Расчет числа и типа изоляторов ВЛ напряжением 220кВ

         Оглавление

 

Аннотация ………………………………………………………………..     3

Введение…………………………………………………………………..     4

1 Определение числа и типа изоляторов в гирлянде…………………..     6

1.1 Параметры выбора подвесных изоляторов…………………..     6

1.2 Расчёт изоляторов  воздушной линии………………………...   18

Список источников……………………………………………………….   23

 

 

 

Аннотация

 

В курсовой работе произведен выбор числа и типа изоляторов для воздушной линии электропередач напряжением 220 кВ.

С. 25.Табл. 5. Ил. 1. Литература. 8 назв.

 

Введение

 

Как известно, выбор изоляторов или изоляционных конструкций из стекла и фарфора должен производиться по удельной эффективной длине пути утечки в зависимости от СЗ в месте расположения электроустановки и ее номинального напряжения. Грозоупорность - способность изоляции ВЛ противостоять атмосферным перенапряжениям, т.е. возможность перекрытия изоляции.[1] Для оценки эффективности грозащитных устройств вводятся 2 технические характеристики – защитный уровень линии и удельное число отключений линии, т.е. защитным уровнем линии называется предельно допустимый ток грозового разряда, при котором ещё не происходит импульсного перекрытия линейной изоляции.

Основными аппаратами защиты электрооборудования подстанции от волн перенапряжения, набегающих с  линии, являются вентильные разрядники, которые снижают амплитуду набегающих волн до величин безопасной для изоляции электрооборудования. Трубчатые разрядники служат вспомогательным элементом в схемах защиты подстанций. В изоляционных конструкциях высших классов напряжения размеры электродов, выбранные по токовым и механическим нагрузкам, могут оказаться недостаточными для выполнения таких радиусов кривизны поверхностей, которые необходимы для требуемого выравнивания электрического поля. В таких случаях на воздушных линиях электропередачи, в открытых распределительных устройствах и в высоковольтных испытательных установках используются расщепленные провода и экраны.

Необходимо определить число подвесных тарельчатых  изоляторов в гирлянде, выполненных  из стекла (тип ПС), напряжение воздушной линии 220 кВ, степень загрязнённости IV.

Основные параметры  линии электропередачи:

U_{л ном =} 220 кВ, L=240 км, длина пролета 300 м, R_зи = 15О м, I⁽¹⁾_кз = 5000 А,  I⁽³⁾_кз = 8000 А, расщеплённая фаза провода на 3 провода, ток молнии в вершине опоры 125 кА.

 

Рисунок 1.1 Подвесной  изолятор с увеличенным вылетом  ребра типа ПС

 

 

 

1 Определение числа и типа изоляторов в гирлянде

 

1.1 Параметры выбора подвесных изоляторов

 

Длина   пути   утечки   изоляции   (изолятора)   или   составной изоляционной конструкции (L) - наименьшее расстояние по поверхности изоляционной детали между металлическими частями разного потенциала. Эффективная длина пути утечки - часть длины пути утечки, определяющая электрическую прочность изолятора или изоляционной конструкции в условиях загрязнения и увлажнения. Удельная эффективная длина пути утечки (Хэ) - отношение эффективной длины пути утечки к наибольшему рабочему межфазному напряжению сети, в которой работает электроустановка[2]. Коэффициент использования длины пути утечки (к) - поправочный коэффициент, учитывающий эффективность использования длины пути утечки изолятора или изоляционной конструкции. Степень загрязнения (СЗ) - показатель, учитывающий влияние загрязненности атмосферы на снижение электрической прочности изоляции электроустановок. Карта  степеней загрязнения  (КСЗ) - географическая  карта, районирующая территорию по СЗ. Выбор изоляторов или изоляционных конструкций из стекла и фарфора должен производиться по удельной эффективной длине пути утечки в зависимости от СЗ в месте расположения электроустановки и ее номинального напряжения. Выбор изоляторов или изоляционных конструкций из стекла и фарфора может производиться также по разрядным характеристикам в загрязненном и увлажненном состоянии.

Выбор полимерных изоляторов или конструкций в зависимости от СЗ и номинального напряжения электроустановки должен производиться по разрядным характеристикам в загрязненном и увлажненном состоянии. Определение СЗ должно производиться в зависимости от характеристик источников загрязнения и расстояния от них до электроустановки. В случаях, когда использование по тем или иным причинам невозможно, определение СЗ следует производить по КСЗ.

Вблизи промышленных комплексов, а также в районах  с наложением загрязнений от крупных  промышленных предприятий, ТЭС и источников увлажнения с высокой электрической проводимостью определение СЗ, как правило, должно производиться по КСЗ.

 

Таблица 1.1 Конфигурация подвесных изоляторов с различными типами загрязнения

 

Тарельчатый ребристой         нижнек поверхностью  (Lи / D ≤ 1,4)	Районы с  1-2-й СЗ при любых видах загрязнения
Тарельчатый    гладкий  полусферический, тарельчатый     гладкий конусный	Районы с 1-2-й СЗ при  любых видах загрязнения, районы с засоленными почвами и с промышленными загрязнениями не выше 3-й СЗ
Тарельчатый фарфоровый	Районы с 4-й СЗ вблизи цементных и сланцевоперерабатывающих предприятий, предприятий черной металлургии, предприятий по производству калийных удобрений, химических производств, выпускающих фосфаты, алюминиевых заводов при наличии цехов производства электродов (цехов анодной массы)
Стержневой фарфоровый нормального исполнения (Lи / h ≤ 2,5)	Районы с 1-й СЗ, в  том числе с труднодоступными трассами ВЛ
Тарельчатый двукрылый	Районы с засоленными почвами и с промышленными загрязнениями (2-4-я СЗ)
Тарельчатый с сильно выступающим   ребром на нижней поверхности (Lи / D > 2,5)	Побережья морей и соленых озер (2-4-я СЗ)
Стержневой фарфоровый специального исполнения (Lи / h > 2,5)	Районы с 2-4-й СЗ при любых видах загрязнения; районы с труднодоступными трассами ВЛ (2-3-я СЗ)
Стержневой полимерный нормального исполнения	Районы с  1-2-й СЗ при любых видах загрязнения,   в   том   числе   районы   с труднодоступными трассами ВЛ

Примечание: D - диаметр тарельчатого изолятора, см; h - высота изоляционной части стержневого изолятора, см; L_и - длина пути утечки, см.

В процессе эксплуатации изоляторы наружной установки подвергаются воздействию дождя, снега, тумана, высокой влажности и росы. На их поверхности могут осаждаться различные загрязнения. При воздействии дождя только часть поверхности изоляторов смачивается водой, тогда как при высокой влажности на всей поверхности изолятора осаждается влага. Опыт эксплуатации линий электропередачи показывает, что перекрытие изоляторов происходит при рабочем напряжении в условиях высокой влажности воздуха, при тумане, моросящем дожде и при выпадении на поверхности загрязненных изоляторов росы. Поэтому изучение влияния высокой влажности воздуха на напряжение перекрытия изоляторов имеет большое практическое значение.

Начиная с относительной  влажности 75-80% напряжение перекрытия изоляторов существенно снижается. Так, для опорного изолятора на рабочее  напряжение 6 кВ напряжение перекрытия при 20°С и относительной влажности 98-100% составило 70% напряжения при нормальной влажности. При 40^оС и влажности 98-100% снижение напряжения перекрытия опорных изоляторов достигло 50%. В этих же условиях были определены зависимости сопротивления изоляции изоляторов. При нормальных условиях для всех исследуемых изоляторов сопротивление изоляции равно 1012 Ом; при 20°С и влажности 98-100% оно снижается примерно на 2,5-3 порядка, а при 40°С и влажности 98-100% сопротивление изоляции уже составляет 108-107 Ом.

На поверхности диэлектрика  под действием поля происходят перемещение зарядов и их накопление у электродов. Это приводит к нарушению однородности поля, таким образом, перекрытие твердого диэлектрика при высокой влажности происходит уже в неоднородном поле. Процесс перезарядки поверхности является длительным, однако, при частоте 50 Гц он успевает развиться. При больших частотах (105 Гц) и воздействии импульсных напряжений процесс перезарядки поверхности практически отсутствует, поэтому при таких условиях напряжение перекрытия не зависит от относительной влажности воздуха. В настоящее время нет четкого единого теоретического обоснования процессов, протекающих при увлажнении поверхности диэлектриков, находящихся в сильных электрических полях. Однако установленный экспериментальный факт снижения напряжения перекрытия изоляторов при высокой относительной влажности воздуха следует учитывать при конструировании изоляторов, особенно для категории исполнения Т, а также при проектировании линий электропередачи в районах с высокой относительной влажностью.

В зависимости от районов эксплуатации изоляторов на их поверхности могут осаждаться загрязнения, имеющие различную природу. К ним относятся продукты выветривания поверхности земли, соленая влага вблизи морей и соленых озер, уносы промышленных предприятий. Количество загрязняющего вещества на поверхности изолятора зависит от условий погоды, формы и аэродинамических характеристик конструкции изолятора. При длительном отсутствии дождей толщина загрязняющего слоя наибольшая. Однако слой загрязнения в сухом состоянии, как правило, имеет высокое сопротивление и поэтому не оказывает существенного влияния на напряжение перекрытия изолятора.

По адгезионным свойствам  к поверхности изолятора загрязнения  подразделяют на сухие (хорошо сдуваемые ветром) и липкие, цементирующиеся. Различные по своей природе загрязнения отличаются и по удельному сопротивлению. Электрические характеристики загрязнений приведены в таблице 1.1[3]. Увлажнение загрязненных поверхностей изоляторов приводит к растворению солей осадка, поэтому проводимость слоя загрязнения может возрасти в десятки раз. Чем толще слой загрязнения, тем больше влаги он способен удержать. Максимальное количество влаги, которое удерживает слой загрязнения, называется насыщающим. Опыт эксплуатации и исследования показывает, что наиболее опасными для изоляторов являются увлажненные отложения уносов морей, солончаков и промышленных предприятий, отличающиеся меньшими значениями сопротивления.

 

   Таблица 1.2 Электрические характеристики загрязнений

 

Характеристика района	Поверхностное сопротивление слоя загрязнения, МОм
Лесной	0,300-1,000
Почвенная пыль	0,100-0,300
Титано-магниевый комбинат	0,0230
Металлургический комбинат	0,0093
Коксохимический, алюминиевый, стекольный, химический заводы, солончаки, побережье моря	0,0085
Морские солевые уносы	0,0070
Цементный, ферросплавный  заводы	0,0055

 

Таблица 1.3 Электрические характеристики увлажненных пылевых отложений при удельном запылении 0,5 г/м² и различном содержании растворимых солей

 

Вид загрязнения	Содержание растворимых солей, %	Разрядная напряженность, МВ/м
Топочные уносы	0,7 - 0,9	0,960-1,010
Пыль алюминиевого комбината	2,8	1,060
Солевые отложения	1720	0,645

 

Из таблицы 1.3[4] следует, что наиболее низкую разрядную напряженность поля имеют солевые отложения. Из-за высокой проводимости увлажненного слоя загрязнения поверхностные токи могут достигать десятков и сотен миллиампер. Поэтому разогревание слоя загрязнения и образование на поверхности изолятора частичных разрядов, приводящие к поверхностному перекрытию, происходят при приложении к изолятору меньшего напряжения. Это обусловливает существенное снижение напряжения перекрытия при увлажнении загрязненных поверхностей изоляторов. При импульсах поверхностные процессы вообще не успевают развиться, поэтому наличие дождя практически не изменяет импульсное разрядное напряжение вдоль загрязненной поверхности изолятора.

В настоящее время  для борьбы с загрязнениями применяют  периодические обмывки и обтирки поверхностей изоляторов с целью удаления загрязнений. Для усиления наружной изоляции увеличивают количество изоляторов в гирляндах. Эти меры требуют дополнительных экономических затрат при установке и эксплуатации линий электропередачи. Практика показывает, что для повышения разрядных напряжений увлажненных и загрязненных изоляторов весьма эффективным является нанесение на поверхность изолятора гидрофобных покрытий. Наиболее перспективным является использование специальных конструкций грязестойких изоляторов, отличающихся высокими значениями удельных длин путей утечки, а также применение изоляторов с улучшенными аэродинамическими характеристиками.

Плотность слоя загрязнения  характеризуется способностью частиц загрязняющего вещества удерживаться на поверхности изоляторов. В основе процесса загрязнения лежит явление адгезии (прилипания) и автогезии (самослипания). Прилипание загрязнения к поверхности изолятора определяется силами адгезии . Известно, что основными причинами адгезии твердых частиц к поверхности в воздушной среде являются:

- молекулярная компонента  сил адгезии, которая появляется до непосредственного контакта частиц с поверхностью. Она обусловливается свойствами соприкасающихся тел и зависит от размеров частиц и площади контакта;

- электрические силы, возникающие только при контакте  частиц с поверхностью. Они тем больше, чем значительнее контактная разность потенциалов. Эти силы пропорциональны площади контакта и наибольшие при загрязнении поверхности заряженными частицами. Присутствие влаги в зазоре между соприкасающимися поверхностями способствует снижению этих сил либо исключает возможность их проявления и тем самым снижает силы адгезии;

- капиллярные силы, которые  возникают при наличии жидкости  в зазоре между частицей и  поверхностью и проявляются только  после осаждения частиц и при относительной влажности воздуха, превышающей 65%. Капиллярные силы зависят от размера частиц. Их можно уменьшить гидрофобизацией поверхности;

- наличие на поверхности  масляной пленки;

- шероховатости поверхности.  Установлено, что высота неровностей  и глубина впадин глазурованной поверхности изолятора достигают 0,8 мкм.

При увлажнении поверхности изолятора  или влажном загрязнении характер отложения загрязнения изменяется из-за повышенной прилипаемости загрязнения. В данном случае основные отложения происходят на лобовой поверхности и заметны довольно равномерные отложения малой плотности на всей остальной поверхности изолятора.