Научно-технические основы создания внешней изоляции электрооборудования высокого и сверхвысокого напряжения

Вид материала

Содержание

Практическая значимость и реализация результатов
Личный вклад автора выразился в
Апробация работы
Публикации по теме диссертации
На защиту выносятся
1. Изученность проблемы и задачи исследований

Подобный материал:

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Практическая значимость и реализация результатов

Разработан метод определения электрической прочности внешней изоляции в условиях загрязнение и увлажнения, который положен в основу при проектировании различных изоляционных конструкций электропередач ВН и СВН.
Обоснованы габаритные размеры внешней изоляции оборудования на напряжение до 1150 кВ переменного тока и ±750 постоянного тока применительно к его эксплуатации в районах с различной степенью загрязнения.
Получены расчетные соотношения для оптимизации конструкции ребра полимерных изоляторов с целью достижения минимальной материалоемкости при сохранении высокой эксплуатационной надежности.
Даны рекомендации по методике испытаний полимерных изоляторов и комплектующих, обеспечивающих технологическую надежность производства.
Предложены системы пространственных изоляционных конструкций, позволяющих наиболее полно реализовать физические и технологические преимущества полимерных изоляторов.

Основные результаты работы нашли практическую реализацию при разработке и создании внешней изоляции выключателей серии ВНВ 110-1150 кВ, при разработке вводов постоянного тока напряжением ± 400-800 кВ, при разработке изоляции шинных опор и разъединителей, при создании изоляции комплектных кабельных устройств, при разработке полимерных покрышек для ограничителей перенапряжений, полимерных покрышек для трансформаторов напряжения, опорных полимерных изоляторов 35-110 кВ, оптоизолятора для электронно-оптического измерителя тока, при подготовке ГОСТ 10390-71, а также РТМ «Нормы и методы испытаний изоляции в загрязненном состоянии» и РТМ на вводы постоянного тока.

Личный вклад автора выразился в:

разработке физико-технических основ создания внешней изоляции высоковольтного электрооборудования;
проведении экспериментальных исследований процессов перекрытия загрязненной поверхности изоляторов для двух фаз развития разряда;
анализе результатов исследования развития разряда вдоль загрязненной изоляции, построении расчетных моделей и разработке методик расчета разрядных характеристик различных типов изоляции при загрязнении, определении критериев оптимизации изоляционных конструкций;
постановке задачи, планировании и участии в проведении экспериментов по определению разрядных характеристик крупногабаритной аппаратной изоляции применительно к системам переменного и постоянного тока;
постановке вопроса, участии в решении задач технологического плана и проведении экспериментов по определению оптимальной конструкции и характеристик полимерных изоляторов.

Апробация работы

Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на:

Всесоюзных научно-технических конференциях по вопросам загрязнения высоковольтной изоляции (г. Ташкент, 1969 г., 1973 и 1979 г.г.);
научно-технических конференциях ВЭИ им. В. И. Ленина (1971-1974 г.г.);
Всесоюзном научно-техническом совещании по вопросу применения электрооборудования высокого и низкого напряжения на отметках более 1000 м над уровнем моря (г. Ереван, 1978 г.);

совещании по обсуждению вопросов нормирования электрической прочности загрязненной изоляции (г. Москва, 1979 г.);

научно-техническом совете Отделения высоких напряжений ВЭИ им. В.И. Ленина (1979 г.);

научном семинаре Всесоюзного научно-исследовательского института электрокерамики (г. Москва, 1980 г);

научном семинаре Лаборатории техники высоких напряжений НИИПТ (г. Ленинград, 1981 г.);

II-VI симпозиумах «Электротехника 2010», 1994-2001 г.г.;

собрании 10-го отделения Академии электротехнических наук, (г. Москва, 2002 г.).

Публикации по теме диссертации

По материалам работы опубликовано 50 статей, докладов и тезисов докладов на международных и отечественных научно-технических конференциях и симпозиумах, получено 2 авторских свидетельства и 2 патента.

На защиту выносятся:

Теоретические и экспериментальные исследования в области изоляции высокого и сверхвысокого напряжения, создающие основу для разработки физико-технических основ конструирования внешней изоляции высоковольтного оборудования.
Результаты исследования закономерностей развития разряда вдоль загрязненной поверхности при разных формах воздействующего напряжения:

существование двух фаз развития разряда - тепловой и электрической, резко различающихся как скоростью их протекания, так и связанными с ними физическими процессами;
определение условий завершения тепловой фазы развития разряда и начала электрической фазы;
определение критического тока, соответствующего началу электрической фазы развития разряда;
определение зависимости скорости движения поверхностных частичных разрядов от приложенного напряжения.

Метод расчета разрядных напряжений загрязненной изоляции при длительном воздействии напряжения.
Принцип оптимизации соотношения между вылетом ребер и расстояниями между ними для аппаратных изоляторов, изготовленных из фарфора или полимерного материала, основанный на сравнении электрической прочности воздушных промежутков между ребрами и напряжений, возникающих на них в процессе развития разряда.
Метод расчета изоляции при ограниченной длительности приложенного напряжения промышленной частоты.
Разрядные характеристики загрязненной аппаратной изоляции с габаритами, характерными для передачи СВН и УВН (до 14,4 м), при различных видах воздействующего напряжения и материалов, из которых изготовлены изоляторы.
Зависимость разрядных напряжений загрязненной и увлажненной изоляции от атмосферного давления.
Рекомендации по выбору габаритов аппаратных изоляторов и пространственных изоляционных систем для различных условий загрязнения.
Результаты исследования трекингостойкости эластомеров и электрической прочности по границе раздела между полимерным покрытием и стеклопластиковым основанием. Требования к «монолитности» цилиндров, применяемых для изготовления полимерных полых изоляторов, работающих при избыточном давлении внутри цилиндра.
Метод оптимизации конструкции ребер полимерных изоляторов, основанный на требовании их непробиваемости при различных эксплуатационных воздействиях.
Соотношение между электрической прочностью загрязненных изоляторов при длительном воздействии переменного или постоянного напряжения, из которого следует, что разрядные напряжения при постоянном токе не выше эффективных значений при переменном токе.
Вывод о том, что оптимизированные конструкции полимерных изоляторов имеют более высокую электрическую прочность при одной и той же поверхностной проводимости по сравнению с традиционными изоляторами.
Конструкции опорного и линейного полимерных изоляторов

1. Изученность проблемы и задачи исследований

На протяжении десятилетий вопрос электрической прочности изоляции в условиях загрязнения и увлажнения неизменно находился в центре внимания специалистов. Изучались как теоретические аспекты формирования разряда в условиях загрязнения и увлажнения прежде всего при длительном воздействии напряжения промышленной частоты, так и вопросы, связанные с оптимизацией конструкций изоляторов, в том числе на основании опыта эксплуатации.

Большой вклад в решение этой проблемы в России внесли ведущие специалисты НИИПТ (Тиходеев Н.Н., Мерхалев С Д., Соломоник Е.А. и др.), ЛПИ (Александров Г.Н., Кизеветтер В.Е.), НИИ «Электрокерамика» (Трусова В.Н.), ВЭИ (Лебедев Г.А., Кожухов В.К., Годулян В.В.) и еще целый ряд отечественных и зарубежных специалистов.

Разрядные характеристики загрязненных изоляторов зависят от большого количества факторов, а испытания изоляторов в загрязненном и увлажненном состоянии чрезвычайно трудоемки и дорогостоящи. Поэтому разработка методов расчета электрической прочности загрязненной изоляции, основанных на анализе процессов формирования разряда, является принципиально важной задачей.

Обычно теоретический анализ влияния различных факторов на электрическую прочность загрязненной изоляции проводится исходя из условия непогасания поверхностного частичного разряда (ПЧР) в процессе его развития вдоль изоляционной поверхности. Это условие, являясь физически обоснованным и необходимым для развития разряда, позволяет объяснить влияние целого ряда факторов (проводимости слоя загрязнения, диаметра изолятора и т. п.) на величину разрядного напряжения. Однако с его помощью нельзя достаточно полно учесть влияние конструкции ребер на разрядные напряжения изоляционной конструкции, а также описать динамику развития разряда, необходимую для оценки разрядных характеристик при ограниченном времени воздействия напряжения.

С учетом сказанного, исследования закономерностей развития разряда вдоль загрязненной поверхности аппаратной изоляции приобретают особую актуальность.

Обеспечение высокой надежности изоляции электропередач переменного и постоянного тока СВН обуславливает необходимость определения электрической прочности загрязненной изоляции, как при длительном воздействии рабочего напряжения, так и при кратковременном воздействии напряжения промышленной частоты и коммутационных импульсов. Между тем, экспериментальные данные по разрядным характеристикам аппаратной изоляции при перенапряжениях различной формы ограничены. Поэтому значительный практический интерес представляют исследования загрязненной аппаратной изоляции при воздействиях, имитирующих различного вида перенапряжения, возникающие в реальных условиях эксплуатации.

Многочисленные исследования проведены по вопросу изучения изоляции для систем постоянного тока. В целом получено, что в аналогичных условиях загрязнения электрическая прочность при постоянном токе не превышает значений электрической прочности при переменном напряжении (кВэф). В этой ситуации вызывают повышенное внимание появившиеся в последнее время публикации, из которых следует, что размеры изоляции при постоянном токе, определяющие основные габариты опор, могут быть значительно снижены.

Совершенствование технико-экономических показателей высоковольтных аппаратов требует создания качественно новых изоляционных конструкций. Эта задача может быть решена при замене фарфоровых изоляторов и покрышек полимерными.

Использование полимерных изоляторов (ПИ) в конструкциях аппаратов различного класса напряжений позволяет улучшить их электрические, механические и весо-габаритные характеристики. Особенно эффективно применение ПИ в сейсмоактивных районах и районах с сильными загрязнениями.

Первые полимерные изоляторы были внедрены в опытную эксплуатацию в конце 60-х годов прошлого века. Почти 30-летняя работа многих зарубежных фирм и отечественных НИИ позволила решить большинство проблем по разработке и созданию новых комбинированных полимерных изоляционных конструкций. Особенно большой вклад в решение этих задач внесли известные ученые: Шумилов Ю.П., Аксенов В.А., Тиходеев Н.Н., Владимирский Л. Л., Гутман И.Ю., Александров Г.Н., Яшин Ю.Н., Гринблат Н.П., Горошков Ю.И., Кравченко В.А., Трифонов В.З. и др.

Были сооружены опытные линии электропередачи на разные классы напряжений, полностью оборудованные полимерными изоляторами.

В целом положительный опыт эксплуатации полимерных изоляторов позволяет считать, что по надежности они не уступают традиционным изоляторам из фарфора и стекла. Исключение составляют ПИ с фторопластовым защитным покрытием, которые, проработав в эксплуатации короткое время, выходили из строя вследствие плохой адгезии защитного покрытия к стеклопластиковому стержню. Случаи же отказов ПИ с использованием силоксановой резины объясняются, в основном, несовершенством технологических процессов изготовления образцов, использованием стеклопластиковых материалов с низкой электрической прочностью и невысокой стойкостью к агрессивным электрохимическим воздействиям, недостатками элементов конструкции, требующими дальнейшей доработки.

Основными причинами, препятствующими широкому применению ПИ являлись: весьма ограниченный объем экспериментальных данных по разрядным характеристикам загрязненных ПИ и электрическим характеристикам материалов в условиях реальных воздействий, что затрудняло задачу оптимизации их конструктивных параметров, неполнота изученности вопросов, связанных с обеспечением высокой трекингостойкости полимерных материалов, и необходимой электрической прочности по границе раздела многослойного диэлектрика, отсутствие норм и методов испытаний ПИ перед их установкой в работу, а также методов контроля их механических и электрических характеристик в процессе эксплуатации.

Возникшие проблемы потребовали создания научных и инженерных основ конструирования полимерных изоляторов и разработки методических материалов по их испытаниям.