Особенности проектирования изоляции оборудования ультравысокого напряжения

В реальном промышленном масштабе в настоящее время в России используются линии электропередачи переменного тока с номинальным напряжением 750 кВ и оборудование для них. Ещё в СССР были впервые в мире решены научные вопросы создания конструкций и линий электро­передачи и оборудования для них как для номинального напряжения 1150 кВ переменного тока, так и 1500 кВ постоянного тока. Более того, опытный участок линии электропередачи напряжением 1150 кВ и образцы промышленного оборудования для него были изготовлены, испы­таны и введены в опытную эксплуатацию. Образцы подтвердили свои необходимые технические характеристики. На этом в России работы по промышленному освоению этих классов напряжения приостановились. Причины остановки — организационно-экономические, но не научно-тех­нические.

Представляется, что для условий России с её территориальным разме­щением источников энергоресурсов и мест их потребления промышлен­ное освоение классов напряжения 1150 и 1500 кВ крайне целесообразно по мере укрепления и развития экономики страны.

Есть ли перспектива появления потребности освоения более высоких классов напряжения, в частности, ультравысокого напряжения 1800 кВ переменного тока? Существуют ли технические возможности создания конструкций линий электропередачи и оборудования на этот класс напря­жения и каковы особенности проектирования изоляции для ЛЭП такого класса напряжения? Какие же могут быть ответы на все эти вопросы?

Возникновение самого вопроса о возможности технической реализа­ции оборудования ультравысокого напряжения определяется прежде всего насыщающимся характером зависимости электрической прочности воз­душной изоляции от межэлектродного расстояния при больших длинах промежутка (кривые / на рис. 15.3 и 15.4). Даже для небольшого увели­чения разрядного напряжения необходимо резкое увеличение межэлект­родного расстояния. Гирлянды подвесных изоляторов, опоры ЛЭП и обо­рудование становятся и технически почти нереализуемыми и эко­номически нерентабельными.

Единственный путь решения проблемы при переходе на новый более высокий класс напряжения — это переход к новому сверхнизкому уровню изоляции, т.е. к сверхглубокому уровню ограничения воздействующих на изоляцию перенапряжений. Если для напряжения 1150 кВ уровень огра-

ничения коммутационных перенапряжений (отношение допускаемого их уровня к максимальному значению фазного рабочего напряжения) был приемлем 1,8, то для напряжения 1800 кВ этот уровень должен быть не выше 1,5. Но тогда резко возрастают требования к ограничивающим пере­напряжения аппаратам. При очень близких уровнях рабочего напряжения и перенапряжения аппарат должен практически не пропускать через себя ток при первом и пропускать больший ток при втором и не перегреваться при большом уровне рассеиваемой энергии перенапряжений. Для этого должны быть существенно повышены нелинейность, стабильность и тер­мостойкость материала ограничителей перенапряжений.

Не меньшие проблемы возникают и при проектировании внутренней изоляции оборудования. Габариты и масса трансформаторного оборудова­ния, силовых реакторов уже при напряжении 1150 кВ с трудом вписыва­ются в возможности существующей инфраструктуры транспортных сетей. Использование в оборудовании 1800 кВ тех же значений рабочей напряжённости поля, что и в оборудовании 1150 кВ, приведёт к невоз­можности вписаться в транспортные сети ни по массе оборудования, ни по его габаритам. Тогда оборудование должно доставляться с заводов-изготовителей на место эксплуатации по частям, а на месте эксплуатации должны быть созданы условия, как и на заводе-изготовителе для сборки и испытаний оборудования. Принципиально такой вариант поставок обору­дования возможен, но очень дорог и совершенно пока не отработан по обеспечению достаточной надёжности оборудования.

Другой вариант — дальнейшее повышение рабочих напряжёнпостей в изоляции оборудования с учётом сверхглубокого ограничения перенапря­жений. Это потребует серьёзных исследований поведения изоляции при повышенных уровнях напряжённости поля в ней, резкого улучшения тех­нологии её изготовления, применения новых материалов. Сближение уровней напряжённости поля при рабочем напряжении и при перенапря­жениях приводит к тому, что выбор изоляции определяется уже исключи­тельно допустимым значением рабочей напряжённости электрического поля. Эта ситуация называется переходом к проектированию оборудова­ния по естественному уровню его изоляции.

Контрольные вопросы

1. Какие вопросы рассматриваются в курсе ТВН?

2. Опишите конструкции испытательного оборудования.

3. Объясните механизм нарушения электрической изоляции.

4. Что такое внутренняя и внешняя изоляции?

5. Какие существуют характеристики отдельных видов изоляции?

6. Объясните природу перенапряжений.

7. Назовите виды испытания изоляции.

Литература для самостоятельного изучения:

15.1.Базуткин В.В., Ларионов В.П,, Пинталь Ю.С.Техника высоких напряжений, М.:
Энергоатомиздат, 1986.

15.2.Электрическиеаппараты высокого напряжения / Г.Н. Александров и др. С.-Петербург:
Изд-во СПбГТУ, 2000.

15.3.Кучинский Г.С., Кизеветтер В.Е., Пинталь Ю.С.Изоляция установок высокого
напряжения. М.: Энергоатомиздат, 1987.

15.4.Александров Г.Н., Иванов В.Л.Изоляция электрических аппаратов высокого
напряжения. Л.: Энергоатомиздат, 1984.

Глава шестнадцатая