Содержание к диссертации
Введение
1. Внешняя изоляция электрооборудования в условиях загрязнения и увлажнения. современное состояние вопроса 9
1.1. Методы выбора внешней изоляции. 9
1.2. Опыт эксплуатации внешней изоляции подстанционного электрооборудования районах с загрязненной атмосферой 15
1.3- Лабораторные испытания внешней изоляции при искусственном загрязнении и увлажнении 20
Выводы и постановка задачи исследований 29
2. Статистическое моделирование физических процессов на загрязненной и увлажненной поверхности изолятора при длительном воздействии напряжения 31
2.1. Задачи математического моделирования 31
2.2. Общие принципы моделирования.. 35
2.3. Модель элементарного участка слоя загрязнения 42
2.4. Расчет нелинейной электрической цепи с параллельно — последовательным соединением сопротивлений 45
2.5. Модель тепловых процессов в слое загрязнения 51
2.6 Алгоритм выполнения компьютерного эксперимента 53
2.7 Компьютерные исследования статистических характеристик разрядного напряжения... 57
Выводы 66
3. Разработка методики искусственного загрязнения 68
3.1. Постановка задачи 68
3.2. Новый способ нанесения искусственного слоя загрязнения 68
3.3. Отработка технологии загрязнения 74
3.4. Тестирование методики загрязнения при высоковольтных испытаниях 78
Выводы 83
4. Экспериментальные исследования кривой эффекта 85
4.1. Задача исследований 85
4.2. Испытательная установка и методика ускоренных испытаний 86
4.3. Результаты исследований 90
Выводы 100
5. Исследования 50 %-ных разрядных характеристик опорных изоляторов 101
5.1. Задачи исследований 101
5.2. Испытательная установка и методика экспериментальных исследований 101
5.3. Разрядные характеристики опорных изоляторов 104
Выводы 117
6. Усовершенствование методов выбора опорных изоляторов 111
6.1. Усовершенствованная методика статистического выбора внешней изоляции для районов с загрязненной атмосферой 115
6.2. Обоснование требований к разрядным характеристикам опорных изоляторов при искусственном загрязнении 128
Выводы 134
Заключение 136
Список литературы 139
Приложение:
1. Таблицы экспериментальных данных 148
2. Лабораторные испытания изоляторов при искусственном загрязнении и увлажнении 152
- Опыт эксплуатации внешней изоляции подстанционного электрооборудования районах с загрязненной атмосферой
- Тестирование методики загрязнения при высоковольтных испытаниях
- Разрядные характеристики опорных изоляторов
- Обоснование требований к разрядным характеристикам опорных изоляторов при искусственном загрязнении
Введение к работе
Актуальность проблемы. Для разработки и выбора рациональных изоляционных конструкций электрооборудования открытых распределительных устройств необходимы исследования электрической прочігости внешней изоляции при длительном воздействии рабочего напряжения в условиях загрязнения и увлажнения. Эти исследования в настоящее время выполняются экспериментальным путем, однако, высокая трудоемкость существующих методик испытания загрязненных подстанцион-пых изоляторов во многом ограничивает объем и достоверность экспери-чентальных данных по их разрядным характеристикам. Недостаточно полные представления о механизме развития физических процессов, происходящих при перекрытии загрязненных и увлажненных изоляторов, нередко приводят к ошибкам методического характера и к неправильным результатам лабораторных испытаний. Кроме того, отсутствуют збоснованные методики применения разрядных характеристик при вы-5оре уровней внешней изоляции электрооборудования, в том числе ее гаиболсе распространенного и уязвимого в эксплуатации типа - опорной ізоляции. В связи с этим актуальной является разработка новой методист экспериментальной оценки разрядных характеристик внешней опор-юй изоляции при загрязнении и увлажнении, изучение физических троцессов на поверхности загрязненных и увлажненных опорных изоля-оров, определение разрядных характеристик основных типов опорных ізоляторов, в том числе с исследованием на физико-математической мо-іели, и на этой основе разработка методики применения полученных «спериментальных данных при выборе внешней изоляции злектрообо->удовапия.
Цель работы. Основной целью работы являлось обоснование требо-іаний к разрядным характеристикам опорных изоляторов при искусст-:енном загрязнении в зависимости от степени загрязнения в районе их ірименения и усовершенствование методики статистического выбора нешней изоляции для районов с загрязненной атмосферой. Для этого еобходимо решение следующих задач:
— разработка математической модели физических процессов на за-рязненной и увлажненной поверхности изолятора при длительном воз-ействии напряжения и проведение компьютерного эксперимента для пределения численных оценок квантилей разрядного напряжения в об-асти малых и весьма малых вероятностей перекрытия, что в лаборатор-ом эксперименте (при значениях кривой эффекта 44U) < 0,0001)
практически неосуществимо, так как требует очень большого количества трудоемких длительных опытов.
— разработка новой методики искусственного загрязнения, прием
лемой для испытаний крупногабаритных опорных изоляторов;
-— экспериментальное определение разрядных характеристик опорных изоляторов с различным диаметром тела и с различной конфигурацией поверхности;
— разработка методики ускоренных испытаний и определение кри
вой эффекта T(U) для наиболее распространенных по конфигурации
опорных изоляторов при наиболее характерных в эксплуатации слабых и
умеренных загрязнениях.
Научная новизна и практическая ценность. В настоящей работе впервые разработана статистическая модель динамики физических процессов на загрязненной и увлажненной поверхности изолятора при длительном воздействии напряжения, которая учитывает вероятностный характер основных факторов, определяющих механизмы предразрядных и разрядных явлений при различных уровнях воздействующего напряжения. Результаты лабораторных и компьютерных экспериментов подтвердили гипотезу об усеченности кривой эффекта слева па примере аппроксимации зависимости \y(U) трехпараметрическим (ограниченным слева) распределением Вейбулла. Показано, что одним из главных факторов, определяющих усечение кривой эффекта, является равномерный прогрев поверхности изолятора (подсушки слоя загрязнения) током утечки в результате диффузионного перераспределения тепла при напряжениях, соответствующих малой и весьма малой вероятности перекрытия VP(U). Показано, что: оценка точки усечения кривой эффекта зависит от параметров лабораторного эксперимента (степени равномерности слоя загрязнения изолятора и уровня снижения величины испытательного напряжения в результате протекания тока утечки); применение в лабораторных исследованиях высоковольтных испытательных установок недостаточной мощности может привести к существенным погрешностям в определении величины напряжения усечения U0.
Модернизирована методика экспериментальных исследований и исследованы частости перекрытия опорных изоляторов в широком диапазоне уровней воздействующего напряжения. Впервые показано, что наилучшая аппроксимация зависимости вероятности перекрытия изолятора от величины воздействующего напряжения (кривой эффекта) достигается трехпараметрическим (.ограниченным слева) распределением Вейбулла. Подтверждено, что в области значений ч>(и) є [0,05 ; 0,95] аппроксимация кривой эффекта опорных изоляторов с высоким уровнем надежности может быть выполнена нормальным законом распределения.
Разработана методика искусственного загрязнения изоляторов, которая, не снижая точности результатов, позволяет автоматизировать процедуру лабораторных испытаний, сократить необходимые затраты на их проведение и уменьшить уровень субъективных влияний на эксперимент.
В широком диапазоне изменения удельной поверхностной проводимости впервые исследованы разрядные характеристики основных типов опорных изоляторов. Исследовано влияние степени загрязнения на эффективность использования длины пути утечки опорных изоляторов. Эффективность использования длины пути утечки изоляторов с чередующимися ребрами неременного вылета повышается при умеренно сильных и сильных загрязнениях, оставаясь сравнительно низкой при средних и малых загрязнениях. Результаты этих исследований позволили сформулировать проект нормативных требований к разрядным па-пряжениям при искусственном загрязнении и увлажнении опорных изоляторов для различных классов номинального напряжения и различных зон загрязнения. Предлагаемые нормативы предъявляют более жесткие требования к электрической прочности загрязненных опорных изоляторов, в отличие от действующих норм (ГОСТ 9984-85), которые не обеспечивают надежный выбор изоляции.
Усовершенствована методика статистического выбора изоляции по /словию надежной работы в нормальном эксплуатационном режиме, которая учитывает усеченность кривой эффекта слева.
На защиту выносятся: статистическая модель и алгоритм расчета тинамики физических процессов па загрязненной и увлажненной по-зерхности изолятора при длительном воздействии напряжения; результаты компьютерных экспериментов; методика искусственного загрязнения ізоляторов; результаты лабораторных исследований зависимости вероят-юсти перекрытия изолятора от величины воздействующего напряжения; результаты исследований электрической прочности опорных изоляторов іри искусственном загрязнении; основные положения усовершенствован-юіі методики статистического выбора изоляции по условию надежной >аботы в нормальном эксплуатационном режиме.
Апробация работы и публикации. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались:
—- на научно-технической конференции "Повышение надежности іаботьі изоляции линии электропередачи и электрооборудования пысоко-о напряжения" (Ташкент, 1986);
на международном коллоквиуме по высоковольтной испытагель-:ой технике в Ленинграде (СССР, 1988);
на научно-технической конференции "Разработка и исследование золяционных конструкций из новых материалов и внедрение компью-
терной технологии в проектирование и организацию строительства" (Ташкент, 1989);
на 7-ом Международном симпозиуме по высоковольтной технике, ISH,7 в Дрездене (ГДР, 1991).
на 9-ом Международном симпозиуме по высоковольтной технике ISH.9 в Граце (Австрия, 1995).
Объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы и приложения. Общий объем работы составляет 155 стр., из них 104 стр. машинописного текста, 11 таблиц, 30 рисунков, список литературы из 99 наименований, приложение на 8 стр.
Опыт эксплуатации внешней изоляции подстанционного электрооборудования районах с загрязненной атмосферой
Аварийная статистика многих стран, включая Россию, показывает, что перекрытия внешней изоляции подстанцнонного оборудования происходят, как правило, в нормальном эксплуатационном режиме при длительном воздействии рабочего напряжения в условиях загрязнения и увлажнения, причем, в ряде случаев такие перекрытия являются причиной крупных системных аварий с повреждением оборудования и длительными перерывами в энергоснабжении потребителей со значительным сопутствующим ущербом от недоотпуска электроэнергии. В качестве примера можно привести аварию на подстанции "Ждановская" Донбасэнерго, где во время тумана, при загрязнении уносами аммиака и химических удобрений, произошли массовые перекрытия опорной и аппаратной изоляции ОРУ 330 кВ [56]. В результате были обесточены более 10 подстанций, ТЭЦ комбината Аэовсталь отделилась от системы и произошел полный останов станции. Недоотпуск электроэнергии составил около 850 тыс.кВт.ч., на металлургическом комбинате нарушился технологический процесс сталеплавильного производства с аварийной остановкой печей. Нанесенный материальный ущерб составил около 0.8 % от валового национального продукта.
Крупные аварии, вызванные перекрытиями внешней изоляции при загрязнении и увлажнении, происходили также на подстанциях в Ставрололь-энерго, Гурьевэнерго, Кузбасэнерго, Волгорадэнерго, Свердловэнерго и в ряде других энергосистем.
Обобщенные за многолетний период эксплуатации данные [17, 54—58] распределения отказов по классам напряжения и типам оборудования (табл. 1.1) показывают, что аварийные отключения чаще всего связаны с перекрытием опорной изоляции высоковольтных аппаратов и шинных опор. При этом достаточно часто перекрытия сопровождаются повреждением оборудования и разрушением фарфоровой изоляции от термического воздействия силовой дуги, например, при развитии аварии на ОРУ 220 кВ Навоийской ГРЭС [58] массовые повторные перекрытия изоляции привели к потере б разъединителей РЛНД-220-1000 и двух воздушных выключателей ВВБ-220. Перекрытия внешней изоляции, как правило, носят сезонный характер и происходят при таких атмосферных осадках, как туман, морось, дождь, роса, снег, иней при температуре воздуха выше -5 С. Наибольшее количество перекрытий в России (примерно 75 %) приходится на период с октября по март В табл. 1.2 представлено распределение отказов внешней изоляции оборудования подстанции в зависимости от источника загрязнения [17, 54—58]. Из данных табл. 1.2 видно, что почти в половине отказов источником загрязнения являются уносы промышленных предприятии (химических комбинатов, цементных заводов, ТЭЦ, работающих на низкосортных углях, горнообогатительных предприятий и т.д.). Это объясняется тем, что распределительные подстанции нередко располагаются вблизи промышленных объектов. При этом причиной более 10 % отказов (из числа промышленных загрязнений) являются уносы солей выпара градирен, сооруженных без учета розы ветров и на близком расстоянии от ОРУ. Примерно, 40 % отказов внешней изоляции происходит из-за природных загрязнений (солевые уносы морей и засоленных водоемов, засоленные дифлирующие почвы при слабом ветре и, особенно, при пыльных бурях, уносы с сельскохозяйственных угодий, обрабатываемых химическими удобрешіями). Экстремальные ситуации, такие, как залповые выбросы загрязняющих веществ с промышленных ггредтіриятий в атмосферу и уносы при нарушениях правил хранения и транспортировки угля, цемента, химических удобрений и т.п., вызывают менее 10 % отказов.
Подробные исследования причин аварийных отключений и систематический сбор и анализ данных опыта эксплуатации высоковольтных сетей в районах с различными климатическими условиями, которые на протяжении последних 25 лет непрерывно проводятся в НИИПТ [49, 50], убедительно доказывают, что основной причиной перекрытий внешней изоляции в нормальном эксплуатационном режиме является несоответствие выбранного уровня изоляции на подстанциях (см. 1.1) реальным условиям эксплуатации в результате грубых просчетов на стадии проектирования энергообъектов или в результате появления новых неучтенных источников загрязнения.
Вместе с тем следует добавить, что в некоторых случаях (менее 10 % отказов) аварийные отключения происходят по вине обслуживающего персонала из-за некачественного проведения профилактических мероприятий по очистке изоляции или защите ее поверхности специальными 1"идрофобными покрытиями. Известны также несколько аварийных отключений на подстанциях [53-58]» когда перекрытие возникало при нарушении технологии обмыва (очистки) изоляции под напряжением, например, при неудачной попытке выполнить обмыв изоляции под напряжением в 1970 г. произошла, одна из самых крупных в мировой практике, авария на преобразовательной подстанции Sylmar тихоокеанской линии Pacific Intertie постоянного тока 750 кВ [95].
Статистика аварийных отключений распределительных подстанций показывает, что проблема обеспечения высокой надежности электрооборудования в нормальном эксплуатационном режиме (при воздействии рабочего напряжения в сочетании с загрязнением и увлажнением внешней изоляции) является одной из важных практических задач электроэнергетики. Особенно большое значение рассматриваемый вопрос приобрел в последнее время. Общий спад производства в странах СНГ вызвал заметное снижение потребления электроэнергии, что в ряде случаев привело к повышению уровня рабочего напряжения в передающей сети. Например, по данным [7, 8, 16, 17] многие высоковольтные сети 330 — 750 кВ большую часть года эксплуатируются при повышенном напряжении, величина которого на 10-15% превосходит наибольшее допустимое значение [43» 21]. Вполне закономерно, что повышение уровня рабочего напряжения сказалось на снижении надежности высоковольтных сетей, так, по данным [7], только за период с 1990 по 1993 п в энергосистемах РАО "ЕЭС России" на подстанциях 500 и 750 кВ было зафиксировано 6 аварийных отключений, которые были вызваны перекрытиями внешней изоляции оборудования при повышенном уровне рабочего напряжении в условиях загрязнения и увлажнения. При этом численные показатели годового потока отказов ( в расчете на 1 элемент оборудования), по сравнению с данными опыта эксплуатации предыдущих лет [17], возросли, примерно, в 2,5 раза.
Тестирование методики загрязнения при высоковольтных испытаниях
Разработанная методика загрязнения была проверена на достоверность и воспроизводимость получаемых результатов в высоковольтных испытаниях одного из наиболее распространенных типов опорных изоляторов И О С-110-600. Испытания проводились способом ПТ по [22] - приложение напряжения толчком к предварительно загрязненному и увлажненному объекту. В ходе испытаний методом "вверх-вниз" (см. главу 5) определялась величина 50 %-ного разрядного напряжения (U$o%) при значениях удельной поверхностной проводимости %, соответствующих слабым, умеренным и сильным загрязнениям. Один из моментов высоковольтных испытаний показан на фотографии (рис.3.5).
На рис,3.6 представлены осциллограммы тока утечки (1у) по поверхности испытываемого изолятора при величине воздействующего напряжения, примерно, на 20—30 % ниже значения U5o%- Как видно из осциллограмм, в течение опыта на загрязненной поверхности изолятора последовательно происходят различные стадии развития тепловых и электрофизических процессов [49], характерные для испытаний способом ПТ: первоначальное увеличение, затем постепенное снижение и обрыв тока утечки, вызванные процессами разогрева и подсушки слоя загрязнения током утечки с постепенным образованием кольцевых подсушенных зон (рис.3.б,а); последующее появление на фоне малых значений (1у = 4—6 мА) импульсов тока утечки (1у = 20—40 мА) при перекрытии кольцевых подсушенных зон частичными дугами (рис.3.6,б) - режим перемежающихся дуг [49].
Сопоставление величины 50 %-ного разрядного напряжения (Uso%) при искусственном загрязнении изолятора по разработанной методике и по стандартной методике НИИПТ (см. главу 5) показывает достаточно хорошее совпадение результатов (рис.3.7). Результаты испытаний при загрязнении по новой методике также хорошо согласуются с разрядными напряжениями [26], которые были полученными на изоляторах с естественным загрязнением (рис.3.7). Полученные данные дают основание для применения разработанной методики искусственного загрязнения как в исследованиях электрической прочности внешней изоляции, так и при выборе изоляторов для районов с загрязненной атмосферой по нормированным значениям разрядного напряжения [38]. В 1.3 были . приведены разрядные напряжения некоторых наиболее распространенных типов опорных изоляторов (см. табл. 1.2), полученные в разных лабораториях СНГ по предварительно согласованной единой методике, близкой к методике НИИПТ. Совместный анализ этих данных с результатами исследований в настоящей работе при загрязнении изоляторов по новой методике показывает (см. главу 5), что большинстве случаев значения разрядных напряжений в разных лабораториях оказались достаточно близкими. Отмечая неплохую воспроизводимость результатов испытаний по ГОСТ 10390-86 [22], следует, однако, учесть что в ряде специально поставленных экспериментов (см, 1.3), для изоляторов одного и того же типа и при одинаковой степени их загрязнения, было обнаружено заметное влияние на величину разрядного напряжения состава загрязняющего вещества, способов его нанесения и увлажнения. Поэтому для надежной и воспроизводимой оценки разрядных характеристик, особенно в сертификационных испытаниях изоляторов, необходимо жестко регламентировать методику образования увлажненного слоя искусственного загрязнения. При этом в качестве базовой методики для дальнейшего совершенствования и стандартизации целесообразно рекомендовать предложенную в настоящей работе (на основе применения плавучего инертного вещества) методику ( 3.3, [36, 81]), учитывая ее сравнительно малую трудоемкость и возможность полной автоматизации опытов.
Разрядные характеристики опорных изоляторов
Исследования разрядных характеристик проводились:
— на опорных изоляторах нового поколения (изоляторах унифицированного ряда из высокопрочного фарфора);
— на серийных типах изоляторов , уже сравнительно давно выпускаемых электропромышленностью;
— на покрышках О ПН;
— на покрышках высоковольтных конденсаторов
— на опытных образцах изоляторов1.
По конфигурации изоляционного тела (см. рис. 1.2) испытаниям подвергались в основном изоляторы двух исполнений:
— с постоянным вылетом ребер (нормальное исполнение);
— с чередующимися ребрами большого и малого вылета (грязестойкое исполнение).
Длина пути утечки изоляционных конструкций соответствовала нормированным значениям для электрооборудования классов напряжения 110—500 кВ категории I и II по [19]. Изоляторы класса напряжения 220 кВ и выше состояли из нескольких изоляционных элементов, армированных фланцами.
Основные геометрические параметры объектов испытания приведены в табл. 5.1, 5.2 и 5.3, где приняты следующие обозначения: Н - строительная высота; h - высота изоляционной части; d - диаметр тела; D - диаметр ребер (для изоляторов с переменным вылетом ребер D1 - диаметр больших ребер, D2 - диаметр малых ребер).
Результаты высоковольтных испытаний представлены в табл. П. 1.1, П. 1.2 (приложение 1) и содержатся в публикациях [5, 10, 14, 26, 35, 37, 81, 82].
Зависимости 50 %-ного разрядного напряжения от высоты изоляционной части (и, соответственно, от длины пути утечки) изоляторов и опорно-изоляционной конструкции при удельной поверхностной проводимости % = 2 мкСм и выше, как показали многочисленные исследования [50, 80, 85] и подтверждено в настоящей работе (рис. 5.2), практически линейна вплоть до соты h = 4 м и более (и, соответственно, линейна вплоть до длины пути утечки L = 9 м и более). Это обстоятельство позволяет характеризовать электрическую прочность изоляторов значениями их удельных разрядных напряжений: EL = 1%%/L и Еь = Uso%/% где EL И ЕЬ. - соответственно величины удельного по длине пути утечки и по изоляционной высоте 50 %-ных разрядных напряжений.
На рис. 5-3 приведены результаты испытаний опорных изоляторов с постоянным вылетом ребер (см. табл. 5.1) при удельной поверхностной проводимости загрязнения % = 2—35 мкСм. Как видно из этих данных, экспериментальные значения разрядного напряжения EL ДЛЯ различных типов опорных изоляторов с примерно одинаковым диаметром тела (L/h = 2,3—2,5, d = 13—15 см) достаточно хорошо согласуются и могут быть аппроксимированы1 обобщающей зависимостью
Таким образом, все выпускаемые в настоящее время опорные изоляторы с постоянным вылетом ребер характеризуются практически равной эффективностью использования длины пути утечки, что, вероятно, объясняется их весьма близкой конфигурацией поверхности (близкими значениями L/h, одинаковыми размерами и профилем ребер). Между тем испытания изоляторов с переменным вылетом ребер, при х = 2—40 мкСм, выявили некоторое снижение значений разрядного напряжения EL С увеличением диаметра изоляционного тела d. Для более наглядного представления аппроксимирующие зависимости (5.2) и (5.3) сопоставлены на рис.5.6. Как видно, более высокие разрядные напряжения имеют изоляторы с меньшим диаметром изоляционного тела; значения EL для изоляторов с d = 8—И см, примерно, на 10 % выше, чем для изоляторов с d = 13—16 см, причем эта разница практически не зависит от степени загрязнения %.
На рис. 5.6 нанесена также зависимость EL(X) лля изоляторов с постоянным вылетом ребер (формула (5.1)). Анализ разрядных напряжений для изоляторов с различной конфигурацией поверхности на рис. 5 6 показывает, что, при одинаковом диаметре тела d = ІЗ—16 см, изоляторы с постоянным вылетом ребер характеризуется более высокой эффективностью использования длины пути утечки, чем изоляторы с чередующимися ребрами переменного вылета. При этом обнаруживается, что эффективность использования длины пути утечки изоляторов с чередующимися ребрами повышается при умеренно сильных исильных загрязнениях, оставаясь сравнительно низкой при средних и слабых загрязнениях.
Формулы (5.1), (5-2) и (5-3), после преобразования (Е = E L/h) позволяют оценить значения удельного по изоляционной высоте разрядного напряжения Еь(%) для соответствующих типов изоляторов. При этом очевидно, что изоляторы с большим отношением L/h имеют большее значение Еь
На рис.5-7 сопоставлены зависимости разрядного напряжения Е от удельной поверхностной проводимости х Для опорных изоляторов с постоянным и с переменным вылетом ребер. Как видно, во всем диапазоне исследованных проводимостей х = 2—35 мкСм изоляторы с постоянным вылетом ребер уступают по величине Е изоляторам с переменным вылетом ребер. Поэтому применение изоляторов гряэестойкого исполнения (с переменным вылетом ребер) не только в районах с сильным загрязнением, но и в практически чистых районах (I и II СЗА по [38]) позволит сократить высоту опорных изоляционных конструкций по сравнению с изоляторами нормального исполнения (с постоянным вылетом ребер), при сохранении той же электрической прочности в нормальном эксплуатационном режиме [35]. При ЭТОМ, с ростом класса напряжения электрооборудования эффект снижения строительной высоты будет более заметным за счет меньшего числа изоляционных элементов и соответственно меньшего числа промежуточных фланцев в сборных изоляционных конструкциях.
Обоснование требований к разрядным характеристикам опорных изоляторов при искусственном загрязнении
Уточним основные цели и возможности совершенствования методов нормативных (сертификационных) испытаний опорных изоляторов при искусственном загрязнении. Главная цель модернизации таких испытаний — получение исчерпывающей и точной информации об электрической прочности внешней изоляции электрооборудования, которая нужна как его потребителю (для уверенности в том, что опорная изоляция не будет перекрываться под воздействием рабочего напряжения при выпадении атмосферных осадков или при любых других увлажнениях, которые могут возникать на подстанциях, в частности, в результате капельных уносов с градирен или таяния наледи), так и его производителю (например, для того, чтобы быть уверенным в отсутствии излишних запасов в основных габаритах аппарата и, следовательно, излишних затрат на его изготовление).
Поставленная цель достижима только за счет максимального приближения условий испытаний к реальным условиям эксплуатации оборудования и за счет определения в испытаниях численных оценок электрической прочности изоляции. С этой точки зрения наиболее уязвимым в дейстаующих документах [38, 19] является нормирование в качестве испытательного - выдерживаемого напряжения (табл.б.2), а в качестве степени загрязнения -удельной поверхностной проводимости %, заметно превышающей характерные для эксплуатации значения (табл.6.3); между тем было установлено (см. главу 4; [35, 50]), что эффективность использования длины пути утечки изоляторов зависит от степени их загрязнения, и, следовательно, объективную оценку их электрической прочности могут дать только испытания при эксплуатационных значениях %.
Выбор нормативных требований следует производить таким образом, чтобы разрядные характеристики новых изоляторов при искусственном загрязнении были не ниже, чем у изоляторов, имеющих заведомо положительный опыт эксплуатации в районах с заданной по [38] степенью загрязненности атмосферы (СЗА). При этом следует ориентироваться на наиболее объективную характеристику электрической прочности - зависимость вероятности перекрытия изолятора от величины воздействующего напряжения (при фиксированной степени загрязнения) — кривую эффекта i/(U).
С физической точки зрения наиболее точной является аппроксимация ц/Ш) ограниченным слева законом (например, трехпараметрическим распределением Вейбулла ( см. главы 3, 4). Однако в нашем случае целесообразно воспользоваться аппроксимацией участка ty(U) = 0,05 — 0,95 зависимостью, подобной функции нормального распределения случайной величины [1], Заметим, что методы определения параметров кривой эффекта для такой аппроксимации не только хорошо отработаны, но и стандартизированы, а для пересчета квантилей существуют очень простые выражения, например, если известно значение коэффициента вариации err/, то связь между 50 %-ным разрядным напряжением и 10 %-ным выдерживаемым устанавливается формулой Uio - U50%[ 1 - 1,3 oVL 6Л3)
Исследования показали, что для различных типов опорных изоляторов величина коэффициента вариации может принимать значения в диапазоне о и = 0.06 — 0.08 [35]. Учитывая, что величина Си является весьма значимым параметром зависимости чКШ, увеличение которого существенно сказывается в сторону снижения надежности работы внешней изоляции [1, 70], нормативы на электрическую прочность должны регламентировать не только величину 50 %—ного разрядного напряжения и$о% но и коэффициент вариации стгЛ При этом одним из возможных вариантов решения задачи является нормирование одновременно двух значений испытательного напряжения: 50 %—ного разрядного и 10 %-ного выдерживаемого [37]. Успешно выдержавшим испытания в этом случае будет считаться только тот изолятор, у которого значения напряжения U$o% и Uw% превышают соответствующие нормативные требования.
При обосновании нормативных значений % можно ориентироваться на обобщенные НИИПТ данные по характеристикам загрязнения изоляторов в районах эксплуатации электроустановок с различной СЗА [26, 27, 39]. При этом, как и в действующих нормах [19, 38] целесообразно оставить три уровня загрязнения и соответствующие им категории исполнения изоляции: А (I—II СЗА), Б (III—IV СЗА) и В (V—VI СЗА), приняв в качестве испытательных проводимостей %и средние значения для наибольшей СЗА каждого уровня загрязнения (табл. б 3).
Требования к электрической прочности опорных изоляторов в нормативах на разрядные напряжения при искусственном загрязнении, должны быть не менее жесткими, чем требования норм [19, 38] на эффективную длину пути утечки. Поэтому при выборе испытательных напряжений использовалась зависимость удельного по длине пути утечки разрядного напряжения EL, которая получена для опорных изоляторов нормального исполнения (см. формулу (3.1)), в том числе для изоляторов с обширным положительным опытом эксплуатации типа ИОС 110-1250 (Кэ= 1,1). Значения 13 % и U\&% были определены по следующей методике [51]. Из нормированных значений удельной эффективной длины пути утечки [38] и коэффициента эффективности Кз = 1,1 устанавливались минимальные значения L для каждого класса напряжения и уровня загрязнения (по наибольшей СЗА). Величина Uso% определялась перемножением L на значение EL ДЛЯ ххигветствующих %; величина Uto% переечитывалась из и$о% по формуле (6.13) с коэффициентом вариации crrj = 0,0б- Значения полученных таким образом испытательных напряжений приведены в табл. 6.2.
В качестве примера на рис.6.2 показан принцип нормирования разрядных характеристик для опорных изоляторов класса напряжения 110 кВ. На графике отмечены как действующие (в пересчете на U5o% по формуле (6.13)), так и предлагаемые нормативы на разрядные напряжения. Как видно из рис.6.2, предлагаемые в табл.6.2 значения испытательных напряжений предъявляют более жесткие требования к электрической прочности опорных изоляторов, чем действующие в настоящее время нормы [19, 38].
Тестирование предлагаемых нормативов на примере изоляторов с положительным опытом, эксплуатации показало достаточно хорошее соответствие между фактической и нормированной электрической прочностью при искусственном загрязнении [37]. Так, например, изолятор ИОС-110-1250 успешно выдержал испытания на категорию А (I—II СЗА) и в то же время не прошел испытания на категорию Б, т.е. не может применяться в классе напряжения 110 кВ для районах со средней степенью загрязнения (III—IV СЗА). Изолятор С4-450 II выдержал испытания на категорию (Б) и не прошел испытания на категорию В (III—IV)