Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ работы изоляции наружных электроустановок систем электроснабжения железных дорог 21
1.1. Анализ проблем, связанных с эксплуатацией изоляции в условиях загрязнения и увлажнения 21
1.2. Основные физические процессы в слое загрязнения при увлажнении изоляции 39
1.3. Основные виды загрязнений и увлажнений изоляции наружных электроустановок в условиях эксплуатации 44
1.4. Задачи и проблемы координации изоляции наружных электроустановок в нормальном эксплутационном режиме 65
1.5. Обзор и анализ математических моделей перекрытия изоляции наружных электроустановок в условиях загрязнения и увлажнения 90
Основные выводы по первой главе 117
Глава 2. Разработка математической модели изменения электрических характеристик изоляции наружных электроустановок в процессе однократного увлажнения 119
2.1. Формализация математической модели изменения электрических характеристик изоляции наружных электроустановок в процессе однократного увлажнения 119
2.2. Зависимость поверхностной проводимости изолятора от параметров увлажненного слоя загрязнения 123
2.3. Разработка математической модели теплофизических процессов при увлажнении загрязненной изоляции 132
2.4. Разработка математической модели изменения параметров слоя загрязнения в процессе различного вида увлажнений 139
2.5. Разработка математической модели разрядных процессов при увлажнении загрязненной изоляции 145
2.6. Программная реализация математической модели изменения электрических характеристик изоляции наружных электроустановок в процессе однократного увлажнения 163
2.7. Разработка математической модели процесса электрокоррозии стержня тарельчатого изолятора в КС постоянного тока 167
2.8. Разработка математической модели механизма поступления воды на поверхность изолятора при туманах и мороси 170
Основные выводы по второй главе 182
Глава 3. Экспериментальные исследования и моделирование электрических характеристик изоляции наружных электроустановок при однократном увлажнении ... 183
3.1. Экспериментальное определение разрядных характеристик 183
3.2. Математическое моделирование электрофизических процессов при однократном увлажнении загрязненной изоляции 187
3.3. Математическое моделирование разрядных характеристик при различных видах увлажнения 205
3.4. Математическое моделирование мощности потерь энергии и электрокоррозионного тока при различных видах увлажнения 217
Основные выводы по третьей главе 230
Глава 4. Математическое моделирование изменения элек трических характеристик изоляции наружных электро установок за длительный период времени 232
4.1. Математическое моделирование процессов загрязнения изоляции наружных электроустановок 232
4.2. Разработка методики расчета среднегодового потока загрязнения на подстилающую поверхность в погоду без атмосферных осадков ...240
4.3. Разработка стохастической математической модели изменения электрических характеристик изоляции наружных электроустановок за длительный период времени 259
Основные выводы по четвертой главе 265
Глава 5. Совершенствование методов проектирования и эксплуатации изоляции наружных электроустановок систем электроснабжения железных дорог 266
5.1. Статистические характеристики метеоявлений, влияющих на работу изоляции наружных электроустановок 266
5.2. Моделирование надежности работы изоляции наружных электроустановок в различных природно-климатических условиях 270
5.3. Расчет интенсивности электрокоррозии стержня тарельчатого изолятора в КС постоянного тока и разработка рекомендаций по конструкции изолятора 288
5.4. Расчет потерь энергии из-за токов утечки в изоляции наружных электроустановок систем электроснабжения железных дорог 295
5.5. Технико-экономическая эффективность повышения качества проектирования и эксплуатации изоляции наружных электроустановок железных дорог 302
Основные выводы по пятой главе 313
Заключение 315
Библиографический список 319
Приложения 345
- Основные виды загрязнений и увлажнений изоляции наружных электроустановок в условиях эксплуатации
- Разработка математической модели теплофизических процессов при увлажнении загрязненной изоляции
- Математическое моделирование электрофизических процессов при однократном увлажнении загрязненной изоляции
- Разработка методики расчета среднегодового потока загрязнения на подстилающую поверхность в погоду без атмосферных осадков
Введение к работе
Актуальность проблемы. Одним из важнейших элементов высоковольтных наружных электроустановок систем электроснабжения железных дорог таких, как контактная сеть (КС), воздушная линия (ВЛ) и открытое распределительное устройство (ОРУ), является изоляция, то есть совокупность параллельно установленных высоковольтных изоляторов и изоляционных конструкций наружной установки. Надежность работы изоляции во многом определяет надежность работы указанных электроустановок.
В послевоенные годы в связи с бурным развитием в стране промышленного и сельского хозяйства резко возросли электросетевое строительство и электрификация железных дорог в районах с различными природно-климатическими условиями, что привело к существенному росту загрязненности атмосферы, а вместе с ней и изоляции наружных электроустановок. В связи с этим возросло число перекрытий изоляции при увлажнениях, нередко сопровождающихся аварийными ситуациями и длительными перерывами в электроснабжении.
Вследствие этого были проведены первые работы по усилению изоляции, в том числе и в системах тягового электроснабжения железных дорог, а также активизировалась работа по исследованию разрядных характеристик изоляторов в условиях загрязнения и увлажнения, по разработке грязестойких изоляторов и эксплуатационных профилактических мероприятий (обмыв под напряжением, гидрофобные покрытия и т. п.). Начались активные работы в указанных направлениях в научно-исследовательских центрах: ВНИИЭ (В. В. Бургсдорф, А. С. Майкопар), ЛПИ (Г. Н. Александров, В. Е. Кизеветтер), НИИПТ (Н. Н. Тиходеев, С. Д. Мерхалев), ВНИИЖТ (В. Д. Радченко).
Первый отечественный документ, регламентирующий выбор изоляции наружных электроустановок, расположенных в районах с загрязненной атмосферой, был подготовлен в 1964г. Тогда же было и подтверждено обширным опытом эксплуатации положение: выбор изоляции наружных электроустановок определяется ее работой в нормальном эксплуатационном режиме, то есть при рабочем напряжении, в условиях загрязнения и увлажнения.
Таким образом, задача координации изоляции в нормальном эксплуатационном режиме была определена как установление и поддержание в эксплуатации необходимого (по надежности) согласования между электрической прочностью изоляции и рабочим напряжением. Под согласованием подразумевается отношение минимального влагоразрядного напряжения изоляции в районе расположения электроустановки к рабочему напряжению. Это отношение одно из ряда определений уровня изоляции и используется в основном в статистических методах выбора изоляции. При выборе изоляции по нормам под уровнем изоляции изоляционных конструкций из фарфора и стекла подразумевается удельная эффективная длина пути утечки, а под уровнем изоляции изоляционных конструкций из полимерных материалов - 50%-ное влаго-разрядное напряжение.
В научно-исследовательских, проектных и эксплуатационных организациях выработалась общая точка зрения на то, что необходимый по надежности уровень изоляции должен обеспечиваться проектными решениями в течение всего срока службы изоляции без эксплуатационных профилактических мероприятий, проведение которых допускается в исключительных, технико-экономически обоснованных, случаях. При этом уровень изоляции не должен превышать требуемого по надежности, так как в этом случае неоправданно увеличиваются капитальные затраты.
В последние годы надежности элементов систем электроснабжения железных дорог значительное внимание уделялось в исследованиях А. В. Ефимова, А. Г. Галкина (УрГУПС), М. Н. Новикова (ПГУПС), С. М. Сердинова, В. Е. Чекулаева (МПС), А.В. Котельникова (ВНИИЖТ) и ряда других специалистов. Однако, надежность изоляции наружных электроустановок, при всем многообразии факторов, воздействующих на изоляцию в условиях эксплуата ции, исследована еще в недостаточной степени.
Анализ работы КС 25 кВ указывает на значительное число ее отключений из-за перекрытий загрязненной и увлажненной изоляции. Из этого следует, что в районах, где регистрируются перекрытия, уровень изоляции не соответствует требуемому по надежности, что в свою очередь свидетельствует об ошибках в проектировании, обусловленных несовершенством применяемых методов выбора уровней изоляции.
В настоящее время выбор уровней изоляции ВЛ и ОРУ систем электроснабжения железных дорог должен производиться в соответствии с "Правилами устройств электроустановок", а выбор уровней изоляции КС в соответствии с "Правилами устройства и технической эксплуатации контактной сети электрифицированных железных дорог". В этих нормативных документах уровень изоляции выбирается по нормам, в которых практически не учитывается различие метеорологических характеристик района расположения наружных электроустановок. Кроме того, выбор уровней изоляции КС производится в зависимости от очень приблизительных, описательных характеристик условий загрязнения в районе расположения и, согласно этому документу, уровень изоляции, выбранный на стадии проектирования, должен уточняться в процессе эксплуатации и в случае его недостаточности рекомендуется производить усиление изоляции, обмыв и т.п. Тем самым подтверждается неэффективность метода выбора уровней изоляции, используемого в документе.
В КС постоянного тока существует проблема электрокоррозии арматуры изоляторов, из-за которой значительно сокращается срок их службы и соответственно увеличиваются трудовые и финансовые затраты на замену изоляторов, то есть на содержание КС.
На фоне указанных острых проблем, практически без внимания специалистов осталась проблема потерь энергии в изоляции наружных электроустановок из-за токов утечки. О величине этих потерь на настоящий момент нет сколь либо достоверных данных, хотя требования к учету расходов электро энергии неуклонно повышаются.
Особую актуальность проблема выбора уровней изоляции и потерь энергии приобретает в связи с перспективой перевода всех систем тягового электроснабжения железных дорог на переменный ток.
Цель диссертационной работы. Основная цель диссертационной работы состоит в комплексном решении научной проблемы повышения надежности и эффективности работы изоляции наружных электроустановок систем электроснабжения железных дорог путем совершенствования методов проектирования и эксплуатации изоляции в различных природно-климатических условиях.
Предметом исследований являются электрические характеристики изоляции наружных электроустановок систем электроснабжения железных дорог при воздействии загрязнений и увлажнений, характерных для условий эксплуатации в различных природно-климатических условиях.
Направления исследований:
1. Исследование процессов формирования слоя загрязнения на поверхности изоляции во взаимосвязи с метеорологическими характеристиками района расположения и характеристиками источников загрязнения атмосферы.
2. Исследование механизмов поступления влаги в слой загрязнения на поверхности изоляции при различных видах увлажнений, характерных для условий эксплуатации.
3. Исследование электрофизических процессов при увлажнении загрязненной изоляции и влияния этих процессов на электрические характеристики изоляции наружных электроустановок.
4. Исследование электрических характеристик изоляции наружных электроустановок железных дорог с учетом вероятностного характера факторов, воздействующих на изоляцию в процессе эксплуатации.
5. Разработка методики выбора уровней изоляции наружных электроустановок систем электроснабжения железных дорог, учитывающей все основ ные факторы, влияющие на электрическую прочность изоляции в процессе эксплуатации.
6. Анализ процессов электрокоррозии арматуры изоляторов в КС постоянного тока в зависимости от природно-климатических условий и поиск путей совершенствования конструкции изоляторов в целях увеличения их срока службы.
7. Достоверная оценка потерь энергии в изоляции наружных электроустановок систем электроснабжения железных дорог из-за токов утечки.
Сформулированные направления исследований образуют крупную научную проблему, решение которой повысит надежность и эффективность работы изоляции наружных электроустановок систем электроснабжения железных дорог.
Основные методы исследований. Методологической основой исследований является математическое моделирование. Для описания различных физических процессов используются соответствующие дифференциальные уравнения. При исследовании процессов формирования слоя загрязнения на поверхности изоляции использовались методы математического моделирования рассеяния примесей в пограничном слое атмосферы и методы долгосрочного осреднения параметров рассеяния. Математическое моделирование процессов увлажнения поверхности изоляции при туманах и мороси базируется на теории инерционного осаждения. При математическом моделировании электрофизических процессов во время увлажнения загрязненной изоляции используются методы моделирования структуры гетерогенных систем, метод конечных разностей и современные представления об условиях возникновения и динамике поверхностных частичных разрядов. При моделировании используются методы теории вероятностей и теории случайных процессов, а также результаты регрессионного анализа экспериментальных данных. При программной реализации математических моделей используются методы визуального моделирования в среде MATLAB.
Научную новизну составляют:
математические модели, отражающие: процессы загрязнения и увлажнения изоляции наружных электроустановок, электрофизические процессы при увлажнении загрязненной изоляции и процессы изменения электрических характеристик изоляции в течение длительного времени;
методические основы расчета предельной плотности загрязнения поверхности тарельчатого изолятора в зависимости от метеорологических характеристик района расположения электроустановки и характеристик источников загрязнения атмосферы;
результаты моделирования различных режимов работы изоляции наружных электроустановок в условиях загрязнения и увлажнения;
количественные оценки электрических характеристик изоляции наружных электроустановок систем электроснабжения железных дорог в зависимости от степени загрязнения изоляции и интенсивности различных видов увлажнения;
результаты моделирования электрической прочности изоляции наружных электроустановок систем электроснабжения железных дорог в зависимости от степени загрязнения изоляции, структуры (числа единичных изоляционных конструкций в составе изоляции) и метеорологических характеристик района расположения электроустановок;
методические основы выбора уровней изоляции наружных электроустановок систем электроснабжения железных дорог в зависимости от заданного по условиям надежности числа перекрытий загрязненной изоляции и с учетом всех основных факторов, влияющих на электрическую прочность изоляции в процессе эксплуатации;
результаты моделирования процессов электрокоррозии арматуры изоляторов в КС постоянного тока в зависимости от природно-климатических условий района расположения КС;
результаты моделирования потерь энергии в изоляции наружных электроустановок систем электроснабжения железных дорог из-за токов утечки.
Достоверность результатов. Достоверность полученных результатов исследований подтверждается опытом эксплуатации изоляции наружных электроустановок и хорошей сходимостью результатов математического моделирования с данными, полученными экспериментальным путем автором и другими исследователями.
На защиту выносятся:
1. Анализ: проблем, связанных с работой изоляции наружных электроустановок систем электроснабжения железных дорог в условиях загрязнения и увлажнения; методов выбора уровней изоляции и математических моделей перекрытия изоляции в загрязненном и увлажненном состоянии.
2. Математическая модель процессов формирования слоя загрязнения на поверхности изолятора и методика расчета предельной плотности загрязнения поверхности тарельчатого изолятора в зависимости от метеорологических характеристик района расположения электроустановки и характеристик источников загрязнения атмосферы.
3. Математическая модель изменения электрических характеристик изоляции наружных электроустановок в процессе однократного увлажнения.
4. Количественные оценки электрических характеристик изоляции наружных электроустановок систем электроснабжения железных дорог в зависимости от степени загрязнения изоляции и интенсивности различных видов увлажнения.
5. Математическая модель механизма увлажнения поверхности изолятора при туманах и мороси.
6. Стохастическая математическая модель изменения электрических характеристик изоляции наружных электроустановок систем электроснабжения железных дорог за длительный период времени.
7. Методика выбора уровней изоляции наружных электроустановок систем электроснабжения железных дорог в зависимости от заданного по условиям надежности числа перекрытий загрязненной изоляции и с учетом всех основных факторов, влияющих на электрическую прочность изоляции в процессе эксплуатации.
8. Анализ процессов электрокоррозии арматуры изоляторов в КС постоянного тока в зависимости от природно-климатических условий района расположения КС и рекомендации по конструкции тарельчатого изолятора, обеспечивающей увеличение его срока службы до нормативного.
9. Количественная оценка потерь энергии в изоляции наружных электроустановок систем электроснабжения железных дорог Российской Федерации из-за токов утечки.
10. Обоснование технико-экономической эффективности совершенствования методов проектирования и эксплуатации изоляции наружных электроустановок систем электроснабжения железных дорог.
Практическое значение и реализация результатов работы - разработанная методика выбора уровней изоляции позволяет принимать проектные решения, обеспечивающие требуемую степень надежности работы изоляции в течение всего срока службы без эксплуатационных профилактических мероприятий и излишних капитальных затрат;
- высокая достоверность расчетов потерь энергии по разработанной методике позволяет учитывать эти потери при расчете внутреннего тарифа на потребляемую энергию и в расходной части предприятий электроснабжения железных дорог;
- рекомендации по приведению электрокоррозионной стойкости изоляторов к уровню, обеспечивающему их надежную работу в течение всего срока службы позволяют снизить трудовые и финансовые затраты на содержание КС постоянного тока.
Результаты работы использовались проектными ( «Средазэнергосетьпро-ект», СФ ООО «Институт «МежрегионЭСП») и научно-исследовательскими (СибНИИЭ) институтами, предприятиями ОАО «ФСК ЕЭС» и на Среднеазиатской железной дороге.
Основные положения работы докладывались на: научно-технической конференции "Повышение надежности работы изоляции линий электропередачи и электрооборудования высокого напряжения" (Ташкент, 1986г); научно-технической конференции "Разработка и исследование изоляционных конструкций из новых материалов и внедрение компьютерной технологии в проектирование и организацию строительства" (Ташкент, 1989г); секции ученого совета НИИПТ (Санкт-Петербург, 1986, 1989гг); технических совещаниях службы электроснабжения Среднеазиатской железной дороги (Ташкент, 1995-1998гг); международном симпозиуме по технике высоких напряжений (ISH 95) (Австрия, Грац, 1995г); заседании кафедры "Электроснабжение железнодорожного транспорта" СамИИТа (Самара, 2000г); всероссиской научно-технической конференции "Фундаментальные и прикладные исследования транспорту -2000" (Екатеринбург, 2000г); второй международной научно-практической конференции "Безопасность транспортных систем" (Самара, 2000г); международном симпозиуме "Электрификация и развитие железнодорожного транспорта России. Традиции, современность, перспективы" (Санкт-Петербург, 2001 г); заседании лаборатории "Системы автоматизированного проектирования контактной сети" УрГУПС (Екатеринбург, 2003г); заседании лаборатории "Энергосберегающие технологии" СамГАПС (Самара, 2001-2003 гг).
Публикации. Материалы диссертационной работы опубликованы в сборниках научных трудов (НИИПТ, СамГАПС, СамГУ), трудах конференций (ИЭиА АН УзССР, институт "Энергосетьпроект", ПГУ, ISH1 95), монографии "Математическое моделирование электрических характеристик изоляции наружных электроустановок систем электроснабжения железных дорог", в депонированных в ВИНИТИ рукописях. Основные материалы диссертационной работы изложены в 33 печатных работах.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников и приложений. Общий объем диссертации 373 стр., из них 344 стр. основ ного текста. Диссертация содержит 43 таблицы, 108 рисунков, библиографический список содержит 231 наименование.
Во введении обоснована актуальность разрабатываемой в диссертационной работе научной проблемы, сформулированы цель работы, направления и методы исследований, изложены основные результаты работы, отмечена их научная новизна и достоверность, а также приведены сведения о реализации результатов исследований.
В первой главе представлен анализ работы изоляции наружных электроустановок систем электроснабжения железных дорог. В ней проанализированы проблемы, обусловленные снижением электроизоляционных характеристик изоляции в условиях загрязнения и увлажнения: перекрытия изоляторов, потери энергии и электрокоррозия стержней тарельчатых изоляторов в КС постоянного тока. При перекрытии изоляторов происходят перерывы в электроснабжении, нередко связанные с аварийными ситуациями, при этом снижается надежность работы электроустановок. Необходимая степень надежности обеспечивается правильным выбором уровней изоляции.
Значительный объем отключений КС 25 кВ из-за перекрытий загрязненной изоляции свидетельствует об ошибках в проектировании, обусловленных несовершенством применяемых методов выбора уровней изоляции. В действующих нормативных документах основные факторы, влияющие на электрическую прочность изоляции в процессе эксплуатации, учитываются в недостаточной степени и, в первую очередь, число, вид и интенсивность увлажнений. Учет этих факторов был и остается актуальной задачей совершенствования методов выбора уровней изоляции.
Электрокоррозия стержней тарельчатых изоляторов в электроустановках постоянного тока приводит к значительному сокращению срока службы изоляторов, так как диаметр стержней уменьшается до недопустимых по механической прочности размеров. В связи с этим актуальной является задача оценки интенсивности электрокоррозии стержня в зависимости от условий эксплуатации и совершенствования конструкции изолятора с целью обеспечения его надежной работы в течение нормативного срока службы.
Потери энергии из-за токов утечки по загрязненной и увлажненной изоляции наружных электроустановок при передаче и распределении электрической энергии могут быть отнесены к технологическому расходу. В связи с этим актуальной задачей является оценка величины этих потерь.
Эффективное решение указанных задач возможно только при наличии достоверной информации о влагоразрядных напряжениях и токах утечки в изоляции наружных электроустановок при воздействии различных по виду и интенсивности увлажнений, характерных для условий эксплуатации. Попытки экспериментально получить эту информацию до настоящего времени не привели к положительным результатам. Экспериментальное определение зависимости влагоразрядных напряжений и токов утечки от параметров слоя загрязнения и различных видов увлажнений требует очень больших трудозатрат, финансирования и времени. Альтернативой этим экспериментальным исследованиям является математическое моделирование работы загрязненной изоляции наружных электроустановок при воздействии различных по виду и интенсивности увлажнений, характерных для условий эксплуатации. При этом достоверная оценка электрической прочности изоляции наружных электроустановок систем электроснабжения железных дорог в условиях загрязнения и увлажнения, потерь энергии из-за токов утечки и интенсивности электрокоррозии арматуры изоляторов в КС постоянного тока, может быть получена только при учете вероятностного характера факторов, воздействующих на изоляцию в процессе эксплуатации. Разработанные в России и за рубежом математические модели работы изоляторов в условиях загрязнения и увлажнения предназначены в основном для оценки разрядных характеристик загрязненных изоляторов в простейших условиях лабораторного эксперимента и не имитируют работу изоляторов в условиях эксплуатации.
Вторая глава посвящена разработке математической модели изменения электрических характеристик изоляции наружных электроустановок в процессе однократного увлажнения. В главе выполнена необходимая формализация математической модели. В соответствии с теорией переноса в неоднородных средах получена зависимость поверхностной проводимости изолятора от параметров увлажненного слоя загрязнения, получены дифференциальные уравнения и соответствующие рекуррентные соотношения, описывающие изменения этих параметров в процессе различного вида увлажнений. Методом конечных разностей получено многоточечное разностное уравнение, позволяющее рассчитывать температуру слоя загрязнения в процессе увлажнения в любой точке поверхности изолятора.
Во второй главе получено условие существования стабильно горящей частичной дуги, позволяющее рассчитывать длину такой дуги в зависимости от проводимостей зашунтированного и незашунтированного частичной дугой участков поверхности изолятора. Получено выражение для расчета критической длины стабильно горящей частичной дуги и проанализирована зависимость критической длины дуги от некоторых геометрических характеристик тарельчатого изолятора.
Все математические соотношения взаимоувязаны в единую математическую модель электрофизических процессов. Программная реализация математической модели осуществлена на базе пакета моделирования динамических систем Simulink 4.1., входящего в состав системы MATLAB 6.1.
Полученные математические соотношения, описывающие процесс электрокоррозии арматуры изолятора, позволяют рассчитывать изменение диаметра стержня тарельчатого изолятора в КС постоянного тока в зависимости от среднегодового тока утечки.
Кроме того, во второй главе разработана математическая модель механизма поступления воды на поверхность изолятора при туманах и мороси и математическая модель электрокоррозии стержня тарельчатого изолятора в КС постоянного тока.
В третьей главе приведены результаты математического моделирования изменения электрических характеристик изоляции наружных электроустановок в процессе однократного увлажнения, а также результаты некоторых экспериментальных исследований.
В результате моделирования получены и проанализированы основные закономерности электрофизических процессов при увлажнении загрязненной изоляции. Выделены и проанализированы три основных режима: стабильный, характеризуемый динамическим равновесием всех основных электрофизических процессов и отсутствием частичных дуг; квазистабильный, характеризуемый регулярным возникновением и гашением частичных дуг, не перекрывающих межэлектродный промежуток изолятора; нестабильный, характеризуемый удлинением частичной дуги вплоть до перекрытия межэлектродного промежутка изолятора.
В результате моделирования получено, что в зависимости разрядного градиента от интенсивности всестороннего увлажнения имеется минимум, что удовлетворительно согласуется с экспериментальными данными. Результаты моделирования разрядных характеристик при интенсивности всестороннего увлажнения, соответствующих их минимальным значениям, хорошо согласуются с экспериментальными данными для изоляторов, как с искусственным, так и естественным слоем загрязнения. В результате моделирования впервые получены разрядные характеристики, а также средняя, за однократное увлажнение, мощность потерь энергии и ток утечки в зависимости от степени загрязнения изоляции и интенсивности различного вида увлажнений. При моделировании увлажнения изоляторов во время туманов и мороси, средняя, за однократное увлажнение, мощность потерь энергии и ток утечки, получены в зависимости от степени загрязнения изоляции и скорости ветра.
Четвертая глава посвящена математическому моделированию изменений электрических характеристик изоляции в течение длительного периода времени.
Разработана математическая модель процессов формирования слоя загрязнения на поверхности изоляции, при этом результаты математического моделирования процессов загрязнения изоляции наружных электроустановок качественно полностью согласуются с опытом эксплуатации.
Получена полуэмпирическая зависимость предельной плотности загрязнения поверхности тарельчатого изолятора от среднегодового потока загрязнений на подстилающую поверхность и разработана методика расчета среднегодового потока загрязнений на подстилающую поверхность. Результаты расчетов по разработанной методике хорошо согласуются с экспериментальными данными.
Разработана методика выбораномативных уровней изоляции в районах проектируемых промышленных предприятий по расчетной предельной плотности загрязнения изолятора. Результаты выбора уровней изоляции по разработанной методике хорошо согласуются с результатами выбора уровней изоляции в районах действующих промышленных предприятий по существующим нормативным документам.
Разработана стохастическая модель работы изоляции наружных электроустановок, в которой отражен вероятностный характер факторов, воздействующих на изоляцию в условиях эксплуатации. Получены формулы для расчета числа перекрытий изоляции, потерь энергии и токов утечки, вызывающих электрокоррозию стержня изолятора в КС постоянного тока в зависимости от статистических характеристик указанных факторов.
В пятой главе приводятся результаты моделирования надежности работы изоляции наружных электроустановок систем электроснабжения железных дорог в зависимости от степени загрязнения изоляции; метеорологических характеристик района расположения; числа единичных изоляционных конструкций в составе изоляции.
В главе разработана методика выбора уровней изоляции в зависимости от допустимого, по условию надежности, числа перекрытий. Методика по зволяет рассчитывать уровни изоляции изоляционных конструкций из традиционных материалов (фарфора и стекла) как удельную длину пути утечки и уровни изоляции изоляционных конструкций из полимерных материалов как минимально допустимое 50%-ное разрядное напряжение в загрязненном и увлажненном состоянии. В отличие от существующих методик выбора уровней изоляции, в разработанной методике расчет уровней изоляции производится в зависимости от всех основных факторов, влияющих на ее электрическую прочность в процессе эксплуатации: статистических характеристик различного вида увлажнений; ветрового режима; степени загрязнения; числа единичных изоляционных конструкций в составе изоляции электроустановки. Это позволяет выполнять выбор уровней изоляции строго в соответствии с конкретными условиями эксплуатации, что повышает качество проектирования.
В главе также приводятся результаты математического моделирования процессов электрокоррозии стержня тарельчатых изоляторов в КС постоянного тока в различных природно-климатических условиях. Получено, что при диаметре стержня 16 мм в большинстве случаев не обеспечивается нормативный срок службы изоляторов и в этих случаях установка изоляторов с указанным диаметром стержня может рассматриваться как грубая ошибка в проектировании. Как показывают расчеты, наиболее эффективным решением проблемы является увеличение диаметра стержня вблизи его заделки в изоляционную деталь до 22-26 мм.
Общие потери энергии из-за токов проводимости в изоляции наружных электроустановок систем электроснабжения железных дорог России, как показывают расчеты, составляют 60-80 млн. кВт-ч в год, из них примерно 40 млн. кВт-ч приходится на КС. Эти потери могут быть отнесены к технологическому расходу электроэнергии, связанному с ее передачей и распределением и должны учитываться при расчете внутреннего тарифа на потребляемую электроэнергию и в расходной части предприятий электроснабжения железных дорог.
В главе приведен расчет технико-экономического эффекта от внедрения разработанных методик и рекомендаций, направленных на совершенствование методов проектирования и эксплуатации изоляции наружных электроустановок систем электроснабжения железных дорог. Общий экономический эффект составляет 254 млн.рУгод.
Основные виды загрязнений и увлажнений изоляции наружных электроустановок в условиях эксплуатации
В общем случае слой загрязнения поверхности изолятора может состоять из нерастворимых в воде диэлектрических и электропроводящих частиц, а также из растворимых в воде частиц электролитов (веществ, растворы которых проводят электрический ток) и неэлектролитов. Последние, как крайне редко встречающиеся в слое загрязнения далее не рассматриваются.
Степень загрязнения поверхности изоляторов оценивается следующими параметрами: общей плотностью загрязнения - у3, мг/см2; плотностью загрязнения электролитами, уэ, мг/см2; эквивалентной плотностью загрязнения по NaCl, у масі мг/см2; удельной поверхностной проводимостью, %r, мкСм и др.
Под эквивалентной плотностью загрязнения по NaCl подразумевается такое количество хлорида натрия, при замене которым всех водорастворимых компонентов в слое загрязнения, удельное объемное сопротивление раствора загрязнения в фиксированном объеме дистиллированной воды не изменится [32]. Там же рекомендуется более точное определение эквивалентной плотности по NaCl, когда замена водорастворимых компонентов слоя загрязнения эквивалентным количеством хлорида натрия не изменяет удельной поверхностной проводимости изолятора при увлажнении слоя загрязнения до насыщения. Аналогичная характеристика степени загрязнения поверхности изолятора используется в США и некоторых других странах — так называемая эквивалентная плотность солевого осадка (esdd) [21].
Удельная поверхностная проводимость определяется при увлажнении слоя загрязнения до насыщения и рассчитывается по формуле где R - сопротивление изолятора, измеренное при увлажнении слоя загрязнения до насыщения, мгОм.
Частицы слоя загрязнения могут иметь, как природное, так и антропогенное происхождение [33]. К природным источникам загрязнения атмосферы и, следовательно, изоляторов твердыми частицами в первую очередь относится поверхность земли, морей и других водоемов с соленой водой. В первом случае значительную опасность для работы изоляторов представляют засоленные почвы, которые подразделяются на слабозасоленные с содержанием электролитов (водорастворимых солей) от 0,5 до 1,5% включительно и засоленные с солесодержанием от 1,5 и свыше 10% для очень сильнозасоленных почв (для сравнения в лесных районах Ленинградской области солесодержа-ние почв не превышает 0,1%) [34]. Важно отметить, что солесодержание слоя загрязнения изоляторов в несколько раз выше, чем в почве в районе расположения электроустановки [35,36,37]. Объясняется это тем, что мелкие частицы соли легче отрываются ветром от поверхности и поднимаются на большую высоту, чем более крупные частицы грунта.
Водорастворимые компоненты в почвенных загрязнениях представлены в основном сульфатами и хлоридами. Например, слой загрязнения изоляторов в пустынных районах Египта содержит 17,8% водорастворимых компонентов из них: CaS04- 9,92%, NaCl - 2,97% и КС1 - 0,53% [37].
Общая плотность загрязнения изоляторов в лесных и сельскохозяйственных районах составляет соответственно примерно 0,2 — 1 мг/см2. В районах с засоленными почвами обычно имеет место интенсивное загрязнение изоляторов, общая плотность загрязнения может достигать 5 мг/см2 и более, а доля электролитов превышает 30%. При этом доля электролитов, водные растворы которых обладают проводимостью близкой к проводимости раствора хлорида натрия составляет 50%, а в отдельных случаях 100%.
Вблизи морей и водоемов с соленой водой, на поверхности береговой полосы постоянно, в результате испарения капель воды, происходит формирование солевых отложений. При этом мелкие частицы соли разносятся ветром и загрязняют изоляторы на расстоянии несколько километров, а в некоторых случаях, например, в Приаралье на расстоянии десятков и даже сотен километров [38].
Основными антропогенными источниками загрязнения атмосферы являются все виды транспорта и промышленное производство. В промышленном производстве основными источниками загрязнения атмосферы твердыми частицами являются: тепловые электростанции, работающие на твердых топли-вах; предприятия черной и цветной металлургии; промышленность строительных материалов; химическая и нефтеперерабатывающая промышленность. Если общее количество выбросов твердых частиц этими производствами принять за 100%, то вклад каждого в России составляет, примерно, 42,5 , 28,4 , 27,4 и 1,7% соответственно.
Количество и химический состав загрязнения на поверхности изоляторов вблизи промышленных предприятий зависит от вида, технологии и объема производства [39,40,41,42]. Вблизи промышленных предприятий доля электролитов может достигать 65%. Нерастворимые в воде диэлектрические частицы, как в районах с природными, так и промышленными источниками загрязнения атмосферы представлены в основном пылью оксида кремния (SiCb). Доля Si02 в отложениях на поверхности изоляторов ВЛ в Приаралье составляет примерно 50% [38].
Нерастворимые в воде электропроводящие частицы загрязнения в основном представлены частицами сажи и окислами металлов.
Частицы загрязнения имеют самые разные размеры (диаметр), например: сажа - 10-80 мкм; металлургическая пыль — 0,5-100 мкм; летучая зола -3-100 мкм и плотность, например: цементная пыль - 2,5-3,5 г/см3; летучая зола 1,9-2,6 г/см3; угольная пыль - 0,3-1,8 г/см3; окиси металлов - 4,5-7 г/см3; сажа- 1,2 г/см3[43].
Размеры и плотность частиц загрязнения в значительной степени определяют их распространение в атмосфере [44]. Здесь необходимо отметить, что изоляторы КС находятся по условиям загрязнения почвенной пылью в худших условиях по сравнению с изоляторами ВЛ высоких классов напряжения, так как изоляторы КС расположены к поверхности земли ближе. На рис. 5 приведено содержание частиц почвенной пыли в воздухе (N) в зависимости от высоты над уровнем земли (Н) [32].
Разработка математической модели теплофизических процессов при увлажнении загрязненной изоляции
При достижении температурой воздуха точки росы и последующем дополнительном охлаждении происходит конденсация водяного пара. В случае если в воздухе достаточно ядер конденсации и инверсия температуры не достаточно резко выражена, конденсация водяного пара происходит в объеме воздуха - образуется радиационный туман. В противном случае, водяной пар конденсируется на земной поверхности — выпадает роса. Причем выпадение росы снижает вероятность образования радиационного тумана, так как при этом водяной пар переносится из атмосферы к земной поверхности и абсолютная влажность воздуха, то есть концентрация водяного пара, уменьшается. Наоборот, если образуется радиационный туман, температура земной поверхности повышается, что не способствует образованию росы. Таким образом, при обильной росе не наблюдаются интенсивные радиационные туманы и наоборот. Выпадение росы происходит обычно при штиле или слабом ветре [82]. Роса может образовываться на поверхностях любой ориентации в пространстве, в том числе и на обращенных к земной поверхности [83].
В умеренных широтах за ночь (в среднем за 11 часов) может выпасть 0,05 - 0,15 мм росы, то есть интенсивность выпадения росы составляет в среднем 0,000076 - 0,00023 мм/мин (0,00013 - 0,00038 мг/см2-с) [61], при наиболее вероятном значении количества росы за ночь 0,1 мм [84]. Таким образом, для умеренных широт наиболее вероятная интенсивность выпадения ро-сы составляет 0,00015 мм/мин (0,00025 мг/см -с). В тропиках росообразование наблюдается в течение всего года и количество росы за ночь там существенно больше - до 3 мм, то есть до 0,0045 мм/мин (0,0076 мг/см2-с).
Однако эти значения интенсивности выпадения росы не могут быть непосредственно использованы для оценки интенсивности увлажнения поверхности изоляторов. Специальными исследованиями установлено, что на поверхности тарельчатых фарфоровых изоляторов образуется росы примерно в 3 раза меньше, чем на рядом расположенной чашечке росографа. Это объясняется различием теплофизических и поверхностно-структурных свойств их росоприемных поверхностей. Указанная разница сохраняется и для стеклянных изоляторов, теплофизические свойства которых близки к фарфоровым. Кроме того, установлено, что на высотах от 2 до 8 м над уровнем земли на поверхность изолятора выпадает росы в среднем в 1,5 раза меньше по сравнению с уровнем установки росографов на метеоплощадках [75].
В связи с этим, перекрытие изоляторов при выпадении росы маловероятно, на это указывают и ряд других авторов [85, 86]. Причиной же перекрытий изоляторов в ранние утренние часы (так называемые отключения "на заре") могут быть туманы, для которых [61] характерен хорошо выраженный суточный ход с максимумом в ранние утренние часы.
Согласно вышеизложенного, для умеренных широт в качестве наиболее характерной интенсивности увлажнения поверхности изолятора при выпаде-нии росы, может быть принято значение 0,000056 мг/см -с.
Увлажнение водой повышенной проводимости. Определенное влияние на электроизоляционные характеристики наружной изоляции оказывает увлажнение водой повышенной проводимости. Эта ситуация возникает, когда изоляция увлажняется так называемыми кислотными атмосферными осадками и туманами.
Повышенная проводимость приобретается частицами дождя, мороси, тумана и мокрого снега в результате захвата и растворения газообразных и твердых загрязнений атмосферы, как природного, так и антропогенного происхождения [87, 88]. Этот процесс может происходить, как в подоблачном слое, так и в облаках. При снеге также может происходить захват частиц загрязнения снежинками и перенос загрязнений на поверхность изолятора.
При вымывании загрязнений в облачном слое, как правило, происходит перенос поглощенных каплями облаков загрязнений на большие расстояния и их выпадение с осадками далеко от источников.
Как показали проведенные исследования [77, 89, 90], удельная проводимость дождей (Ху) вблизи некоторых промышленных предприятий, сильно загрязняющих атмосферу водорастворимыми частицами почти в половине случаев, превышает 200 мкСм/см и достигает максимальных значений в несколько тысяч мкСм/см. В непромышленных районах напротив, вероятность Ху 200 мкСм/см очень незначительна [77].
На рис. 8 приведена вероятность удельной объемной проводимости дождей в непромышленных районах [77] и вблизи промышленных предприятий с большим количеством выбросов в атмосферу водорастворимых частиц загрязнения [89]. Анализ механизмов вымывания загрязнений из атмосферы [91, 92] показал, что вблизи промышленных предприятий вымывание загрязнений происходит, в основном, в подоблачном слое. Эффективность вымывания твердых частиц загрязнения в подоблачном слое, как минимум, на порядок выше эффективности вымывания газообразных загрязнений. Следовательно, образование дождей повышенной проводимости вблизи промышленных предприятий происходит, в первую очередь, в результате вымывания из атмосферы твердых загрязнений. Аналогичное положение содержится в [93]. Таким образом, проводимость слоя загрязнения должна коррелироваться с проводимостью осадков.
Математическое моделирование электрофизических процессов при однократном увлажнении загрязненной изоляции
Для получения указанной информации, экспериментальным путем необходимо проведение многолетних и всеобъемлющих исследований разрядных характеристик изоляторов при естественных увлажнениях в различных регионах страны. Такие исследования требуют очень больших трудозатрат и финансирования. Причем, даже сама постановка задач исследований и разработка необходимого для этого оборудования являются непростой задачей.
Альтернативой этому, трудно реализуемому, направлению исследований является математическое моделирование работы изоляторов в условиях загрязнения и увлажнения. При этом также могут быть решены задачи достоверной оценки потерь энергии и интенсивности электрокоррозии стержней тарельчатых изоляторов в КС постоянного тока.
В соответствии с ранее приведенным определением, в задачу координации изоляции в нормальном эксплуатационном режиме входит не только установление (выбор), но и поддержание необходимого уровня изоляции в процессе эксплуатации. Это достигается, в первую очередь, путем очистки изоляторов от загрязнений.
В мировой практике, особенно в Германии, Японии, Англии и в определенной степени в России, значительное распространение получил обмыв изоляторов под напряжением в районах с нецементирующимися загрязнениями [122,123,124]. При этом используются как стационарные (в основном на ОРУ), так и передвижные установки. Особенно эффективен обмыв изоляторов под напряжением в КС, так как здесь возможно применение установок на железнодорожном ходу. Описание такой установки приведено в [125]. Установка формируется из автомотрисы и двух прицепных вагонов: цистерны вместимостью 50 м3 и платформы с двумя лафетными стволами, и баком вместимостью 25 м3. Струю воды под давлением направляют на гирлянду изоляторов с расстояния не более 20 м. Расстояние по струе от лафетного ствола до токоведущих частей, в том числе и изолятора, должно быть не менее 4,5 м. Используемая вода должна иметь удельное объемное сопротивление не менее 100 кОм-м. Продолжительность обмыва одного изолятора составляет 10-20 с, расчетное время непрерывной работы из одного ствола составляет 5 ч, расход воды - 4 л/с. Особенно сложно обеспечить требуемый уровень изоляции в районах с цементирующимися загрязнениями. Как уже указывалось ранее, плотность загрязнения поверхности изоляторов в этих районах постоянно увеличивается. Это делает практически невозможным обеспечение надежного уровня изоляции без применения специальных мероприятий. Обмыв под напряжением в этом случае неэффективен. Зачастую изоляторы с практически не удаляемым обычными способами слоем загрязнения просто заменяют на новые уже через несколько лет эксплуатации. В определенной степени помогает применение гидрофобных смазок [126,127,128]. Однако процесс нанесения смазок и замены крайне нетехнологичен и требует больших трудозатрат. В связи с этим, такой способ повышения влагоразрядных характеристик может быть рекомендован только в исключительных случаях. Более эффективным может оказаться применение твердых гидрофобных покрытий, технология применения которых разработана в Санкт-Петербургском АО НИИПТ. В соответствии с этой технологией предусмотрено покрытие поверхности изолятора твердой полимерной оболочкой холодного отверждения на основе кремнеорганической композиции. Защитное покрытие обладает высокой тре-кингэрозионной стойкостью, хорошей адгезией к глазуированной поверхности изолятора и высокой степенью гидрофобности. Безопасная и экологически чистая технология предусматривает нанесение покрытия в условиях эксплуатации как с демонтажем, так и без демонтажа изоляторов. Отверждение полимерного покрытия до состояния, позволяющего подавать рабочее напряжение не более 4 часов. Расчетный срок службы покрытия - не менее 10 лет. Полимерное покрытие может применяться в зонах с любыми видами природных и промышленных загрязнений, в том числе и цементирующихся, а также в зонах уносов химических производств [129].
Представляет интерес технология очистки изоляторов со сцементированным слоем загрязнения, разработанная в институте "Средазэнергосетьпро-ект" при участии автора. Разработанный раствор для очистки сцементиро-вавшихся загрязнений расщепляет химические связи в цементном камне, в результате чего образуются легко растворимые в воде соли. Раствор не опасен для окружающей среды и не реагирует с цинковым покрытием арматуры изолятора. Нанесение раствора на изоляторы может производиться с помощью любого подходящего для этого оборудования. После обработки раствором, образовавшиеся на поверхности изолятора соли, легко смываются струей воды под давлением. Данный метод очистки изоляторов был успешно опро-бирован на Среднеазиатской железной дороге в районе станции "Бекабад", расположенной рядом с цементным заводом. До этого изоляторы со сцемен-тировавшимся слоем загрязнения заменялись на новые примерно каждые 2-3 года.
В некоторых случаях складываются обстоятельства, требующие усиления уровня изоляции действующих электроустановок. Например, при увеличении загрязнения атмосферы вследствие строительства новых промышленных предприятий или изменения природных условий (пример - зона экологического бедствия в Приаралье), при выявлении в процессе эксплуатации недостаточности принятого на стадии проектирования уровня изоляции (ошибка при проектировании) и так далее.
Кроме того, специальные профилактические мероприятия могут быть предусмотрены еще на стадии проектирования электроустановок. Например, если изоляция электрических аппаратов на требуемый класс напряжения не обеспечивает надежной работы, а использование электрических аппаратов на более высокий класс напряжения экономически нецелесообразно. Усиление изоляции КС без изменения ее габаритов может быть выполнено путем замены изоляторов нормального исполнения на грязестойкие с увеличенной длиной пути утечки.
Эффективность работы изоляторов наружной установки в условиях загрязнения и увлажнения в определенной степени зависит от конфигурации изоляционной детали.
Поскольку перекрытие загрязненного изолятора происходит в результате движения частичной дуги вдоль поверхности изолятора, то очевидно, что влагоразрядное напряжение пропорционально длине пути утечки. Однако увеличение длины пути утечки связано с усложнением формы изоляционной детали. При этом разряд шунтирует отдельные участки поверхности и фактически путь разряда уже не равен геометрической длине пути утечки. Эффективность использования длины пути утечки оценивается коэффициентом K3=L/L3, где Ьэ - фактическая длина разряда или иначе эффективная длина пути утечки. В последнем 7-ом издании "Правил устройства электроустановок" коэффициент Кэ, ранее называемый коэффициентом эффективности, называется коэффициентом использования длины пути утечки и в случае единичного изолятора обозначается как Ки.
Методика определения коэффициента использования для отдельных типов изоляторов основана на сравнении разрядных напряжений испытуемого и эталонного изоляторов, загрязненных в одинаковых условиях. В качестве эталонных должны использоваться изоляторы со слаборазвитой поверхностью изоляционной детали, у которых полностью используется геометрическая длина пути утечки. Степень развитости поверхности тарельчатых изоляторов оценивается отношением L/D, а опорно-стержневых - L/Hu, где Ни строительная высота изоляционной части изолятора (колонки). Значения коэффициентов использования тарельчатых изоляторов со слаборазвитой нижней поверхностью изоляционной детали (изоляторов нормального исполнения), заимствованные из [115], приведены в табл. 21.
Разработка методики расчета среднегодового потока загрязнения на подстилающую поверхность в погоду без атмосферных осадков
В связи с этим в разрабатываемой модели в качестве условия возникновения частичной дуги и начала разрядного процесса используется полученное условие существования стабильно горящей частичной дуги (168) для элементарного участка вблизи стержня. Значения постоянных коэффициентов ВАХ частичной дуги подробно рассмотрены в 1.5. В большинстве случаев значения постоянных коэффициентов приводятся вне зависимости от длины дуги, однако это как указывается в [72], желательно учитывать. В связи с этим в разрабатываемой модели приняты приведенные в табл. 22 значения постоянных коэффициентов, полученные с учетом прианодного и прикатодного падений напряжения в зависимости от длины частичной дуги. При этом сомножитель, учитывающий атмосферное давление {РIР0), не используется, так как это существенно важно только для условий высокогорья.
Совокупность математических соотношений, представленная в предыдущих разделах главы, с достаточной корректностью описывает все основные физические процессы при увлажнении загрязненной изоляции в нормальном эксплуатационном режиме, то есть является математической моделью этих процессов [192]. Причем все соотношения одинаково пригодны как для напряжения промышленной частоты, так и для выпрямленного напряжения.
В связи с тем, что расчет Хок (Хк) при программной реализации математической модели связан с большими трудностями, в модели критическая длина стабильно горящей частичной дуги принята равной Хк=2\ см, то есть X0=QJ. Это значение Х0 хорошо согласуется с результатами расчетов ( 2.5) и наблюдениями за развитием частичной дуги при высоковольтных испытаниях загрязненных и увлажненных тарельчатых изоляторов (при высоковольтных испытаниях наблюдается, что перекрытие тарельчатого изолятора происходит, когда опорная точка частичной дуги достигает края изоляционной детали или продвигается несколько дальше).
Время в модели является дискретной переменной, причем, как было установлено при отладке модели, устойчивость решений обеспечивается при At 0,3 с. В модели будущее состояние реализуется в зависимости от настоящего (через интервал времени At) единственным образом, то есть однозначно. В связи с этим модель может быть классифицирована как дискретно-детерминированная. Программная реализация модели осуществлена с помощью пакета моделирования динамических систем Simulink 4.1., входящего в состав системы MATLAB 6.1. Разработаны три автономные программы: "TUM" 17,4 МБ -моделирует работу изолятора в режиме А при тумане и мороси; "LIW" 17,3 МБ - моделирует работу изолятора в режиме В; "ROS" 17,3 МБ - моделирует работу изолятора в режиме А при выпадении росы. На рис. 37 приведена основная блок-схема указанных программ. На каждом шаге моделирования расчеты производятся в следующей последовательности. В соответствии с исходными данными рассчитываются параметры увлажненного слоя загрязнения вдоль длины пути утечки, а затем удельная поверхностная проводимость. Распределение удельной поверхностной проводимости вдоль длины пути утечки используется для определения выполнения условия существования стабильно горящей частичной дуги на каком-то расстоянии (X) от стержня. Если это условие не выполняется, то производится расчет (с привлечением данных об уровне напряжения на изоляторе) тока утечки в безразрядном режиме, тепловыделения и температуры в слое загрязнения. Параметры увлажненного слоя загрязнения корректируются в соответствии с полученным распределением температуры и продолжающимися процессами увлажнения и испарения. На следующем шаге моделирования цикл расчетов повторяется в той же последовательности. Если условие существования стабильно горящей частичной дуги выполняется на каком-либо расстоянии от стержня, то: - при X = Хк фиксируется перекрытие изолятора и производится остановка работы программы; - при X ЛЬ фиксируется гашение частичной дуги и возобновляется цикл расчетов в безразрядном режиме; - при AL X Хк фиксируется стабильно, горящая частичная дуга длиной X. После того, как фиксируется стабильно горящая частичная дуга, производится расчет тока утечки как по незашунтированному дугой участку поверхности изолятора, так и по зашунтированному. Производится расчет тепловыделения и температуры на этих участках. Для полученного нового распределения удельной поверхностной проводимости вновь проверяется выполнение условия существования стабильно горящей частичной дуги.
Таким образом, расчет по программе производится до тех пор, пока либо не будет зафиксировано перекрытие изолятора, либо не закончится заданное время моделирования. Расчет средних за время моделирования мощности потерь энергии и тока утечки (вызывающего электрокоррозию стержня изолятора) производится по где /\ - время моделирования; / - общий ток утечки; /к- общий ток утечки в отсутствии частичной дуги и ток утечки по незашунтированному частичной дугой участку изолятора во время горения частичной дуги (электрокоррозионный ток).
Помимо определения параметров, характеризующих работу изоляторов в нормальном эксплуатационном режиме, таких как разрядное напряжение, средних за время моделирования мощности потерь энергии и электрокоррозионного тока, программы позволяют рассчитывать и регистрировать пространственно-временные структуры таких характеристик, как: температура слоя загрязнения, тепловыделение в слое загрязнения, водосодержание слоя загрязнения, количество в слое загрязнения электролита и других компонентов, напряженность электрического поля вблизи поверхности изолятора, удельная поверхностная проводимость. Кроме того, регистрируется общий ток утечки и поверхностная проводимость изолятора.
