Technologie vysokého napětí v elektroenergetice, typy izolace zařízení a koordinace izolace

Technika vysokého napětí

Vysokonapěťové inženýrství je jednou z hlavních disciplín v řadě elektrických, elektrických a elektrofyzikálních specializací.

Je široce používán v mnoha odvětvích národního hospodářství. Pokud jde o vysokonapěťové energetické systémy, tato disciplína studuje elektrickou izolaci a procesy probíhající v izolaci při vystavení jmenovitému (provoznímu) napětí a přepětí.

Mezi vysokonapěťové instalace na základě charakteristik procesů v elektrické izolaci patří instalace se jmenovitým napětím nad 1000 V.

Kurz techniky vysokého napětí je obvykle rozdělen do dvou částí. První část se zabývá problematikou návrhu, technologie, testování a provozu. izolace elektrických instalací… Druhá část zkoumá výskyt přepětí v elektrických sítích a způsoby jejich omezení.

Obě části vysokonapěťové techniky spolu úzce souvisí a celkové řešení problémů jedné či druhé části musí probíhat ve vzájemném vztahu.

Rozsah problémů řešených vysokonapěťovou technologií zahrnuje:

• elektrické pole při vysokém napětí;

• elektrický výboj a surfování v dielektrikách;

• elektrické izolace a izolační konstrukce;

• metody ochrany proti přepětí a přepětí;

• problematika vybavení vysokonapěťových laboratoří, měření vysokého napětí, metody preventivního zkoušení izolací a izolačních konstrukcí, zemních proudů a zemnících zařízení.

Každá z těchto otázek má své vlastní charakteristiky a nezávislou důležitost. Všechny jsou však zaměřeny na řešení hlavního problému vysokonapěťové technologie — vytváření a zajišťování spolehlivě fungující elektroizolace vysokonapěťových instalací (tvorba izolačních konstrukcí s technicky a ekonomicky racionálními úrovněmi izolace).

Například úniky plynu mají velký nezávislý význam, ale ve vysokonapěťových technologiích jsou uvažovány z hlediska izolačních vlastností, protože plyny, zejména vzduch, jsou přítomny ve všech izolačních konstrukcích.

Tato vědní disciplína vznikla současně se vznikem prvních vysokonapěťových instalací, kdy spolehlivost jejich provozu začala určovat elektrická izolace.

Jak rosteš jmenovité napětí instalací požadavky na izolaci se zvyšují.Tyto požadavky jsou do značné míry určovány těmi přechodovými jevy, které se vyskytují v různých částech elektrických instalací při spínání obvodů, zemních poruchách atd. (vnitřní přepětí) a výboje blesku (atmosférické přepětí).

V souvislosti s řešením problematiky vysokonapěťové techniky byly potřeba speciální vysokonapěťové laboratoře pro získávání vysokých napětí různých typů a forem a také vysokonapěťová měřicí zařízení.

Proto vysokonapěťová technika považuje za hlavní vybavení moderních vysokonapěťových laboratoří a vysokonapěťových měření.

Kromě toho je tok proudů v zemi (průmyslová frekvence a impuls) uvažován z hlediska uspořádání pracovního a ochranného uzemnění, nezbytného pro zajištění režimů provozu vysokonapěťových instalací a bezpečnosti jejich údržby. .

Vysokonapěťová technika je jedinou akademickou disciplínou, která komplexně zkoumá vlastnosti izolačních konstrukcí v elektrických systémech, a proto je jednou ze stěžejních disciplín pro všechny obory elektrotechniky a elektrotechniky.

Typy izolací pro vysokonapěťové elektrické instalace

Moderní energetické systémy, skládající se z řady elektráren (JE, VE, GRES, TPP), rozvoden, nadzemních a kabelových elektrických vedení, obsahují tři hlavní typy izolace vysokého napětí: staniční, rozvodnou a izolaci vedení.

K plynové izolaci zahrnují izolace elektrických zařízení určených pro vnitřní instalaci, tedy izolace točivých strojů (generátorů, motorů a kompenzátorů), elektrických zařízení (spínače, omezovače, tlumivky atd.). výkonové transformátory a autotransformátory a také elektroizolační konstrukce pro vnitřní instalaci (zásuvky a podpěrné izolátory atd.).

Pro izolaci rozvodny zahrnují izolace elektrických zařízení určených pro vnější instalaci (v otevřené části rozvodny), tj. izolace výkonových transformátorů a autotransformátorů, externích elektrických zařízení, jakož i elektroizolačních konstrukcí pro vnější instalaci.

Pro izolaci vedení včetně izolace nadzemního vedení a izolace kabelového vedení.

Elektroizolace vysokonapěťových instalací se dělí na vnější a vnitřní. K vnější izolaci zahrnují elektrická izolační zařízení a konstrukce ve vzduchu a na vnitřní izolaci — zařízení a struktury v kapalném nebo polokapalném médiu.

Vysokonapěťová izolace určuje spolehlivost provozu energetických soustav, a proto jsou na ni kladeny požadavky na elektrickou pevnost při vystavení vysokým napětím a přepětím, mechanickou pevnost, odolnost vůči vlivům prostředí atd.

Izolace musí dlouhodobě odolávat provoznímu napětí i nárazu různé druhy přepětí.

Vnější izolace určená pro vnější instalaci musí spolehlivě fungovat při dešti, sněhu, ledu, různých škodlivinách apod. Vnitřní izolace má oproti vnější izolaci obvykle lepší pracovní podmínky.V horských oblastech musí vnější izolace spolehlivě fungovat při sníženém tlaku vzduchu.

Mnoho typů elektroizolačních konstrukcí musí mít zvýšenou mechanickou pevnost. Například podpěrné a objímkové izolátory, objímky atd. musí opakovaně odolávat působení velkých elektrodynamických sil při zkratech, izolátory vedení (věnce) a vysokonosné elektroizolační konstrukce — zatížení větrem, protože vítr může vytvářet vysoký tlak.

Omezení přepětí nebezpečného pro izolaci v různých provozních režimech se provádí pomocí nápovědy speciální ochranná zařízení.

Hlavními ochrannými zařízeními jsou svodiče, svodiče přepětí, ochranné kapacity, tlumicí a jalové cívky, bleskojistky (lanové a tyčové), vysokorychlostní jističe s automatickým zavíráním (AR).

Přiměřená provozní opatření pomáhají zajistit spolehlivou funkci izolace při použití omezovačů a jiných ochranných zařízení, mezi něž patří koordinace izolace, organizace periodických preventivních zkoušek izolace (za účelem identifikace a odstranění oslabené izolace), uzemnění nulových vodičů transformátorů atd. .

Koordinace izolace

Jedním z hlavních problémů, které vznikají při návrhu izolací ve vysokonapěťových technologiích, je definice tzv „Insulation level“, tedy napětí, které snese, aniž by se poškodilo.

Izolace elektroinstalace musí být provedena s takovým limitem elektrické pevnosti, aby nedocházelo k překrytí (destrukci) při případném přepětí.Tato izolace je však příliš těžkopádná a drahá.

Proto se při výběru izolace nedoporučuje jít po linii vytvoření limitu její elektrické pevnosti, ale po linii uplatňování takových ochranných opatření, která na jedné straně zabrání vzniku přepěťových vln nebezpečných pro izolaci, a na druhou stranu chrání izolaci před vznikem rázových vln...

Proto se izolace volí na určité úrovni, tzn. specifikovaná hodnota pro vybíjecí a průrazné napětí s přihlédnutím k ochranným opatřením.

Úroveň izolace a ochranná opatření musí být volena tak, aby se izolace vlivem různých forem přepětí vyskytujícího se v dané instalaci nezhroutila a zároveň měla minimální velikost a náklady.

Nazývá se sladění přijaté úrovně izolace a ochranných opatření s přepětími ovlivňujícími izolaci koordinace izolace.

Úrovně izolace pro instalace s napětím 220 kV včetně jsou určeny především hodnotami atmosférických přepětí, tzn. jsou výrazně vyšší než hodnoty vnitřních přepětí a koordinace izolace v nich je založena na impulsních charakteristikách.

Izolační úrovně instalací 330 kV a vyšších jsou určovány především vnitřními přepětími a koordinace izolace v nich je založena na zvážení možných velikostí těchto přepětí.

Koordinace izolace je vysoce závislá na neutrálním bodě instalace. Instalace s izolovaným neutrálem vyžadují vyšší úroveň izolace než instalace s tvrdě uzemněným neutrálem.