Уровень изоляции контактной сети постоянного и переменного тока

Электрическая изоляция контактной сети подвергается воздей­ствию различного рода напряжений. Во-первых — это длительно действующее рабочее напряжение. При номинальном напряжении 25 кВ при переменном токе и 3,0 кВ при постоянном уровень на­пряжения на токоприемнике ЭПС должен быть не менее 21 и не более 29 кВ при переменном токе и не менее 2,7 и не более 4 кВ при постоянном.

Во-вторых — это кратковременные внутренние перенапряжения, возникающие при включениях и отключениях различных элементов контактной сети, а также при аварийных режимах (коммутацион­ные перенапряжения). Опасными внутренними перенапряжениями яв­ляются перенапряжения при отключении коротких замыканий (к.з.) ненагруженных участков контактной сети и трансформаторов. На участках постоянного тока наиболее опасны также перенапряжения при отключении фидерными выключателями к.з. вблизи тяговой под­станции или поста секционирования. Их максимальное значение составляет 10—11 кВ, а длительность 10—15 мс.

На участках переменного тока перенапряжения при отключе­нии ненагруженных трансформаторов могут достигать более чем трехкратного значения максимального рабочего напряжения в контактной сети U_max а при отключении контактной сети без нагрузки напряжение не превышает 2,5 U_max.. Перенапряжения (1,5—2) U_max имеют длительность 0,4—0,6 с, а более 2 U_max — 50—70 мс.

В третьих — это грозовые (атмосферные) перенапряжения, ко­торые повреждают изоляцию при прямых ударах молнии в опору или контактную подвеску. Время их воздействия мало (10—100 мкс), однако их значения при отсутствии специальных мер защиты мо­гут достигать миллионов вольт. Таких высоких напряжений не может выдерживать изоляция на любое номинальное напряжение. Поэтому атмосферные перенапряжения ограничивают до прием­лемых значений с помощью специальных устройств (разрядников, ограничителей перенапряжений).

Уровень изоляции выбирают исходя из расчетных кратностей внутренних перенапряжений. Основной характеристикой изоляции

является выдерживаемое напряжение под дождем U_max (мокроразрядное), значение которого для контактной сети переменного и по­стоянного тока

где к_вн - расчетная кратность внутренних перенапряжений;

U_max — максимальное рабочее напряжение в контактной сети, кВ.

Коэффициент 0,9 в формуле учитывает разницу между напря­жением в эксплуатации и разрядным напряжением, полученным при испытаниях, а поправочный коэффициент β — условия эксплуата­ции изолятора; его принимают 0,94.

В контактной сети переменного тока расчетная кратность внут­ренних перенапряжений может быть принята 3. Тогда выдержива­емое напряжение изоляции под дождем должно быть не менее

Уровень изоляции в анкеровках проводов контактной сети дол­жен быть на 25—30 % выше уровня изоляции для других узлов и составлять 125—130 кВ.

Расчетная кратность внутренних перенапряжений в контактной сети постоянного тока также не превышает трех и выдерживаемое напряжение изоляции под дождем должно быть не менее

Пробивное напряжение роговых разрядников на участках посто­янного тока принимают 32—34 кВ, т.е. на 15—20 % ниже разрядно­го напряжения защищаемой изоляции. С учетом этого изоляция кон­тактной сети постоянного тока должна выдерживать напряжение под дождем не менее 34 • 1,2 = 40 кВ, а анкерная изоляция, как и при переменном токе, на 25—30 % выше, т.е. не менее 50 кВ.

Выдерживаемые напряжения гирлянд тарельчатых изоляторов под дождем (U_max) прямо пропорциональны числу изоляторов п в гирлянде:

где Е_м—среднее значение мокроразрядного градиента, кВ/мм (для фар­форовых тарельчатых изоляторов Е_м = 0,21, для стеклянных Е_м = 0,26); Н — конструктивная высота одного изолятора, мм.

Для гирлянды, состоящей из одного изолятора ПФ6-В (Я = 140 мм) и одного изолятора ПТФ70 (Я = 183 мм), выдерживаемое напря­жение под дождем составит 0,21 (140 + 183) ~ 68 кВ.Таким обра­зом, уровень изоляции на участках постоянного тока по выдер­живаемому испытательному напряжению под дождем примерно равен 70 кВ.

Для гирлянды, состоящей из двух изоляторов ПФ6-В и одного ПТФ70, мокроразрядное напряжение

U_max = 0,21 (2-140 + 1-183) = 97 кВ.

Такая подвесная гирлянда обеспечивает необходимый уровень изоляции по выдерживаемому напряжению под дождем (100 кВ) на участках переменного тока.

Подвесная гирлянда тарельчатых изоляторов в случае их заг­рязнения и увлажнения обеспечит необходимую изоляцию, если суммарная длина пути утечки всех изоляторов L_уг не менее 754 мм в местах с небольшим загрязнением и 1160 в местах повышенного загрязнения атмосферы.

Суммарная длина пути утечки у подвесной гирлянды из двух изоляторов ПФ6-А и изоляторов ПТФ50

L_yr = 2 -285 + 1-324 = 894 мм.

Следовательно, такая гирлянда обеспечит необходимую изо­ляцию в местах небольшого загрязнения, так как в местах повы­шенного загрязнения суммарная длина пути утечки должна быть не менее 1160 мм. Поэтому в местах с повышенным загрязнением устанавливают грязестойкие изоляторы, например ПФГ-5А или ПФГ-6А, или увеличивают количество в гирлянде других изоля­торов. Так, подвесная гирлянда из трех изоляторов ПФГ-5А име­ет L_yr = 3 * 450 = 1350 мм, из трех изоляторов ПФ6-В и изолятора ПТФ-50 L_yr = 3 * 355 + 324=1389 мм; из трех изоляторов ПСД70-Е L_yr = 3 * 411 = 1233 мм.

Принятый уровень изоляции должен в соответствии с воздей­ствующими на изоляцию напряжениями, защитными мерами и це­лесообразными запасами обеспечивать необходимую надежность. Такое согласование называется координацией изоляции.