжения

К электрическим машинам высокого напряжения относятся турбогенераторы, гидрогенераторы, синхронные компенсаторы, синхронные и асинхронные двигатели большой мощности с номинальными напряжениями 3 кВ и выше. Основной особенностью работы изоляции машин является тяжелые условия эксплуатации: воздействия перенапряжений, высокой рабочей температуры и перепадов температуры, вибрации, ударных механических воздействий. По этой причине изоляция машин должна обладать высокой нагревостойкостью (класса не ниже B) и механической прочностью.

В электрических машинах высокого напряжения изоляцию обмоток статоров разделяют на следующие виды:

- корпусная или главная изоляция – между обмоткой и сталью статора;

- междуфазная изоляция – между обмотками различных фаз;

- витковая или продольная изоляция – между витками одной секции или между катушками;

- изоляция элементарных проводников – между проводниками в одном витке или стержне обмотки.

Витковая изоляция выполняется обычно из стеклослюдяной ленты или на основе эмалированных проводов со стекловолокнистой обмоткой, пропитанных эпоксидным компаундом. Главная изоляция выполняется на основе слюдяных изоляционных материалов с обеспечением отсутствия газовых прослоек. Токоведущая часть стержней выполняется прямоугольной формы, и электрическое поле в пазах неоднородно. Для снижения неоднородности поля углы стержней закругляют или применяют экраны (прокладки) из алюминия.

Кратковременная электрическая прочность корпусной изоляции при толщинах от 3 до 12 мм характеризуется на частоте 50 Гц средней электрической прочностью 30..35 кВ/мм. Однако рабочие напряженности электрического поля в связи с нестабильностью характеристик выбираются на уровне 2..4 кВ/мм. При рабочих напряженностях в высоковольтных электрических машинах в течение длительного времени существуют частичные разряды заметной интенсивности, которые слабо влияют на надежность и долговечность изоляции, поскольку слюда весьма стабильна к воздействию частичных разрядов.

Причинами перенапряжений в устройствах электроснабжения могут быть атмосферные разряды, коммутационные процессы, а также определенные эксплуатационные состояния электротехнического оборудования.

Атмосферные разряды, т. е. попадания молнии в электротехнические системы или рядом с ними, приводят к грозовым перенапряжениям, длительность которых может составлять несколько десятков микросекунд.

Переключения в системе нередко приводят к коммутационным перенапряжениям, длительность действия которых в зависимости от импеданса переключаемых цепей составляет несколько сот микросекунд.

Определенные эксплуатационные состояния электрооборудования могут стать причиной так называемых временных перенапряжений, длительность которых в большой степени зависит от действий энергодиспетчеров. В некоторых исследованиях речь идет о длительности порядка 100 с.

Наибольшие повреждения электротехнических устройств вызывают грозовые перенапряжения, обусловленные ударами молний, частота возникновения и величина тока которых зависят от топографических условий и технического исполнения электротехнических систем. Полная защита от таких перенапряжений возможна лишь в исключительных случаях и связана с большими затратами. В связи с этим концепция защиты от грозовых перенапряжений представляет собой компромисс между эксплуатационным и экономическим аспектами.

ВИДЫ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ