Tehnologia de înaltă tensiune în energie electrică, tipuri de izolație a instalațiilor și coordonarea izolației

Tehnica de înaltă tensiune

Ingineria de înaltă tensiune este una dintre disciplinele principale într-un număr de specialități electrice, electrice și electrofizice.

Este utilizat pe scară largă în multe sectoare ale economiei naționale. În ceea ce privește sistemele de energie de înaltă tensiune, această disciplină studiază izolația electrică și procesele care apar în izolație atunci când sunt expuse la tensiuni nominale (de funcționare) și supratensiuni.

Instalațiile de înaltă tensiune, bazate pe caracteristicile proceselor de izolație electrică, includ instalațiile cu o tensiune nominală peste 1000 V.

Cursul de tehnică de înaltă tensiune este de obicei împărțit în două părți. Prima parte abordează probleme legate de proiectare, tehnologie, testare și operare. izolarea instalatiilor electrice… A doua parte examinează apariția supratensiunilor în rețelele electrice și metodele de limitare a acestora.

Ambele părți ale tehnologiei de înaltă tensiune sunt strâns legate între ele, iar soluția generală a problemelor uneia sau celeilalte părți trebuie realizată într-o relație reciprocă.

Gama de probleme abordate de tehnologia de înaltă tensiune include:

• câmp electric la înaltă tensiune;

• descărcare electrică și navigare în dielectrice;

• izolații electrice și structuri izolante;

• metode de protecție la supratensiune și supratensiune;

• aspecte legate de echiparea laboratoarelor de înaltă tensiune, măsurători de înaltă tensiune, metode de testare preventivă a izolațiilor și structurilor de izolare, curenții de pământ și dispozitivele de împământare.

Fiecare dintre aceste întrebări are propriile sale caracteristici și importanță independentă. Cu toate acestea, toate au scopul de a rezolva problema principală a tehnologiei de înaltă tensiune - realizarea și asigurarea izolației electrice funcționale fiabile a instalațiilor de înaltă tensiune (realizarea structurilor de izolare cu niveluri de izolare raționale din punct de vedere tehnic și economic).

De exemplu, scurgerile de gaze au o mare importanță independentă, dar în tehnologiile de înaltă tensiune sunt considerate în ceea ce privește proprietățile de izolare, deoarece gazele, în special aerul, sunt prezente în toate structurile de izolație.

Această disciplină științifică a apărut odată cu apariția primelor instalații de înaltă tensiune, când izolarea electrică a început să determine fiabilitatea funcționării acestora.

Pe măsură ce crești tensiunea nominală a instalaţiilor cerințele de izolare sunt în creștere.Aceste cerințe sunt în mare măsură determinate de acele tranzitorii care apar în diferite părți ale instalațiilor electrice în timpul comutării circuitelor, defecțiunilor la pământ etc. (supratensiuni interne) și descărcări de fulgere (supratensiuni atmosferice).

În legătură cu rezolvarea problemelor tehnologiei de înaltă tensiune, au fost necesare laboratoare speciale de înaltă tensiune pentru obținerea unor tensiuni înalte de diferite tipuri și forme, precum și aparate de măsurare a tensiunii înalte.

Prin urmare, ingineria de înaltă tensiune ia în considerare echipamentele principale ale laboratoarelor moderne de înaltă tensiune și măsurătorile de înaltă tensiune.

În plus, curgerea curenților în sol (frecvență industrială și impuls) este considerată din punctul de vedere al dispunerii legăturilor de lucru și de protecție, necesare pentru asigurarea modurilor de funcționare a instalațiilor de înaltă tensiune și siguranța întreținerii acestora. .

Ingineria de înaltă tensiune este singura disciplină academică care examinează în mod cuprinzător performanța structurilor de izolație în sistemele electrice, motiv pentru care este una dintre disciplinele de bază pentru toate specializările de inginerie electrică și inginerie electrică.

Tipuri de izolatii pentru instalatii electrice de inalta tensiune

Modern sisteme de alimentare, formată dintr-un număr de centrale electrice (NPP, HPP, GRES, TPP), substații, linii electrice aeriene și cabluri, conțin trei tipuri principale de izolație de înaltă tensiune: izolație stație, substație și linie.

La izolarea cu gaze includ izolarea echipamentelor electrice destinate instalării interioare, adică izolarea mașinilor rotative (generatoare, motoare și compensatoare), a dispozitivelor electrice (întrerupătoare, limitatoare, reactoare etc.). transformatoare de putere și autotransformatoare, precum și structuri electroizolante pentru instalații interioare (prize și izolatoare suport etc.).

Pentru izolarea substației includ izolarea echipamentelor electrice destinate instalării exterioare (în partea deschisă a substației), adică izolarea transformatoarelor de putere și a autotransformatoarelor, a dispozitivelor electrice externe, precum și a structurilor de izolare electrică pentru instalații externe.

Pentru izolarea liniei includ izolarea liniilor aeriene și izolarea liniilor de cablu.

Izolația electrică a instalațiilor de înaltă tensiune este împărțită în exterioară și interioară. La izolarea exterioară includ dispozitive și structuri de izolare electrică în aer și la izolarea interioară — dispozitive și structuri într-un mediu lichid sau semi-lichid.

Izolarea de înaltă tensiune determină fiabilitatea funcționării sistemelor de alimentare și, prin urmare, este supusă cerințelor de rezistență electrică atunci când este expus la tensiuni înalte și supratensiuni, rezistență mecanică, rezistență la influențele mediului etc.

Izolația trebuie să reziste mult timp la tensiunea de funcționare, precum și la impact diferite tipuri de supratensiune.

Izolația exterioară destinată instalării exterioare trebuie să funcționeze fiabil pe ploaie, zăpadă, gheață, diverși poluanți etc. Izolația interioară, comparativ cu izolația exterioară, are de obicei condiții de lucru mai bune.În zonele muntoase, izolația exterioară trebuie să funcționeze fiabil la presiunea aerului redusă.

Multe tipuri de structuri de izolare electrică trebuie să aibă o rezistență mecanică crescută. De exemplu, suport și izolatori de manșon, manșoane etc. trebuie să reziste în mod repetat la impactul forțelor electrodinamice mari în timpul scurtcircuitelor, izolatoarelor de linie (ghirlande) și structurilor izolante electrice cu suport ridicat - încărcarea vântului, deoarece vântul poate crea presiune ridicată.

Limitarea supratensiunilor periculoase pentru izolație în diferite moduri de funcționare se realizează folosind ajutorul dispozitive speciale de protecție.

Principalele dispozitive de protecție sunt descărcătoarele, descărcătorul de supratensiune, capacitățile de protecție, suprimarea arcului și bobinele reactive, descărcătoarele (frânghie și tijă), întrerupătoarele de viteză mare. cu dispozitive de închidere automată (AR).

Măsurile de funcționare rezonabile ajută la asigurarea funcționării fiabile a izolației atunci când se utilizează limitatoare și alte dispozitive de protecție, includ coordonarea izolației, organizarea de teste periodice de izolație preventivă (pentru identificarea și îndepărtarea izolației slăbite), împământarea neutrelor transformatoarelor etc. .

Coordonarea izolarii

Una dintre principalele probleme care apar în proiectarea izolației în tehnologiile de înaltă tensiune este definirea așa-numitelor „Nivel de izolare”, adică tensiunea pe care o poate suporta fără a fi deteriorată.

Izolarea instalațiilor electrice trebuie efectuată cu o astfel de limită de rezistență electrică încât să nu existe suprapunere (distrugere) la orice eventuală supratensiune.Cu toate acestea, această izolație este prea greoaie și costisitoare.

Prin urmare, atunci când alegeți izolația, este recomandabil să nu mergeți pe linia creării unei limite a rezistenței sale electrice, ci pe linia aplicării unor astfel de măsuri de protecție care, pe de o parte, împiedică apariția undelor de supratensiune periculoase pentru izolație, și pe de altă parte, protejează izolația de undele de supratensiune care apar...

Prin urmare, izolația este selectată la un anumit nivel, adică. valoarea specificată pentru tensiunea de descărcare și de rupere, ținând cont de măsurile de protecție.

Nivel de izolare iar măsurile de protecție trebuie selectate astfel încât izolația să nu se prăbușească sub influența diferitelor forme de supratensiune care apar într-o anumită instalație și, în același timp, să aibă o dimensiune și un cost minim.

Reconcilierea nivelului de izolare adoptat și a măsurilor de protecție cu supratensiunile care afectează izolația se numește coordonarea izolarii.

Nivelurile de izolare pentru instalațiile cu o tensiune de 220 kV inclusiv sunt determinate în principal de valorile supratensiunilor atmosferice, adică sunt semnificativ mai mari decât valorile supratensiunilor interne, iar coordonarea izolației în ele se bazează pe caracteristicile impulsului.

Nivelurile de izolație ale instalațiilor de 330 kV și mai mari sunt determinate în principal de supratensiuni interne, iar coordonarea izolației în acestea se bazează pe luarea în considerare a posibilelor magnitudini ale acestor supratensiuni.

Coordonarea izolației depinde foarte mult de punctul neutru al instalației. Instalațiile cu un neutru izolat necesită un nivel mai ridicat de izolare decât instalațiile cu un neutru cu împământare dur.