Τεχνολογία υψηλής τάσης στον ηλεκτρισμό, τύποι μόνωσης εγκαταστάσεων και συντονισμός μόνωσης

Τεχνική υψηλής τάσης

Η μηχανική υψηλής τάσης είναι ένας από τους κύριους κλάδους σε μια σειρά ειδικοτήτων ηλεκτρολογικών, ηλεκτρολογικών και ηλεκτροφυσικών.

Χρησιμοποιείται ευρέως σε πολλούς τομείς της εθνικής οικονομίας. Όσον αφορά τα συστήματα ισχύος υψηλής τάσης, αυτός ο κλάδος μελετά την ηλεκτρική μόνωση και τις διεργασίες που συμβαίνουν στη μόνωση όταν εκτίθενται σε ονομαστικές (λειτουργικές) τάσεις και υπερτάσεις.

Οι εγκαταστάσεις υψηλής τάσης, με βάση τα χαρακτηριστικά των διεργασιών στην ηλεκτρική μόνωση, περιλαμβάνουν εγκαταστάσεις με ονομαστική τάση άνω των 1000 V.

Το μάθημα της τεχνικής υψηλής τάσης συνήθως χωρίζεται σε δύο μέρη. Το πρώτο μέρος πραγματεύεται θέματα που σχετίζονται με το σχεδιασμό, την τεχνολογία, τις δοκιμές και τη λειτουργία. μόνωση ηλεκτρικών εγκαταστάσεων… Το δεύτερο μέρος εξετάζει την εμφάνιση υπερτάσεων σε ηλεκτρικά δίκτυα και μεθόδους περιορισμού τους.

Και τα δύο μέρη της τεχνολογίας υψηλής τάσης συνδέονται στενά μεταξύ τους και η συνολική λύση στα προβλήματα του ενός ή του άλλου τμήματος πρέπει να πραγματοποιηθεί σε μια αμοιβαία σχέση.

Το φάσμα των θεμάτων που αντιμετωπίζει η τεχνολογία υψηλής τάσης περιλαμβάνει:

• ηλεκτρικό πεδίο σε υψηλή τάση.

• ηλεκτρική εκκένωση και σερφάρισμα σε διηλεκτρικά.

• ηλεκτρική μόνωση και μονωτικές κατασκευές.

• Μέθοδοι προστασίας από υπερτάσεις και υπερτάσεις.

• θέματα που σχετίζονται με τον εξοπλισμό εργαστηρίων υψηλής τάσης, τις μετρήσεις υψηλής τάσης, τις μεθόδους προληπτικού ελέγχου μονωτικών και μονωτικών κατασκευών, τα ρεύματα γείωσης και τις συσκευές γείωσης.

Κάθε μία από αυτές τις ερωτήσεις έχει τα δικά της χαρακτηριστικά και ανεξάρτητη σημασία. Ωστόσο, όλα στοχεύουν στην επίλυση του κύριου προβλήματος της τεχνολογίας υψηλής τάσης — δημιουργία και παροχή αξιόπιστης λειτουργίας ηλεκτρικής μόνωσης εγκαταστάσεων υψηλής τάσης (δημιουργία μονωτικών κατασκευών με τεχνικά και οικονομικά ορθολογικά επίπεδα μόνωσης).

Για παράδειγμα, οι διαρροές αερίου έχουν μεγάλη ανεξάρτητη σημασία, αλλά στις τεχνολογίες υψηλής τάσης λαμβάνονται υπόψη ως προς τις ιδιότητες μόνωσης, καθώς αέρια, ειδικά ο αέρας, υπάρχουν σε όλες τις μονωτικές κατασκευές.

Αυτή η επιστημονική πειθαρχία προέκυψε ταυτόχρονα με την εμφάνιση των πρώτων εγκαταστάσεων υψηλής τάσης, όταν η ηλεκτρική μόνωση άρχισε να καθορίζει την αξιοπιστία της λειτουργίας τους.

Καθώς μεγαλώνεις ονομαστική τάση των εγκαταστάσεων αυξάνονται οι απαιτήσεις μόνωσης.Αυτές οι απαιτήσεις καθορίζονται σε μεγάλο βαθμό από τα μεταβατικά εκείνα που συμβαίνουν σε διάφορα μέρη ηλεκτρικών εγκαταστάσεων κατά την εναλλαγή κυκλώματος, σφάλματα γείωσης κ.λπ. (εσωτερικές υπερτάσεις) και αστραπιαίες εκκενώσεις (ατμοσφαιρικές υπερτάσεις).

Σε σχέση με την επίλυση των προβλημάτων της τεχνολογίας υψηλής τάσης, χρειάστηκαν ειδικά εργαστήρια υψηλής τάσης για τη λήψη υψηλών τάσεων διαφόρων τύπων και μορφών, καθώς και συσκευές μέτρησης υψηλής τάσης.

Ως εκ τούτου, η μηχανική υψηλής τάσης θεωρεί τον κύριο εξοπλισμό των σύγχρονων εργαστηρίων υψηλής τάσης και των μετρήσεων υψηλής τάσης.

Επιπλέον, η ροή των ρευμάτων στο έδαφος (βιομηχανική συχνότητα και παλμός) θεωρείται από την άποψη της διάταξης των γειώσεων εργασίας και προστασίας, που είναι απαραίτητες για τη διασφάλιση των τρόπων λειτουργίας των εγκαταστάσεων υψηλής τάσης και της ασφάλειας της συντήρησής τους .

Η μηχανική υψηλής τάσης είναι ο μόνος ακαδημαϊκός κλάδος που εξετάζει διεξοδικά την απόδοση των μονωτικών κατασκευών σε ηλεκτρικά συστήματα, γι' αυτό και είναι ένας από τους βασικούς κλάδους για όλους τους κλάδους ηλεκτρολόγων μηχανικών και ηλεκτρολόγων μηχανικών.

Τύποι μόνωσης για ηλεκτρικές εγκαταστάσεις υψηλής τάσης

Μοντέρνο συστήματα ισχύος, που αποτελείται από έναν αριθμό σταθμών ηλεκτροπαραγωγής (NPP, HPP, GRES, TPP), υποσταθμούς, εναέριες και καλωδιακές γραμμές ηλεκτρικής ενέργειας, περιέχουν τρεις κύριους τύπους μόνωσης υψηλής τάσης: μόνωση σταθμού, υποσταθμού και γραμμής.

Για μόνωση αερίου περιλαμβάνουν τη μόνωση ηλεκτρικού εξοπλισμού που προορίζεται για εσωτερική εγκατάσταση, δηλαδή τη μόνωση περιστρεφόμενων μηχανών (γεννήτριες, κινητήρες και αντισταθμιστές), ηλεκτρικές συσκευές (διακόπτες, περιοριστές, αντιδραστήρες κ.λπ.). μετασχηματιστές ισχύος και αυτομετασχηματιστές, καθώς και ηλεκτρικές μονωτικές κατασκευές για εσωτερική εγκατάσταση (πρίζες και μονωτές στήριξης κ.λπ.).

Για απομόνωση υποσταθμού περιλαμβάνουν μόνωση ηλεκτρικού εξοπλισμού που προορίζεται για εξωτερική εγκατάσταση (στο ανοιχτό τμήμα του υποσταθμού), δηλαδή μόνωση μετασχηματιστών ισχύος και αυτομετασχηματιστών, εξωτερικών ηλεκτρικών συσκευών, καθώς και δομών ηλεκτρικής απομόνωσης για εξωτερική εγκατάσταση.

Για απομόνωση γραμμής περιλαμβάνουν μόνωση εναέριας γραμμής και μόνωση καλωδιακής γραμμής.

Η ηλεκτρική μόνωση εγκαταστάσεων υψηλής τάσης χωρίζεται σε εξωτερική και εσωτερική. Για εξωτερική μόνωση περιλαμβάνουν ηλεκτρικές μονωτικές συσκευές και κατασκευές στον αέρα και στην εσωτερική μόνωση — συσκευές και δομές σε υγρό ή ημί-υγρό μέσο.

Η μόνωση υψηλής τάσης καθορίζει την αξιοπιστία της λειτουργίας των συστημάτων ισχύος και επομένως υπόκειται σε απαιτήσεις για ηλεκτρική αντοχή όταν εκτίθεται σε υψηλές τάσεις και υπερτάσεις, μηχανική αντοχή, αντίσταση στις περιβαλλοντικές επιδράσεις κ.λπ.

Η μόνωση πρέπει να αντέχει την τάση λειτουργίας για μεγάλο χρονικό διάστημα καθώς και την κρούση διαφορετικούς τύπους υπέρτασης.

Η εξωτερική μόνωση που προορίζεται για εξωτερική τοποθέτηση πρέπει να λειτουργεί αξιόπιστα σε βροχή, χιόνι, πάγο, διάφορους ρύπους κ.λπ. Η εσωτερική μόνωση, σε σύγκριση με την εξωτερική μόνωση, έχει συνήθως καλύτερες συνθήκες εργασίας.Σε ορεινές περιοχές, η εξωτερική μόνωση πρέπει να λειτουργεί αξιόπιστα σε μειωμένη πίεση αέρα.

Πολλοί τύποι ηλεκτρομονωτικών κατασκευών πρέπει να έχουν αυξημένη μηχανική αντοχή. Για παράδειγμα, μονωτήρες στήριξης και μανίκια, μανίκια κ.λπ. πρέπει να αντέχει επανειλημμένα την πρόσκρουση μεγάλων ηλεκτροδυναμικών δυνάμεων κατά τη διάρκεια βραχυκυκλωμάτων, μονωτών γραμμής (γιρλάντες) και ηλεκτρικών μονωτικών κατασκευών υψηλής υποστήριξης — φόρτιση ανέμου, καθώς ο άνεμος μπορεί να δημιουργήσει υψηλή πίεση.

Ο περιορισμός των επικίνδυνων για μόνωση υπερτάσεων σε διαφορετικούς τρόπους λειτουργίας πραγματοποιείται με τη βοήθεια ειδικές προστατευτικές συσκευές.

Οι κύριες προστατευτικές διατάξεις είναι απαγωγείς, απαγωγείς υπερτάσεων, προστατευτικές χωρητικότητες, πηνία καταστολής τόξου και αντιδραστήρια, αλεξικέραυνα (σχοίνι και ράβδοι), διακόπτες υψηλής ταχύτητας με συσκευές αυτόματου κλεισίματος (AR).

Τα εύλογα μέτρα λειτουργίας βοηθούν στην εξασφάλιση αξιόπιστης λειτουργίας της μόνωσης κατά τη χρήση περιοριστών και άλλων προστατευτικών διατάξεων. Περιλαμβάνουν συντονισμό της μόνωσης, οργάνωση περιοδικών προληπτικών δοκιμών μόνωσης (για τον εντοπισμό και την αφαίρεση εξασθενημένης μόνωσης), γείωση των ουδέτερων μετασχηματιστών κ.λπ. .

Συντονισμός απομόνωσης

Ένα από τα κύρια προβλήματα που προκύπτουν στον σχεδιασμό της μόνωσης στις τεχνολογίες υψηλής τάσης είναι ο ορισμός του λεγόμενου «Επίπεδο μόνωσης», δηλαδή την τάση που μπορεί να αντέξει χωρίς να καταστραφεί.

Η μόνωση των ηλεκτρικών εγκαταστάσεων πρέπει να γίνεται με τέτοιο όριο ηλεκτρικής αντοχής ώστε να μην υπάρχει επικάλυψη (καταστροφή) σε οποιαδήποτε πιθανή υπέρταση.Ωστόσο, αυτή η μόνωση είναι πολύ δυσκίνητη και δαπανηρή.

Επομένως, όταν επιλέγετε μόνωση, συνιστάται να μην ακολουθήσετε τη γραμμή δημιουργίας ορίου στην ηλεκτρική της αντοχή, αλλά κατά μήκος της γραμμής εφαρμογής τέτοιων προστατευτικών μέτρων που, αφενός, εμποδίζουν την εμφάνιση επικίνδυνων για μόνωση κυμάτων υπέρτασης, και από την άλλη προστατεύει τη μόνωση από την εμφάνιση κυμάτων...

Επομένως, η μόνωση επιλέγεται σε ένα ορισμένο επίπεδο, δηλ. καθορισμένη τιμή για την τάση εκφόρτισης και διακοπής, λαμβάνοντας υπόψη τα προστατευτικά μέτρα.

Επίπεδο απομόνωσης και τα προστατευτικά μέτρα πρέπει να επιλέγονται με τέτοιο τρόπο ώστε η μόνωση να μην καταρρέει υπό την επίδραση διαφόρων μορφών υπέρτασης που συμβαίνουν σε μια δεδομένη εγκατάσταση και ταυτόχρονα να έχει ελάχιστο μέγεθος και κόστος.

Ο συνδυασμός του εγκεκριμένου επιπέδου μόνωσης και των μέτρων προστασίας με υπερτάσεις που επηρεάζουν τη μόνωση ονομάζεται συντονισμός απομόνωσης.

Τα επίπεδα μόνωσης για εγκαταστάσεις με τάση 220 kV συμπεριλαμβανομένων καθορίζονται κυρίως από τις τιμές των ατμοσφαιρικών υπερτάσεων, δηλ. είναι σημαντικά υψηλότερες από τις τιμές των εσωτερικών υπερτάσεων και ο συντονισμός μόνωσης σε αυτές βασίζεται σε χαρακτηριστικά παλμών.

Τα επίπεδα μόνωσης των εγκαταστάσεων 330 kV και άνω καθορίζονται κυρίως από εσωτερικές υπερτάσεις και ο συντονισμός της μόνωσης σε αυτές βασίζεται στην εξέταση των πιθανών μεγεθών αυτών των υπερτάσεων.

Ο συντονισμός της μόνωσης εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από το ουδέτερο σημείο της εγκατάστασης. Οι εγκαταστάσεις με απομονωμένο ουδέτερο απαιτούν υψηλότερο επίπεδο μόνωσης από τις εγκαταστάσεις με ουδέτερο με σκληρή γείωση.