Методи контролю внутрішної ізоляції 2 страница

де , – терміни служби при Т₁ і Т₂; D Т – підвищення температури, що скорочує термін служби ізоляції в 2 рази. У середньому для різних видів ізоляції D Т» 10°С.

Встановлені значення допустимої робочої температури ізоляції Т_д.р. введенням 7 класів нагрівостійкості (табл.11.1).

Таблиця 11.1. Класи нагрівостійкості ізоляції.

Y	A	E	B	F	H	C
90°	105°	120°	130°	155°	170°	180°

Запитання для самоконтролю

1.Наведіть види старінні внутрішньої ізоляції

2.Поясніть механізм електричного старіння ізоляції.

3.Від чого залежить інтенсивність електричного старіння?

4.Поясніть механізм старіння від механічних навантажень.

5.Як впливає зволоження на інтенсивність старіння ізоляції?

6.Поясніть механізм теплового старіння ізоляції.

7.Назвіть класи нагрівостійкості ізоляції.

8.Які заходи запобігають інтенсивному старінню ізоляції?

РОЗДІЛ 12

ЗАХИСТ ЕЛЕКТРООБЛАДНАННЯ ВІД УДАРІВ БЛИСКАВКИ

12.1.Ефективність захисту електрообладнання

Ефективність захисту електрообладнання від ураження блискавкою характеризується середнім допустимим числом перекриття ізоляції внаслідок прориву блискавки в зону захисту - β₁, зворотних перекриттів при ударах в блискавковідводи - β₂ і перекриттів внаслідок появи небезпечних перенапружень при набіганні імпульсів по лінії - β_3. Середнє число перекриттів ізоляції внаслідок прориву блискавки в зону захисту визначається за формулою:

β₁=n_уд∙P_пр∙ P_пер ∙ D/100, (12.1)

де n_уд- число ударів блискавки в об'єкт (підстанцію) за 100 грозових годин; Р_пр- імовірність прориву блискавки в зону захисту об'єкта; Р_пер – імовірність перекриття ізоляції при ударі блискавки в провід; D_г – число грозових годин в місці розташування об’єкта.

Кількість зворотних перекриттів ізоляції при ударах блискавки в блискавковідводи дорівнює:

β₂= n_уд(1 – P_пр)P_зв∙D_г/100, (12.2)

де Р_зв - імовірність зворотного перекриття при ударі в блискавковідвід, яка визначається критичним струмом І_кр, при якому стає можливим перекриття ізоляції.

Небезпечні імпульси перенапруги, що виникають внаслідок прориву блискавки через зону захисту чі при зворотних перекриттях, розповсюджуються по лінії і можуть привести до перекриття ізоляції електрообладнання. Середнє річне число перекриттів ізоляції електрообладнання набігаючими імпульсами визначають за формулою:

, (12.3)

де l_зп – довжина захищеного підходу до об’єкта; Р_а – імовірність ураження струмопроводу; m – число проводів.; Р_оп – імовірність перекриття ізоляції на опорі при ударі блискавки в провід; Р_тр – імовірність перекриття проміжку захисний трос-провід; h_оп – висота опори; l – висота закріплення гірлянди.

Показником грозостійкості об’єкта (підстанції) є число років безаварійної роботи, що визначається за формулою:

М = 1 / β₁ + β₂ + β₃. (12.4)

Вихідними даними для розрахунку блискавкозахисту від прямих ударів блискавки є призначення об'єкта, його значущість, ступінь вибухонебезпечності, конструктивні ті технологічні особливості, габарити, електричний опір ґрунту. По відношенню до вимог блискавкозахисту усі об'єкти класифікують за трьома категоріями вибухо- і пожежонебезпеки. Узагальнено ці ознаки характеризуються наступним чином.

До першої категорії відносять об'єкти, в яких знаходяться відкриті вибухо- та пожежонебезпечні речовини, що можуть привести до руйнувань та людських жертв.

До другої категорії відносять об'єкти, в яких вибухо- та пожежонебезпечні речовини знаходяться у вогнестійких посудинах, але можуть вивільнятися при аварії.

До третій категорії відносять об'єкти, в яких такі речовини взагалі відсутні. Захист об'єктів від прямих ударів блискавки здійснють за допомогою блискавковідводів, які поділяються на стрижневі, тросові і комбіновані. В останній час розробляють так звані активні блискавковідводи, які містять іонізуючі системи. Блискавковідвід – це споруда, вища за захисний об’єкт, яка сприймає прямі удари блискавки і відводить струми блискавки в землю через системі заземлень. Кожен блискавковідвід складається з трьох основних елементів: блискавкоприймача, струмопровода, заземлення. За характером взаємодії стрижневі й тросові блискавковідводи поділяються на одиночні, подвійні й багатократні. Об'єкти 1 категорії захищають окремо стоячими стрижневими або тросовими блискавковідводами. Допускається встановлення ізольованих блискавковідводів безпосередньо на захищені об'єкти. Об'єкти другої категорії захищають окремо стоячими або встановленими на спорудах неізольованими стрижневими або тросовими блискавковідводами, а також використанням в якості блискавкоприймача металевої покрівлі споруд. Захист об’єктів третьої категорії може бути здійснений блискавковідводами будь-яких модифікацій, в тому числі металевою сіткою, що укладається на покрівлю. У всіх випадках кожен тип блискавковідводів повинен мати не менше двох струмовідводів.

Відкриті розподільні пристрої підстанцій захищають стрижневими, а лінії електропередач – тросовими блискавковідводами.

У даний час нормовані зони захисту блискавковідводів висотою до 150 м являють собою конус з вершиною на висоті h ₀ < h, переріз якого на висоті h_x має радіус r_x (рис.5.1).

Зона захисту – це простір, імовірність ураження об'єктів у межах якого не перевищує 0,05 (або 1 раз за 200 років). Зона захисту визначається відношенням L / h (L – відстань розряду блискавки; h – висота блискавковідводу). У деяких випадках для особливо важливих об'єктів зону захисту розраховують за умови імовірності прориву не більше за 0,005. За цією оцінкою розрізняють зону захисту типу А, яка має ступінь надійності 99,5% й вище і зону захисту типу Б- 95% й вище. Існує два методи розрахунку зон захисту, які мало відрізняються за кінцевим результатом. Дослідження зони захисту, проведене на фізичних моделях показало, що геометрична форма захисної зони стрижневого блискавковідводу описується гіперболічним законом, але для практичного застосування гіпербола апроксимується ламаною лінією.

12.2. Зона захисту одиночного стрижневого блискавковідводу являє собою конус з твірною у вигляді ламаної (І метод) і гіперболи (ІІ метод).

Рис.12.1.-Геометрична побудова зони захисту стрижневого блискавковідводу: h – висота блискавковідводу: h_х – висота об’єкту; r_х –радіус описаного кола навколо об’єкта.

Послідовність побудови зони захисту по першому методу для блискавковідводів з висотою h £ 60 м наступна:

1. Відкладаємо від вертикалі відрізки СА^΄, CB^΄ на відстані 0,75 h;

2. На висоті h ₀ = 0,8× h ставимо точку О^΄;

3.Точку О^΄ з'єднуємо з А і В (СА = СВ = 1,5 h)

4. Точку О з'єднуємо з А΄ і В΄.

Проводимо лінію BDO яка є твірною зони захисту.

Для визначення радіуса зони захисту r_x на будь-якій висоті h_x використовуємо формули:

при ; (12.5)

при . (12.6)

Вирішуючи ці рівняння відносно висоти h, одержимо при заданих значеннях r_x і h_x оптимальну висоту блискавковідводу в метрах:

, і . (12.7)

Для блискавковідводів з висотою h» 60¸100 зона захисту визначається, виходячи з лімітованого радіуса основи конуса r = 90 м.

Тоді радіус зони захисту на висоті h_x визначають із співвідношень

при ; (12.8)

при . (12.9)

Визначення r_x за ІІ методом для блискавковідводів h < 30 м

, (12.10)

для h > 30 м:

. (12.11)

12.3.Зона захисту подвійного стрижневого блискавковідводу.

Зона захисту двох стрижневих блискавковідводів, розташованих на відстані L < 5 h, більша за зону захисту двох окремих блискавковідводів і розраховується з відповідних геометричних побудов (рис.12.2). Якщо стрижневі блискавковідводи знаходяться на відстані L > 5h, їх треба розглядати як окремі.

Рис.12.2.-Побудова зони захисту подвійного блискавковідводу: L - відстань між блискавковідводами; R₀ - радіус прогину; h₀ – висота зони захисту; b_х – ширина зони захисту.

Блискавковідвід вважають подвійним якщо L / h £ 5. Верхня межа зони захисту являє собою дугу радіуса R = 4 h – h ₀. Висоту h ₀ обчислюють за емпіричною формулою

, м. (12.12)

Радіус кола R визначають таким чином: R = 4 h – h ₀. Якщо h ₀ і L відомі, то оптимальну висоту h блискавковідводу знаходять за формулою

, (12.13)

де h ₀ обчислюють виходячи з необхідної ширини зони захисту b_x, яка визначається висотою об'єкта, що захищається, і його розмірами в горизонтальній площині:

при ; (12.14)

при . (12.15)

Вирішуючи їх відносно h ₀, знаходимо:

і . (12.16)

12.4.Зона захисту подвійного блискавковідводу різної висоти.

Спочатку будують зону захисту блискавковідводу більшої висоти і торцеву частину зони захисту другого блискавковідводу. Потім з вершини блискавковідводу меншої висоти проводять горизонтальну лінію до перетину з твірною першого і вважають точку перетину вершиною фіктивного блискавковідводу. Далі, як звичайно, для двох однакових блискавковідводів будують зону захисту внутрішньої області (рис.12.3).

Рис.12.3.-Побудова зони захисту різновисотних блискавковідводів.

Рис.12.4.-Побудова зони захисту багаторазових блискавковідводів

Для розрахунку й побудови зовнішніх меж зони захисту використовують ті самі принципи, що й для поодиноких блискавковідводів. При цьому блискавковідводи рахують попарно як зони захисту подвійних блискавковідводів у такій послідовності: 1-2, 2-3, 3-1. При використанні 4-х і більше стрижневих блискавковідводів необхідне виконання додаткових умов:

*для споруд 1-ї і 2-ї категорій треба приймати h ₀ ³ h_x для попарно взятих блискавковідводів за діагоналями багатокутника, утвореного одиничними блискавковідводами;

*для споруд 3-й категорії допускається D £ 5 h_a (D – довжина діагоналі багатокутника, складеного одиничними блискавковідводами);

*для блискавковідводів висотою h > 30 м значення D повинне бути зменшене на величину коефіцієнта .

Умова непрориву блискавки в зону захисту має вигляд: D £ 8 h_a.

12.5.Зона захисту тросових блискавковідводів.

Розраховується першим методом таким чином:

при ; (12.17)

при , (12.18)

де h_тр – висота троса над об'єктом, що захищається, h_тр = h - f

f – стріла прогину.

Рис.12.5.-Побудова зони захисту тросового блискавковідводу

Повна ширина зони захисту при h_x = 0, дорівнює: .

За другим методом радіус захисту r_x визначаємо за формулою

. (12.19)

Важливим техніко-економічним фактором є температура, що визначає стрілу прогину. За Т°С_мах. приймають 40°С. Стрілу прогину в будь-якій ділянці прольоту визначають таким чином:

- при однакових рівнях підвісу. (12.20)

- при різних рівнях ділянок підвісу. (12.21)

Тут D h – різниця відміток підвісу троса, м; l ₁ – відстань від несучої конструкції з більшою висотою підвісу троса до розглянутої ділянки, м. Грозі передує вітер – трос відхиляється і об'єкт може бути уражений блискавкою. Відхилення троса визначається співвідношенням

, (12.22)

де j – кут відхилення троса; g₁ – питоме навантаження на трос від тиску вітру (Н/м×мм²); g₂ – питоме навантаження від власної маси троса і тиску вітру (Н/м×мм²).

Горизонтальна проекція відхилення троса в будь-якій ділянці прольоту в м:

. (12.23)

Слід враховувати і збільшення висоти блискавкоприймача троса h_тр при його відхиленні D h_тр від вітру:

. (12.24)

Тоді висота тросового блискавкоприймача у відхиленому положенні дорівнюватиме:

. (12.25)

12.6.Заземлення блискавковідводів.

Усі металеві частини електроустаткування, що можуть опинитися під напругою в результаті пошкодження ізоляції, повинні надійно з'єднуватися із землею. Розрізняють три види заземлень: – захисне, що гарантує електробезпечність персоналу при замиканні струмоведучих частин на корпус електрообладнання; робоче, що призначене для забезпечення нормальної роботи електроустаткування (заземлення нейтралей трансформаторів, генераторів, дугогасильних котушок); грозозахисне – для захисту електрообладнання від перенапружень і блискавкозахисту різноманітних об'єктів. Звичайно заземлюючий пристрій виконує всі три функції. Для влаштування заземлення використовують природні й штучні заземлювачі.

Штучний заземлювач – це сталевий пруток Ø 10мм або оцинкований Ø 6 мм. Використовують також смугову сталь шириною 20÷40 мм і товщиною 4 мм. Розміщення заземлювачів повинно забезпечити рівномірний розподіл електричного потенціалу по всій площі, зайнятій електроустаткуванням.

Заземлення характеризуються величиною опору R_з землі для струму, що протікає. R_з залежить від геометричних розмірів заземлювача і питомого опору ґрунту r. В установках 6¸35 кВ із незаземленою нейтраллю R_з завжди повинно бути: для U > 110 кВ (тут - струм, що протікає).

Заземлюючий пристрій виготовляють з вертикальних стрижнів і горизонтальних смуг, що утворюють сітку з кроком не більше 30 м.

Опір вертикального заземлювача:

, (12.26)

де l – довжина заземлювача; t – глибина залягання; d – діаметр заземлювача.

Опір залізобетонного фундамента:

. (12.27)

тут b – ширина смуги.

Опір горизонтальної смуги:

(12.28)

Тут , де – виміряне значення питомого опору ґрунту, k – сезонний коефіцієнт (при середній вологості k = 1,4, при підвищеній - k = 2,6).

При великих імпульсних напругах блискавки густина струму дуже велика і біля поверхні електродів заземлення створюються високі напруженості поля Е = j ×r, що перевершують пробивні напруги ґрунту. Внаслідок цього навколо електродів утворюється зона іскріння, що збільшує їхній ефективний розмір, тому опір заземлення R_з зменшується. Одночасно при швидкому наростанні імпульсу струму блискавки на індуктивному опорі заземлювача падає значна напруга, що обмежує відведення струму, тобто опір заземлення R_з зростає. Отже, при постійному і імпульсному струмі опір заземлення R_з буде різним. Відношення імпульсного і стаціонарного опору _ст називається імпульсним коефіцієнтом. У результаті дії обох факторів _ст.

На межі іскрової зони (циліндр радіуса r_із) напруженість електричного поля дорівнює:

, (12.29)

(тут - струм заземлювача; - струм блискавки)

звідки випливає:

. (12.30)

Тоді імпульсний опір заземлення:

, (12.31)

а імпульсний коефіцієнт:

. (12.32)

Аналіз протяжного горизонтального заземлювача дає такий вираз для імпульсного коефіцієнта:

, (12.33)

де – індуктивність одиниці довжини горизонтального заземлювача. Для заземлювача з n труб чи смуг його імпульсний опір:

, (12.34)

де h _і – імпульсний коефіцієнт використання заземлювача, що враховує взаємне екранування електродів, h _і = (1¸0,75).

Опір заземлювача у вигляді сітки, що складається з вертикальних електродів, об'єднаних горизонтальними смугами:

. (12.35)

Тут L – сумарна довжина горизонтальних електродів; n і l – число і довжина вертикальних електродів; S – площа заземлювача; А – коефіцієнт (0,25÷0,44).

Для протяжних заземлювачів імпульсний коефіцієнт дорівнює:

, (12.36)

Де S – сумарна площа електродів, м².

Струм блискавки I_б створює падіння напруги на активному й індуктивному L опорі струмовідводу. При крутості фронту а, на відстані l від заземлювача максимальний потенціал U_l у момент максимуму струму:

, (12.37)

де L ₀ – індуктивність одиниці довжини струмовідводу»1,7 мкГн/м.

Прийнято: I_б = 60 кА, а = 30 кА/мкс.

Відстань по повітрю l_п між заземлювачем і захищеним об’єктом при розрахунковому струмі і E_доп = 500 кВ/м визначають за формулою:

(12.38)

Відстань в землі l_з між заземлювачем і найближчою ділянкою пристрою, що захищається, при допустимій напруженості поля в землі Е_з = 300 кВ/м складає:

. (12.39)

Отже l_п повинно бути не менше 5 м, l_з - не менше 3 м.

На підстанціях при встановленні блискавковідводів на порталах необхідно також узгоджувати імпульсні розрядні напруги ізоляторів з напругами, що виникають в місцях приєднання їх до порталу.

Запитання для самоконтролю

1.Природа формування і виникнення грозового розряду.

2.Навіть уражаючі фактори грозового розряду.

3.Як визначити величину струму в каналі грозового розряду?

4.Чем визначається число ударів блискавки в ЛЕП?

5.Що таке «зворотне перекриття», коли воно виникає?

6.Як класифікуються об’єкти за ступенем захисту від блискавки?

7.Як захищають об’єкти від ударів блискавки?

8.Чим характеризують ефективність захисту від ударів блискавки?

9.Наведіть принцип розрахунку зони захисту блискавковідводу.

10.Особливості розрахунку захисту подвійним блискавковідводом.

11. Принцип розрахунку захисту тросовим блискавковідводом.

12.Назвіть спосіб розрахунку грозозахисного заземлення.

13.Що таке «іскровий ефект», як він впливає на величину

заземлення?

РОЗДІЛ 13

АПАРАТИ ЗАХИСТУ ВІД ПЕРЕНАПРУГ

13.1. Захисні проміжки (ПЗ).

ПЗ призначені для запобігання появі небезпечних для ізоляції електроустановок імпульсів перенапруги, не заважаючи їх роботі при номінальній напрузі. Найпростішій ПЗ – іскровий проміжок включений паралельно ізоляційній конструкції (рис.13.1).

а б

Рис.13.1.а-1-ВСХ ізоляції; 2– ВСХ ПЗ;б- схема включення ПЗ.

При набіганні імпульса перенапруги відбувається пробій ПЗ з різким падінням амплітуди перенапруги і ізоляція залишається непошкодженою. Після пробою ПЗ по його іонізованому проміжку тече супровідний струм промислової частоти. Якщо електричний пристрій працює в мережі із заземленою нейтраллю або пробій ПЗ відбувся у 2-х чи 3-х фазах, то дуга супровідного струму переходить у КЗ. Тому необхідно гасити дугу супровідного струму, що є другою важливою функцією захисних апаратів.

Захисні проміжки виготовляють у вигляді стрижневих електродів, розташованих у вигляді рогів, що створюють різко неоднорідне поле. Пробій ПЗ відбувається у нижній частині електродів, де відстань між ними мінімальна. Під дією електродинамічних сил та теплових потоків дуга піднімаеться вгору, розтягується і гасне завдяки зменшенню напруженості електричного поля в каналі розряду.

ПЗ відрізняються простотою, дешевизною і широко застосовуються в мережах низької напруги. У мережах високої напруги ПЗ використовують для обмеження максимальних імпульсів перенапруги.

При виникненні дуги можливе аварійне відключення електроустановки, тому ПЗ застосовують з пристроями автоматичного повторного включення (АПВ).

В установках до 35 кВ ПЗ мають невелиий розрядний проміжок, тому для запобігання випадковим замиканням у спусках, що заземлюють, ставлять додаткові іскрові проміжки.

Апарати, що захищають електрообладнання від перенапруг і гасять дугу, називають захисними розрядниками. Існують трубчасті, вентильні, довгоіскрові захисні розрядники і обмежувачі перенапруг нелінійні (ОПН).

13.2. Трубчасті розрядники (РТ)

Основа РТ – корпус з газогенеруючого матеріалу. Один кінець її заглушений кришкою з внутрішнім електродом. На другому кінці розташований кільцевий електрод з отвором (рис.13.2).

Рис.13.2.- Конструкція трубчастого розрядника: 1- корпус; 2- внутрішній електрод; 3- кільцевий електрод; l₁- розрядний проміжок; l₂- іскровий проміжок.

Трубка відокремлена від проводу фази зовнішнім іскровим проміжком l₂, щоб не розкладався матеріал діелектрика від струмів витоку. Захисна дія РТ характеризуються його ВСХ і опором заземлення. ВСХ визначає U_проб розрядника, а R_заз – імпульсну напругу, що залишається на ньому. Довжина зовнішнього іскрового проміжку l₂ регулюється залежно від умов захисту ізоляції, а довжина l₁ – const, для данного типу РТ.

При пробої обидва проміжки пробиваються, протікає струм робочої частоти, виникає дуга, яка розігріває трубку, внаслідок чого виділяється газ. Миттєво зростає тиск, який видуває іонізовані частинки газу через отвір в кільцевому електроді і дуга гасне при першому проході напруги через «0». Існує верхня межа струмів, перевищення якої може привести до руйнування РТ.

РТ типу РТФ – це фібробакелітова трубка, РТ типу РТВ чи РТВУ –трубка з вініпласту. Вони мають більший (верхній) допустимій рівень струму гасіння. Приклад маркування:

При розряді внутрішній канал РТ поступово вигоряє, і якщо більше, ніж на 25%, - розрядник треба замінити або перемаркувати.

Вихлоп іонізованих газів може привести до міжфазного перекриття або перекриття на землю, якщо спрямований на струмоведучі частини. Крута ВСХ і зона вихлопу не дозволяють використовувати РТ для захисту підстанційного обладнання. Основна сфера застосування – захист лінійних підходів до підстанцій, електроустаткування малопотужних підстанцій. Відтепер РТ майже не використовують, завдяки малому строку служби.