ТЕХНИКА ЗАЩИТЫ ОБЪЕКТОВ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ ОТ ГРОЗОВЫХ И ВНУТРЕННИХ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ

5.4.1. ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ И ИХ ОГРАНИЧЕНИЕ

Первоначально исследования в этой области были направлены на обеспечение надежной эксплуатации линий электропередачи и электрооборудования. Изучалась работа линейных изоляторов, электропроводность и диэлектрические потери в изоляционных материалах, грозовые перенапряжения и защита от них электрооборудования, создавались теории пробоя изоляции. В дальнейшем с повышением номинальных напряжений электропередач на первый план вышли проблемы внутренних перенапряжений, их ограничения, координации изоляции.

Грозовые перенапряжения подразделяются на перенапряжения прямого удара молнии в электрическую установку и индуцированные перенапряжения, возникающие при ударе молнии в землю или в заземленные объекты поблизости от электроустановки. При прямом ударе молнии элементы электроустановки приобретают весьма высокий потенциал, достигающий нескольких мегавольт. Индуцированные перенапряжения значительно ниже – до 200–300 кВ.

В качестве основного защитного устройства еще в начале века было рекомендовано применение на линиях электропередачи заземленных тросов. Однако трос в то время рассматривался, в основном как средство для снижения индуцированных перенапряжений, значение которых весьма преувеличивалось. Защита от прямых ударов молнии считалась практически невыполнимой, да и сами удары молнии в линию редким явлением.

Для защиты трансформаторов за рубежом применялись катушки индуктивности, включаемые перед трансформатором с целью снижения крутизны фронта приходящих на подстанцию импульсов грозовых перенапряжений. В США применялись также алюминиевые и порошковые разрядники.

Для изучения методов защиты электропередач от перенапряжений и разработки руководящих указаний в 1925 г. были созданы комиссии: в Ленинграде под руководством проф. А.А. Смурова и в Москве под председательством проф. Л.И. Сиротинского. Согласованный комиссиями проект «Руководящих указаний по борьбе с перенапряжениями в электрических установках» был одобрен IX Всесоюзным электротехническим съездом в 1928 г.

В Руководящих указаниях были приведены основные решения, многие из которых действуют и поныне: глухое заземление нейтрали в электроустановках напряжением выше 35 кВ и заземление ее через дугогасящий реактор при напряжениях 35 кВ и ниже; применение заземленных тросов по всей длине линий на металлических опорах и только на подходах к станциям и подстанциям на линиях с деревянными опорами. Тросы рассматривались в основном как средство борьбы с индуцированными перенапряжениями, однако высказывалось предположение, что заземленный трос играет до некоторой степени роль громоотвода, защищающего линию. Рекомендовалось применение разрядников, но в то же время отмечались недостатки существовавших тогда иностранных разрядников [5.15; 5.16].

Появление первых линий электропередачи напряжением 110 кВ поставило вопрос об их электромагнитном влиянии на линии связи и железнодорожной блокировки, особенно сильном при коротких замыканиях и перенапряжениях. В 1923 г. были выпущены временные указания, а в 1925 г. – «Правила ограждения линий слабого тока от вредного влияния установок сильного тока». Эти, по существу, первые работы по электромагнитной совместимости электроустановок продолжались в 1938–1939 гг. специально созданной комиссией под председательством проф. Л.И. Сиротинского. Комиссия усовершенствовала «Правила ограждения сооружений связи и сигнализации от вредного воздействия установок сильного тока», а также разработала нормативы по защите устройств связи от опасного и мешающего влияния линий электропередачи напряжением 400 кВ.

В послевоенные годы проблема была передана в ведение связистов, и в настоящее время действуют «Правила защиты устройств проводной связи, железнодорожной сигнализации и телемеханики от опасного и мешающего влияний линий электропередачи».

Анализ аварий, произошедших в 1929–1931 гг. на линиях напряжением до 110 кВ и связанных с грозовыми перенапряжениями, показал, что прямой удар молнии в линию не такое редкое явление, как предполагалось раньше, и представляет значительно большую опасность, чем индуцированные перенапряжения.

Для исследования молнии рядом организаций (ВЭИ совместно с «Мосэнерго», Энергетическим институтом им. Г.М. Кржижановского, «Донбассэнерго» с участием ЛЭТИ и ХЭТИ) в 1932–1938 гг. была развернута сеть полевых станций и лабораторий. С 1936 г. начата массовая установка ферромагнитных регистраторов в энергосистемах. Регистраторы представляют собой цилиндрические стерженьки из магнитного материала, которые располагаются вдоль силовых линий магнитного поля, образуемого током молнии. По остаточной намагниченности феррорегистраторов определяется максимальное значение тока молнии. В результате обширных измерений была получена кривая распределения вероятностей амплитуд токов молнии:

С 1938 г. было организовано меньшее по масштабам измерение максимальной крутизны фронта тока молнии.

С помощью фотокамер с быстро вращающейся фотопленкой (камер Бойса) было установлено, что разряд молнии состоит из двух стадий: лидерной, характеризующейся сравнительно небольшими током и скоростью развития, и главной с токами до 200 кА и скоростями развития, доходящими иногда до 0,5 скорости света.

Энергетическим институтом им. Г.М. Кржижановского при содействии Гидрометеослужбы была составлена карта грозовой деятельности на территории страны по данным 640 метеостанций, полученным за 1920–1940 гг.

В JO‑е годы в ЮАР были развернуты широкие исследования молнии с помощью камеры Бойса. Впервые было обнаружено ступенчатое развитие лидеров, развивающихся с отрицательно заряженных облаков, и получены данные по скоростям различных стадий и компонентов молнии.

В 1935 г. начаты исследования молнии, поражающей небоскреб Эмпайр стейт билдинг в Нью‑Йорке (высота 410 м). Обнаружены ступенчатые лидеры, развивающиеся вверх от здания к облаку.

Параллельно в ряде лабораторий проводилось изучение искровых разрядов в длинных воздушных промежутках, показавшее в общих чертах аналогию длинной искры и молнии.

В 1930–1938 гг. в ВЭИ А.А. Акопяном были проведены работы на моделях по исследованию защитного действия молниеотводов [5.17]. В качестве аналога молнии использовался искровой разряд. В результате трудоемких опытов были определены зоны защиты стержневых и тросовых молниеотводов, причем впервые для двух и нескольких молниеотводов. Полученные результаты позволили с необходимой эффективностью рассчитывать защиту линий электропередачи и открытых распределительных устройств (ОРУ) подстанций от прямых ударов молнии. Более чем полувековой опыт эксплуатации молниезащитных устройств подтверждает обоснованность и надежность рекомендаций ВЭИ.

В более поздних американских исследованиях 1941–1942 гг. использовалась, по существу, методика, обоснованная и принятая ВЭИ.

В 1968–1975 гг. комплексные исследования молний, поражающих Останкинскую телебашню (высота 540 м), проводились Энергетическим институтом им. Г.М. Кржижановского [5.18]. Было установлено, что телебашня поражается в среднем 30 раз в год. Поражение ее нисходящими молниями (облако – башня) происходит примерно в 8% случаев, остальные разряды восходящие (башня – облако). Около 7% ударов поражают телебашню заметно ниже ее вершины. Наблюдались удары молнии в землю на небольшом расстоянии от телебашни (до 150 м). Этот эффект успешно объясняется с помощью развитого в последние два десятилетия электрогеометрического метода.

При ударе молнии в воздушную линию электропередачи – в фазный провод или в опору (трос) с последующим перекрытием изоляции – на проводе возникает импульс грозового перенапряжения. Эти импульсы, распространяясь по проводам, достигают подстанций и могут быть опасными для электрооборудования. Существенное значение имеют при этом затухание и деформация импульсов вследствие коронирования проводов и связанных с ним потерь энергии. Экспериментальное исследование указанных процессов было проведено в Харьковском электротехническом институте на линиях напряжением 35 и 110 кВ с помощью генератора импульсных напряжений. Теоретическое исследование влияния на затухание формы импульса, его амплитуды и длины пробега импульса проведено в 1938–1939 гг. проф. A.M. Залесским (ЛПИ). Исследование заземлителей при прохождении импульсов тока в полевых условиях и на моделях проводилось в ВЭИ, ХЭТИ и МЭИ.

Обобщение и изучение эксплуатационного опыта молниезащиты было сосредоточено в ЦНИЭЛ (теперь ВНИИЭ).

Результаты глубоких экспериментальных и теоретических исследований и обобщение опыта эксплуатации находят отражение в периодически выпускаемых «Руководящих указаниях по защите от перенапряжений» (1935, 1941, 1946, 1954 гг., проекты РУ 1964, 1965 и 1975 гг., последние «Руководящие указания по защите от грозовых и внутренних перенапряжений электрических сетей 6–1150 кВ ЕЭС России», НИИПТ, 1994 г.).

К настоящему времени сложилась следующая практика молниезащиты электроэнергетических систем. В качестве своего рода авангарда выступают воздушные линии электропередачи, которые могут поражаться молнией достаточно часто – десятки раз в год, в то время как ОРУ подстанций – всего один раз в несколько лет или десятилетий. В значительном числе случаев изоляция линии электропередачи не может выдержать напряжение, возникающее на ней при ударе молнии в элементы линии (тросы, провода, опоры), и перекрывается. Нормальный режим работы на линиях напряжением 110 кВ и выше восстанавливается с помощью АПВ, на линиях напряжением 6–35 кВ – посредством компенсации емкостного тока замыкания на землю с помощью включаемого в нейтраль дугогасящего реактора [5.19; 5.20].

Поскольку повышать электрическую прочность линейной изоляции, увеличивая длину гирлянд и изоляционных воздушных промежутков, нецелесообразно, то снижение вероятности перекрытия изоляции при ударах молнии в опору производится путем уменьшения сопротивления заземления опор, а снижение вероятности удара молнии в провода – путем надлежащего подвеса защитных тросов. Установлено, что защитный угол троса должен составлять 20–30°. На линиях СВН и УВН, имеющих очень высокие разрядные напряжения гирлянд изоляторов, основной причиной грозовых отключений (до 70%) являются пробои воздушного промежутка трос – фазный провод при ударах молнии в трос в средней части пролета (В.П. Ларионов, МЭИ).

Особую озабоченность вызывает так называемая опасная зона – участок линии перед подстанцией длиной 1–3 км. При ударах молнии в эту зону появляющиеся на проводах грозовые импульсы имеют недостаточную длину пробега до электрооборудования подстанции, поэтому они слабо деформируются, прежде всего мало снижается крутизна их фронта, и они могут представлять опасность для оборудования. По этой причине в пределах опасной зоны снижаются по возможности сопротивления заземления опор и уменьшается защитный угол тросов.

На линиях с деревянными опорами защитный трос подвешивается только в пределах опасной зоны. При этом разрядное напряжение изоляции на первой подтросовой опоре оказывается практически вдвое ниже, чем на линии, и именно на этой опоре могут часто возникать перекрытия изоляции. Защита последней осуществляется трубчатыми разрядниками (РТ). С помощью РТ производится также защита ослабленных точек линии (например, изоляции переходных металлических опор на линиях с деревянными опорами), а также пролетов пересечения линий разного номинального напряжения.

Защита электрооборудования подстанций от набегающих с линий импульсов грозовых перенапряжений осуществляется с помощью нелинейных ограничителей перенапряжений (ОПН) или вентильных разрядников (РВ). Оптимальная установка защитных аппаратов на территории подстанции рассчитывается с помощью анализаторов молниезащиты, разработанных впервые в ЛПИ, или с помощью ЭВМ.

Защита ОРУ подстанций от прямых ударов молнии производится, как правило, с помощью стержневых молниеотводов.

Внутренние перенапряжения в начале века считались синонимом коммутационных перенапряжений, связанных с плановыми (включение, отключение ненагруженных линий и трансформаторов) и аварийными коммутациями (несимметричные короткие замыкания, перемежающаяся дуга при однофазных замыканиях на землю в системах с изолированной нейтралью).

Для ликвидации перекрытий линейной изоляции, возникавших при коммутационных перенапряжениях, использовались разные подходы. В США большинство электроустановок работало с заземленной нейтралью, поэтому возникающий при перекрытии ток короткого замыкания на землю селективно отключался выключателем. В Германии сооружались сети с малыми токами замыкания на землю. В этом случае для ликвидации перекрытий изоляции между нейтралью трансформатора и землей включается катушка индуктивности (катушка Петерсена). При замыкании одного из проводов на землю на ней возникает фазное напряжение и через нее проходит индуктивный ток, компенсирующий емкостный ток замыкания на землю, что при соответствую‑

щем индуктивном сопротивлении катушки (дугогасящего реактора, как он называется в настоящее время) приводит к быстрому погасанию электрической дуги в месте замыкания и восстановлению прочности линейной изоляции.

В нашей стране электроустановки напряжением до 35 кВ работают с дугогасящим реактором в нейтрали. Большинство опубликованных в 30‑е годы работ посвящены анализу работы дугогасящих реакторов в сетях напряжением 35 кВ и ниже.

Рост номинальных напряжений вызвал интерес к коммутационным перенапряжениям в электроустановках напряжением 110 кВ и выше, работающих с заземленной нейтралью, поскольку стало труднее создавать достаточный запас электрической прочности изоляции. В 1938–1939 гг. ВЭИ приступил к исследованию перенапряжений, возникающих при отключении ненагруженных линий. Работы велись как на моделях, так и в сетях напряжением 110, 154 и 220 кВ «Мосэнерго» и «Днепрэнерго».

Новый всплеск исследований внутренних перенапряжений связан с проектированием и созданием двухцепной электропередачи длиной 1000 км между Волжской гидроэлектростанцией в районе Жигулей и центром европейской части России. Особенностью этой электропередачи, которая была включена в работу при напряжении 400 кВ и вскоре после пуска переведена на напряжение 500 кВ, было отсутствие, по крайней мере в начальный период эксплуатации, промежуточных подстанций, что породило ряд сложных проблем и привело к появлению еще одного вида (наряду с коммутационными) внутренних перенапряжений – резонансных.

Значительная длина линий и наличие компенсирующих устройств вызвали возникновение перенапряжений, которые отсутствуют в линиях меньшего напряжения. Ненагруженная линия большой длины, включенная последовательно с линейной индуктивностью, является источником перенапряжений, обусловленных резонансом на основной гармонике. А наличие в системе нелинейных элементов (трансформаторов, реакторов поперечной компенсации) вместе с конденсаторами продольной компенсации создает возможность возникновения перенапряжений при нелинейных резонансах как на основной, так и на высших и низших гармониках. В результате интенсивных и всесторонних исследований, проведенных институтом «Энергосетьпроект», ВЭИ, ВНИИЭ, НИИПТ, МЭИ, возникшие проблемы были решены, и электропередача Жигули – Центр успешно работает, как и другая подобная передача Волжская ГЭС – Центр [5.21].

Результаты проведенных в 50‑е годы исследований явились хорошей базой для последующих работ по электропередачам 750 и 1150 кВ [5.22].

В настоящее время сложились следующие методы ограничения внутренних перенапряжений.

Основным средством ограничения установившихся (вынужденных) перенапряжений является установка компенсирующих реакторов на длинных линиях напряжением 500 кВ и выше. Чтобы исключить потери реактивной мощности в нормальном режиме работы линии (на приемном конце линии реактор не нужен)* применяется искровое (безынерционное) подключение реакторов. Помимо этого могут быть использованы и другие схемные мероприятия: снижение коэффициентов трансформации повышающих трансформаторов; включение линии с конца, примыкающего к шинам более мощной энергосистемы. Применение блочных схем без выключателей на стороне высшего напряжения исключает режимы, при которых к шинам системы присоединена разомкнутая линия.

Ограничение коммутационных перенапряжений (свободная составляющая) осуществляется с помощью применения ОПН или коммутационных РВ, выключателей с предвключенными сопротивлениями, управления фазой замыкания контактов выключателя. Вынос электромагнитных трансформаторов напряжения на линию (без реакторов) уменьшает вероятность повторных зажиганий дуги в выключателях, что способствует снижению перенапряжений при отключении ненагруженных линий и АПВ.

Коронный разряд на проводах воздушных линий электропередачи оказывает значительное влияние на развитие перенапряжений. В квазистационарных условиях (линейный резонанс) при коронировании проводов увеличивается емкость линии, вследствие чего сокращается ее волновая длина и максимум перенапряжения смещается в сторону длин, меньших четверти длины волны (1500 км). Одновременно вследствие потерь энергии на коронирование существенно уменьшаются перенапряжения.

Потери энергии при импульсной короне способствуют снижению крутизны фронта импульсов грозовых перенапряжений, набегающих по линии на подстанцию, и, как уже отмечалось, уменьшают риск повреждения электрооборудования.

Изучение коронного разряда на проводах воздушных линий началось в первые десятилетия XX в. Американским исследователем Ф.В. Пиком были впервые предложены формулы для расчетов начальных напряжений коронного разряда, характеристик зажигания короны, потерь энергии на корону. Как уже указывалось в § 5.3, в 1910 г. В.Ф. Миткевичем была выдвинута идея расщепления проводов фаз для подавления коронного разряда на линиях электропередачи, намного опережавшая потребности электротехники того времени. Идея эта была реализована четыре десятилетия спустя на линиях СВН и получила признание во всем мире.

Значительный вклад в теорию коронного разряда и решение практических проблем, связанных с коронированием проводов воздушных линий переменного и постоянного напряжения, внес В.И. Попков [5.23].

В результате исследований, проведенных на линиях электропередачи и опытных пролетах, разработаны и успешно применяются при проектировании электропередач методы расчета потерь энергии на корону, акустических и радиопомех. Характеристики коронного разряда учитываются при расчетах квазистационарных перенапряжений, а также при определении деформации и затухания грозовых импульсов.

5.4.2. РАЗВИТИЕ МЕТОДОВ И АППАРАТУРЫ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ

Габариты, стоимость и надежность высоковольтного электрооборудования в линиях электропередачи в значительной степени зависят от уровня изоляции, который устанавливается и контролируется испытательными напряжениями в соответствии с ГОСТ 1516.1–76. При выборе испытательных напряжений исходят из того, что высоковольтные аппараты, находясь неограниченно долго под наибольшим рабочим напряжением промышленной частоты, должны выдерживать ограниченные по времени воздействия повышенных напряжений промышленной частоты и воздействия импульсных перенапряжений (коммутационных длительностью порядка нескольких миллисекунд и грозовых длительностью порядка 10–100 мкс).

Ограничение уровня возможных грозовых и коммутационных перенапряжений возлагается на разрядники, являющиеся основополагающими аппаратами, определяющими уровень ограничения перенапряжений, а соответственно и выбор уровней изоляции электрооборудования, т.е. обеспечения координации изоляции.

Первоначально разрядником являлся искровой промежуток с пробивным напряжением ниже, чем уровень изоляции защищаемого оборудования. Его пробой требовал отключения короткого замыкания.

Для защиты от грозовых перенапряжений изоляции линейных подходов к подстанциям, участков пересечения линий различного номинального напряжения, а также для защиты электрооборудования маломощных подстанций напряжением 3–10 кВ применяются трубчатые разрядники, выполняемые на напряжения до 220 кВ. Пробой искровых промежутков трубчатого разрядника при грозовых перенапряжениях сопровождается прохождением тока промышленной частоты, который гасится автоматически самим аппаратом, и отключение линии не требуется [5.24; 5.25].

Следующий этап – это вентильный разрядник, в котором многократный искровой промежуток включался с последовательным нелинейным резистором в виде отдельных последовательных дисков, изготовленных на базе карбида кремния (SiC) с высокотемпературным обжигом в среде водорода (тирит).

Напряжение на этом резисторе (остающееся напряжение) при импульсе тока 5–10 кА (8/ 20 мкс) принимается равным импульсному пробивному напряжению искрового промежутка, что и определяет уровень ограничения перенапряжения.

В 40‑х годах на базе исследований ВЭИ был разработан многократный искровой промежуток, дугогасящая способность и стабильность пробивного напряжения которого при предразрядных временах от 0,1 мкс до воздействия напряжения промышленной частоты обеспечивались оригинальной конструкцией единичного искрового промежутка (ИП) и шунтировкой многократного ИП нелинейным резистором.

Для рабочего последовательного нелинейного резистора была разработана новая безобжиговая технология изготовления дисков (вилит). За разработку и внедрение в серийное производство отечественных вилитовых вентильных разрядников серии РВС на напряжение до 220 кВ коллективу ВЭИ и ленинградского завода «Пролетарий» (Л.И. Иванов, В.И. Пружинина, В.П. Савельев, П.С. Бловман и др.) присвоено звание лауреатов Государственной премии [5.26].

Дальнейшее совершенствование вентильных разрядников в направлении улучшения их защитного действия в мировой и отечественной практике проводилось путем повышения дугогасящей способности ИП, что обеспечивало возможность увеличения сопровождающего тока, и путем увеличения пропускной способности ИП и рабочего сопротивления (в основном увеличением диаметра дисков), а также улучшения нелинейности.

^{Рис. 5.9. Схемы аппаратов для защиты от перенапряжений, характеризующие этапы их совершенствования}

^{1 – координирующий искровой промежуток; 2 – вентильный разрядник типа РВС; 3 – магнитно‑вентильный разрядник типа РВМГ; 4 – магнитно‑вентильный комбинированный разрядник типа РВМК; 5 – безыскровый разрядник – ограничитель перенапряжений нелинейный (ОПН)}

В ВЭИ в 60‑е годы были исследованы принципы магнитного вращения и гашения дуги сопровождающего тока и разработаны конструкции отечественных магнитных искровых промежутков, защищенные авторскими свидетельствами. На базе этих искровых промежутков и вилитовых дисков увеличенного диаметра была разработана серия магнитно‑вентильных разрядников РВМГ на напряжение до 500 кВ, которые изготавливались ленинградским заводом «Пролетарий». Проектирование дальних ЛЭП СВН выявило необходимость ограничения коммутационных перенапряжений на концах линии при возможных коммутациях, что приводило к тяжелым по амплитудам и длительности воздействиям на вентильные разрядники. Это обусловило разработку новой серии магнитно‑вентильных разрядников типа РВМК, не имеющей аналогов за рубежом.

В этой серии (рис. 5.9) коммутационные перенапряжения воздействуют на полное рабочее сопротивление, а при грозовых перенапряжениях с большими амплитудами импульсных токов часть рабочего сопротивления шунтируется ИП для снижения грозозащитного уровня.

Разработка и внедрение отечественных магнитно‑вентильных разрядников серий РВМГ и РВМК, защищенных авторскими свидетельствами, позволили поднять номинальное напряжение ЛЭП с 400 до 500 кВ без изменения уровней изоляции всего комплекса электрооборудования, что было отмечено Ленинской премией в 1970 г. (А.А. Акопян, А.В. Панов и др.).

Серия РВМК, специально предназначенная для ограничения как грозовых, так и тяжелых режимов внутренних перенапряжений, способствовала созданию в России и СНГ ЛЭП с номинальными напряжениями 330, 500, 750 и 1150 кВ. Характеристики вентильных разрядников серий РВС, РВМГ и РВМК закреплены ГОСТ 16357–83, и до настоящего времени эти вентильные разрядники обеспечивают координацию изоляции подстанций СВН России, СНГ и также ряда стран дальнего зарубежья.

Разработка высоконелинейных резисторов на базе оксида цинка ZnO послужила основой создания разрядника без искровых промежутков, именуемого в отечественной практике ограничителем перенапряжений нелинейным (ОПН). Высокая нелинейность позволяет оставлять его включенным при наибольшем допустимом напряжении неограниченно долго. При этом уровень ограничения перенапряжений определяется только его вольт‑амперной характеристикой (ВАХ), охватывая и область возможных коммутационных перенапряжений с меньшими амплитудами токов.

Следует подчеркнуть, что вентильные разрядники после поглощения энергии при перенапряжении должны поглощать еще значительную часть энергии при протекании сопровождающего тока, который в ОПН практически отсутствует (порядка нескольких миллиампер).

Однозначность защитных характеристик, упрощение конструкции, снижение габаритов при одновременном улучшении защитных характеристик столь очевидны, что ведущие фирмы отказались от производства традиционных вентильных разрядников. Кроме того, наметилась тенденция замены обычного фарфорового корпуса на полимерные конструкции, позволяющие уменьшить массогабаритные показатели, увеличить длины пути утечки, снизить повреждения при транспортировке и взрывобезопасность.

Основными параметрами ОПН являются:

наибольшее допустимое напряжение (U_НД или U_C по аббревиатуре МЭК 99–4) – это действующее значение напряжения промышленной частоты, которое допускается на ОПН неограниченно долго и не приводит к потере теплового равновесия после поглощения энергии в процессе ограничения перенапряжений и воздействия повышенного напряжения в течение нормированного времени. Значение U_НД в большой степени зависит от возможной деградации (старения) высоконелинейных резисторов в процессе эксплуатации;

пропускная способность ОПН – это способность многократно (обычно 18–20 раз) поглотить энергию при ограничении перенапряжения без разрушения и изменения характеристик. Естественно, что чем ниже уровень ограничения перенапряжений, тем больше должна быть пропускная способность ОПН;

остающиеся напряжения – это напряжения на ОПН при воздействии импульсов тока различной амплитуды и формы, т.е. вольт‑амперные характеристики ОПН, которые характеризуют уровень ограничения перенапряжений при импульсных воздействиях. Для грозовых воздействий принимаются импульсные токи длительностью 8/20 мкс, а для коммутационных – с фронтом 30 мкс и более;

допустимые напряжения промышленной частоты в зависимости от времени их приложения. ОПН, ограничив импульсные напряжения и поглотив определенную энергию, может оказаться на некоторое время под воздействием напряжения промышленной частоты выше чем U_НД (например, 1,4U_НД до отключения КЗ при эффективном заземлении нейтрали).

Способность ОПН выдерживать повышенные напряжения промышленной частоты задается в зависимости от времени. Все нормируемые параметры ОПН подтверждаются соответствующими испытаниями, объем и методы которых определены международным стандартом МЭК 99–4.

Первые ОПН в практике России были разработаны ПО «Электрокерамика» (Ленинград) и установлены на ряде сибирских электростанций.

Освоение технологии производства нестарящихся высоконелинейных резисторов типа МНР и конструкций с полимерной изоляцией (ВЭИ) позволило обеспечить разработку и производство серии ОПН на классы напряжения от 6 до 220 кВ, отвечающих международному стандарту МЭК 99–4 и не уступающих мировым аналогам.

5.4.3. КООРДИНАЦИЯ ИЗОЛЯЦИИ И МЕТОДЫ ЕЕ ИСПЫТАНИЙ

Координацией изоляции электрооборудования называется взаимное согласование значений воздействующих напряжений (перенапряжений), электрических характеристик защитной аппаратуры и изоляции оборудования, обеспечивающее надежную работу и высокую экономичность электроустановок. На основе такого согласования для каждого класса напряжения устанавливаются испытательные напряжения промышленной частоты и импульсные испытательные напряжения, которые являются нормой, обязательной к выполнению.

Первые нормативные требования на уровни изоляции оборудования напряжением до 35 кВ были изложены в «Правилах и нормах IX Всесоюзного электротехнического съезда» (1927 г.). В них были нормированы испытания изоляции трансформаторов, вводов и опорных изоляторов только напряжением промышленной частоты.

В 1936 г. в ВЭИ был разработан «Проект норм испытаний электрической прочности изоляции силовых трансформаторов». В нем наряду с испытаниями одноминутными напряжениями промышленной частоты были предложены импульсные испытания трансформаторов напряжением до 220 кВ. Нормы на испытательные напряжения промышленной частоты вошли в ОСТ Наркомтяжпрома № 2514, введенный с 1937 г.

Принципы стандартизации импульсной прочности и уровни изоляции, предложенные МЭЗ и ВЭИ (А.В. Панов, А.В. Сапожников, В.А. Карасёв и др.) были одобрены в 1940 г. на Всесоюзном совещании по трансформаторостроению. Предполагалось согласовать их в течение 1941 г. с заинтересованными организациями и представить на утверждение проект стандарта. Однако в связи с военными условиями пришлось ограничиться выпуском в 1941 г. ГОСТ 1516–42 «Напряжения испытательные и разрядные высоковольтных трансформаторов, аппаратов и изоляторов, предназначенных для установок, связанных с воздушными сетями» без требований к импульсной прочности изоляции.

Взамен ГОСТ 1516–42 в 1961 г. введен ГОСТ 1516–60, разработанный в ВЭИ. Стандарт охватывал нормы и методы испытаний, в том числе импульсным напряжением, электрооборудования 3–220 кВ.

В последующие годы работа по подготовке нового издания стандарта завершилась утверждением ГОСТ 1516–68 со сроком введения в 1969 г. При разработке этого стандарта учитывалась необходимость его сближения с рекомендациями МЭК.

Головной разработчик стандартов – ВЭИ. Нормативные требования, заложенные в стандарты, основываются на теоретических и экспериментальных исследованиях научных лабораторий института. Большой вклад в разработку внесли специалисты МЭЗ, заводов «Электроаппарат» и «Изолятор», ВИТ и др. Автором проекта ГОСТ 1516–68 и предшествовавших выпусков стандарта был А.В. Панов. В подготовке проекта ГОСТ 1516–68 участвовал А.В. Сапожников. Авторы проекта ГОСТ 1516–73 А.В. Сапожников и В.К. Кожухов [5.27].

В настоящее время уровни изоляции электрооборудования напряжением 3–500 кВ нормированы ГОСТ 1516.1,2–76*, который состоит из двух частей. В первой части приведены нормы на испытательные напряжения промышленной частоты и на импульсные испытательные напряжения, а во второй части – методики испытаний. Нормы на испытательные напряжения электрооборудования напряжением 750 кВ регламентированы ГОСТ 20690–75* (звездочки в обозначениях стандартов указывают на продление сроков их действия). Авторами проектов стандартов являются А.К. Лоханин, В.М. Погостин, М.И. Сысоев.

В идеале координация изоляции должна основываться на всесторонних данных о перенапряжениях, электрической прочности изоляции и экономических факторах и должна учитывать статистический характер распределения амплитуд перенапряжений и выдерживаемого изоляцией напряжения. Существующий метод координации изоляции является лишь приближением к указанному идеальному, так как многие из используемых данных неполные или ориентировочные.

Практически одна сторона проблемы координации изоляции заключается в анализе факторов и условий, от которых зависят перенапряжения на зажимах электрооборудования, выборе определенных условий в качестве основы для стандартизации уровней изоляции, нормировании этих уровней – испытательных напряжений электрооборудования. Вторая сторона проблемы – решение вопросов, возникающих в тех случаях, когда условия в отношении воздействия перенапряжений отличаются от принятых для стандартизации. При неблагоприятных условиях задача заключается в изыскании дополнительных средств ограничения перенапряжений до уровня, допустимого при стандартизованных испытательных напряжениях электрооборудования. Наоборот, при благоприятных условиях целесообразно выявлять возможности упрощения защиты от перенапряжений до степени, допускаемой уровнем изоляции электрооборудования.

При разработке норм для электрооборудования напряжением 330 кВ и выше начальная стадия координации изоляции состояла в исследовании технических возможностей ограничения перенапряжений на основе совершенствования схем и методов защиты, а также возможностей создания электрооборудования с требуемыми параметрами, в определении размеров воздушных промежутков, необходимых при том или другом выдерживаемом напряжении.

Перенапряжения, воздействующие на зажимы электрооборудования, определяются защитным уровнем вентильных разрядников. При разработке ГОСТ 1516‑(60, 68) в качестве защитного уровня принимались защитные характеристики стандартных грозовых вентильных разрядников – их остающееся импульсное напряжение и пробивное напряжение частотой 50 Гц.

При введении в ГОСТ 1516.1–76 для электрооборудования СВН испытания коммутационным импульсом значение испытательного напряжения этого импульса определялось защитным уровнем при воздействии внутренних перенапряжений и пробивным или остающимся напряжением на защитном устройстве (разряднике или ограничителе перенапряжений) при токе координации.

Используемое для координации изоляции остающееся напряжение представляет собой амплитуду напряжения, возникающую на зажимах разрядника при приложении к нему определенного импульсного тока. Амплитуда этого импульса выбрана с учетом возможных перенапряжений на линии электропередачи данного напряжения, условий набегания импульсных волн на подстанцию. Например, для ряда классов высокого напряжения в качестве защитного импульсного уровня при грозовых перенапряжениях принято остающееся напряжение при импульсе тока с амплитудой 5 кА (10/20 мкс), а для классов СВН – до 10 кА. Защитный уровень ограничителей перенапряжений был принят равным 1,85U_Н.Р /√3, где U_Н.Р – наибольшее рабочее линейное напряжение.

Грозовые перенапряжения на зажимах электрооборудования превышают остающееся напряжение разрядника из‑за удаления его от электрооборудования. На остающееся напряжение накладываются обусловленные этим удалением колебания, как правило, значительные. В соответствии с этим основой для определения необходимого уровня изоляции электрооборудования, скоординированного с атмосферными перенапряжениями, являются расчетные перенапряжения, амплитуда которых выше остающегося напряжения разрядника. Расчетные грозовые перенапряжения принимаются многократно воздействующими на изоляцию электрооборудования и условно представляются в виде стандартных полной и срезанной импульсных волн. Амплитуда первой на 10% или несколько больше превышает остающееся напряжение при импульсном токе, принятом при координации изоляции; амплитуда расчетной срезанной волны на 20–25% больше, чем полной.

При срабатывании вентильного разрядника крутого среза импульса не происходит. Принятие в качестве расчетного воздействия не только полной, но также срезанной импульсной волны вызвано необходимостью учитывать возможность крутого среза волн грозовых перенапряжений на случайно ослабленном элементе изоляции подстанции, а также в случае применения трубчатых разрядников или простых защитных искровых промежутков. При срабатывании этих защитных устройств происходит крутой срез напряжения. Учтено также, что изменение напряжения, столь же быстрое, как при крутом срезе импульсов, происходит при повторном зажигании дуги в выключателях.

Включение срезанной волны с крутым спадом напряжения в число расчетных воздействий имеет большое значение для внутренней изоляции трансформаторов (силовых и напряжения) и реакторов. При крутом срезе импульса между элементами обмоток трансформаторов и катушками реакторов могут возникнуть значительно более сильные воздействия, чем при полной волне той же амплитуды. Стойкость изоляции между указанными элементами обмотки по отношению к крутым срезам в эксплуатации может быть проверена только проведением испытания срезанной волной. В ГОСТ 1516.3–96 испытание срезанным грозовым импульсом нормировано только для электрооборудования с обмотками.

Уровень изоляции электрооборудования, стандартизованный в ГОСТ 1516, – это нормированные испытательные напряжения коммутационных импульсов (для электрооборудования напряжением 330 кВ и выше), грозовых импульсов и кратковременное напряжение промышленной частоты, отнесенные к определенным условиям испытания.

Основой для нормирования испытательных напряжений является требование о том, чтобы данное электрооборудование в целом (все элементы его внутренней и внешней изоляции) в эксплуатационных условиях выдерживало грозовые и внутренние перенапряжения, принятые для электрооборудования в качестве расчетных воздействий на его зажимах. Испытательные напряжения выбираются как эквивалент этим перенапряжениям с учетом свойств внутренней и внешней изоляции, обусловливающих различие ее прочности в нормальных условиях испытания и в эксплуатации. При установлении испытательных напряжений внутренней изоляции учитывается снижение ее электрической прочности при перенапряжениях в условиях эксплуатации по сравнению с прочностью при типовом испытании неработавшей изоляции. Для трансформаторов (силовых и напряжения) и реакторов (шунтирующих и заземляющих) принимается во внимание повышение перенапряжений на элементах изоляции обмоток при воздействии импульсов в эксплуатации на возбужденный трансформатор или реактор по сравнению с перенапряжениями при отсутствии возбуждения трансформатора во время проведения импульсного испытания. Для внешней (воздушной) изоляции учитывается снижение разрядных (выдерживаемых) напряжений при атмосферных условиях, возможных в эксплуатации.

Учет перечисленных факторов приводит к выбору неодинаковых испытательных напряжений для внутренней и внешней изоляции данного вида электрооборудования. При этом обеспечивается выдерживание всеми элементами его изоляции перенапряжений принятого расчетного уровня в эксплуатационных условиях, наиболее тяжелых для каждого вида изоляции. В одних и тех же возможных условиях данный элемент изоляции может иметь более высокое напряжение пробоя или перекрытия, чем другой; в других условиях соотношение электрической прочности может быть обратным.

Создание сетей СВН связано с необходимостью ограничения уровней перенапряжений по мере роста номинального напряжения сети, что в первую очередь было связано с более медленным ростом электрической прочности внешней изоляции по сравнению с повышением напряжения сети. Если для сети напряжением 110–220 кВ расчетный уровень внутренних перенапряжений был не ниже 3U_Н.Р /√3, то для сетей напряжением 330, 500, 750 и 1150 кВ было необходимо ограничить его значением 2, U_Н.Р /√3; 2,5U_Н.Р /√3; 2,1U_Н.Р /√3 и 1,8U_Н.Р /√3 соответственно, что обеспечило примерно пропорциональный рабочему напряжению рост длины гирлянды изоляторов.

Снижение уровня изоляции имеет также большое значение для других видов электрооборудования, особенно для силовых трансформаторов сверхвысокого напряжения.

Для отечественной практики создания и развития электропередач УВН (1150 кВ) вопрос о снижении уровня изоляции связан также с самой возможностью разработки электрооборудования этого класса напряжения.

Эффективность снижения уровня изоляции силовых трансформаторов зависит от многих факторов: класса напряжения, количества обмоток, параметров и расположения обмоток на магнитопроводе, стоимости материалов, потерь и пр.

Для трансформаторов напряжением 330–750 кВ каждый процент снижения испытательных напряжений благодаря сокращению изоляционных расстояний позволяет уменьшить полную массу трансформатора на 0,4–0,7% и увеличить мощность при тех же габаритах на 0,6–0,8%.

Предел эффективного снижения уровня изоляции определяется прочностью при кратковременных воздействиях, которой будет обладать изоляция, выбранная только с учетом длительного воздействия рабочего напряжения.

На основании накопленных к настоящему времени знаний о длительной электрической прочности внутренней изоляции можно сделать вывод, что снижение уровня перенапряжений ниже 1,65U_Н.Р /√3 неэффективно.

Уменьшение изоляционных расстояний приводит к увеличению рабочих напряжений в изоляции, что требует рассмотрения координации изоляции относительно длительного воздействия рабочего напряжения. Поэтому снижение испытательных напряжений основывается на совершенствовании не только способов ограничения перенапряжений, но также конструкций изоляции, технологии производства, заводских испытаний, мер по поддержанию необходимого качества изоляции в условиях эксплуатации.

Возможность надежной работы силовых трансформаторов со сниженными уровнями изоляции была подтверждена многочисленным опытом эксплуатации ряда конструкций трансформаторов на напряжение 500 кВ, изготовленных ПО «Запорожтрансформатор» с участием ВИТ и ВЭИ, а также трансформаторов на напряжение 1150 кВ.

Совершенствование методов координации изоляции предполагает и совершенствование методов ее испытаний. Введение для электрооборудования СВН испытаний коммутационными импульсами (ГОСТ 1516.1–76, ГОСТ 20690–75 и ГОСТ 1516.3–96) обеспечило более полную проверку изоляции при воздействии внутренних перенапряжений. Стандартный коммутационный импульс имеет время подъема напряжения до максимума 250 мкс и длительность (время до полуспада) 2500 мкс и обозначается 250/2500. Особо важное значение имело введение испытания напряжением промышленной частоты с измерением частичных разрядов, что позволило выявлять дефекты конструкции и технологии производства изоляции, которые могли быть не обнаружены традиционными кратковременными испытательными воздействиями и выявиться при длительном приложении рабочего напряжения в эксплуатации. Отсюда введение испытаний внутренней изоляции силовых трансформаторов и шунтирующих реакторов длительным (30–60 мин) переменным напряжением при допустимом уровне частичных разрядов 100 пКл. Введены также (ГОСТ 1516.3–96) испытания напряжением промышленной частоты с измерением частичных разрядов для внутренней изоляции трансформаторов напряжения и тока, вводов и изоляции КРУЭ.

5.4.4. ИСТОЧНИКИ НАПРЯЖЕНИЙ И ТОКОВ ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ

Изоляция электрооборудования при эксплуатации подвергается воздействиям не только рабочего напряжения, но и перенапряжений промышленной частоты, а также импульсных перенапряжений, возникающих при ударах молнии в линии электропередачи или вблизи них, при плановых или аварийных коммутациях в системе. Для испытаний изоляции на стойкость к воздействиям перенапряжений, а также для определения характеристик изоляции, таких как ее фактическая прочность, диэлектрические показатели, уровень частичных разрядов и др., применяются специальные испытательные установки высокого напряжения. Это прежде всего установки переменного напряжения промышленной частоты и генераторы импульсных напряжений, имитирующие тот или иной вид перенапряжений. Аналогичные установки используются и для других целей, например, для исследований электрического разряда, в электрофизической аппаратуре, при имитации ударов молнии и т.д. Рассмотрим типичные испытательные установки.

Испытательные установки переменного напряжений промышленной частоты. В зависимости от класса напряжения и характеристик испытуемого объекта для получения испытательных напряжений используются отдельные трансформаторы, каскадные устройства на базе трансформаторов или резонансные схемы.

В отличие от силовых испытательные трансформаторы выполняются однофазными и работают в кратковременном режиме. Поэтому они не имеют развитой системы охлаждения. Их номинальное напряжение в зависимости от назначения обычно лежит в пределах от нескольких десятков до сотен киловольт. Рядом зарубежных фирм изготовлены уникальные трансформаторы напряжением 750–1200 кВ. Номинальные токи испытательных трансформаторов обычно составляют 0,1–10 А. Важной особенностью выполнения испытательных трансформаторов является стремление предельно снизить уровень собственных частичных разрядов и индуктивность рассеяния. Первое позволяет более точно измерять частичные разряды в испытуемом объекте, второе – соединять трансформаторы в каскадные схемы.

Из экономических соображений для получения предельно высоких испытательных напряжений целесообразно использовать каскадное последовательное включение испытательных трансформаторов, имеющих на стороне высокого напряжения специальную обмотку для питания следующей ступени. Обычно каскадные схемы состоят из четырех трансформаторов, причем первая ступень состоит из двух параллельно включенных трансформаторов. Трехступенчатыми каскадами напряжением 2250 кВ и мощностью 5 MB∙А оснащены крупнейшие исследовательские лаборатории России (НИИПТ, СПГТУ, СибНИИЭ и др.), производства фирмы TuR (г. Дрезден, Германия). Уникальный трехступенчатый каскад напряжением 3 MB производства этой же фирмы установлен на открытой площадке ВЭИ (г. Истра).

При испытаниях объектов с большой емкостью, таких как кабели, шинопроводы, элегазовые устройства, используются резонансные схемы. В них испытуемый объект соединяется последовательно с катушкой индуктивности. Питание осуществляется от трансформатора номинальным напряжением порядка 10 кВ. За счет резонанса напряжений на объекте создается испытательное напряжение, во много раз превышающее напряжение питающего трансформатора. Использование резонансных схем позволяет существенно снизить стоимость испытательной установки.

Испытательные установки постоянного высокого напряжения. Изоляция электрооборудования электропередач постоянного тока, а также некоторого оборудования промышленной частоты, например кабелей городских сетей, испытывается постоянным напряжением. Для получения постоянного напряжения до 100 кВ используются испытательные или иные маломощные трансформаторы в комбинации с выпрямительным элементом. При более высоких напряжениях применяют каскадные выпрямители, состоящие из источника переменного высокого напряжения и ступеней умножения напряжения, содержащих конденсаторы и выпрямители. С помощью каскадных выпрямителей получают испытательные постоянные напряжения до 2 MB при токах до 1 А. Еще большие постоянные напряжения дают каскадные выпрямители, предназначенные для питания ускорителей элементарных частиц.

Другой вид источников постоянных высоких напряжений – электростатические генераторы, принцип действия которых основан на механическом переносе заряда с помощью движущейся ленты или вращающихся диска либо барабана, для испытания изоляции используется чрезвычайно редко. Однако в технике высоких напряжений электростатические генераторы находят применение в качестве эталонов высокого напряжения, отличающихся высокой стабильностью и отсутствием пульсаций.

Генераторы импульсных напряжений и токов. Импульсные воздействия на изоляцию подразделяются на грозовые и коммутационные. Грозовые перенапряжения проявляются в виде импульсов, поступающих по линиям. В формировании импульсов принимают участие как амплитуда и крутизна тока главного разряда молнии, так и перекрытия изоляции на линии, корона на линии. В результате статистического обобщения данных о грозовых импульсах, приходящих на подстанции, импульс грозовых перенапряжений нормирован. Считается, что длительность фронта составляет 1,2 мкс, а длительность самого импульса (до половины амплитудного значения) равна 50 мкс. При перекрытиях изоляции или срабатывании защитных устройств вблизи рассматриваемого объекта возникает так называемый срезанный импульс, имеющий такой же фронт, как и полный, однако гораздо меньшую длительность (2–5 мкс). Для получения испытательных грозовых импульсов используются специальные генераторы, принцип действия которых основан на умножении напряжения при переключении заряженных конденсаторов с параллельного соединения на последовательное. Впервые этот принцип умножения напряжения описан в 1914 г. В.К. Аркадьевым и Н.Н. Баклиным, а в 1923 г. на аналогичную схему получил патент Э. Маркс (Германия).

Генераторы импульсных напряжений, используемые для исследований электрического разряда, для испытаний макетов и готовой изоляции, созданные в разных странах и в разное время, различаются по параметрам и конструкции. Существуют различные варианты генераторов как для внутренней, так и для наружной установки. Генераторы для наружной установки выполняются в виде изоляционных башен, лестничных конструкций, подвесных устройств и т.п. Еще более разнообразны разновидности генераторов для внутренней установки: этажерочные, колонковые, многомаршевые лестничные, подвесные, башенные, передвигаемые по рельсам или на воздушной подушке, выполненные в изоляционном баке, с заполнением элегазом и т.п.

Уникальные генераторы были созданы в нашей стране. Так, на открытой площадке Харьковского электротехнического института в 30‑е годы был сооружен генератор суммарным зарядным напряжением 8,3 MB и накапливаемой энергией 500 МДж, разрушенный во время Великой Отечественной войны. В ВЭИ (г. Истра) на открытой площадке установлен генератор в виде изоляционной башни напряжением 9 MB и энергией 1,35 МДж, на котором возможно испытание изоляции классов напряжения до 2 MB.

Разнообразными генераторами внутренней установки фирмы TuR напряжением до 7,2 MB и энергией до 1 МДж оснащены практически все российские организации, занимающиеся разработками и испытаниями изоляционных конструкций высокого напряжения.

Генераторы импульсных напряжений снабжаются вспомогательными устройствами, являющимися составной частью разрядного контура, формирующего требуемый импульс: измерительным шаровым разрядником, устройством среза напряжения, делителем высокого напряжения, нагрузочным конденсатором, набором сменных резисторов и т.д. Установкой резисторов с разными сопротивлениями достигается изменение формы выходного импульса генератора.

Коммутационные импульсы перенапряжений имеют иную природу, чем грозовые, и соответственно иные параметры.

Формирование коммутационных импульсов происходит в результате переходных процессов в цепях, образованных емкостями, индуктивностями, сопротивлениями объекта и соседнего оборудования, участками линий электропередачи между местом коммутации и рассматриваемым объектом. Так как схема передачи и параметры ее элементов могут быть самыми разнообразными, то и параметры коммутационных импульсов могут сильно отличаться. Причем отличие может состоять не только в амплитуде, но и в форме импульса и его временных параметрах. Основным стандартизированным коммутационным импульсом является апериодический с временем нарастания 250 мкс и длительностью 2500 мкс. Кроме того, установлены и иные временные параметры и формы коммутационных импульсов: колебательные с переходом и без перехода через нуль. Соответственно различаются и устройства для получения испытательных коммутационных импульсов.

Апериодические коммутационные импульсы получают, как правило, от генераторов импульсных напряжений, предназначенных для формирования грозовых импульсов, путем замены резисторов, входящих в схему генераторов. Колебательные импульсы требуют включения в разрядную цепь генератора дополнительных катушек индуктивности. При этом катушки могут быть включены как в ступенях генератора, так и на его выходе. Один из способов получения коммутационных импульсов, разработанным в ЛПИ, заключается в разделении генератора импульсных напряжений на две части, одна из которых имеет фронтовые резисторы, а вторая – катушки индуктивности.

При зарядке частей генератора напряжениями разных полярностей можно на выходе генератора получить напряжение, равное сумме апериодического и колебательного затухающего импульсов, сформированных разными частями генератора.

Другой возможностью получения коммутационных импульсов колебательной формы является импульсное питание испытательного трансформатора или каскада трансформаторов. Для этого разработаны конденсаторные приставки к испытательным трансформаторам, состоящие из двух групп конденсаторов и коммутатора. При разряде этих групп конденсаторов, присоединенных к первичной обмотке трансформатора и заряженных напряжениями разных полярностей (одной через резистор, а второй через катушку индуктивности), на первичной обмотке трансформатора формируется импульс напряжения, содержащий апериодическую и колебательную составляющие.

Преимущество использования каскадной схемы испытательных трансформаторов заключается в том, что возможно реализовать наложение в нужный момент коммутационного импульса на синусоидальное напряжение промышленной частоты, включив конденсаторную приставку в последнюю ступень каскада.

Испытания изоляции напряжением промышленной частоты, грозовыми и коммутационными импульсами являются лишь частью испытаний электрооборудования. Так, некоторые виды оборудования требуют испытаний импульсными токами. Коммутационная аппаратура подлежит испытаниям на отключающую способность, электродинамическую устойчивость. Защитная аппаратура (разрядники, ограничители перенапряжений) должна испытываться на устойчивость при прохождении через нее импульсов тока, обусловленного грозовыми или коммутационными перенапряжениями. Техника получения испытательных токов базируется на использовании либо ударных генераторов, либо емкостных накопителей энергии. Так, для имитации токов коротких замыканий при испытании электрооборудования в 1924 г. на заводе «Электросила» был изготовлен первый машинный генератор импульсных токов. В 1937 г. А.А. Горев впервые предложил использовать колебательный контур для получения сильных токов промышленной частоты – «контур Горева». За разработку метода и создание установки проф. А.А. Горев и его сотрудники были удостоены в 1948 г. Государственной премии СССР.

Следует отметить еще одну проблему, связанную с испытаниями разнообразных объектов, в том числе и электрооборудования, на устойчивость при прямых ударах молнии. Для имитации удара молнии в объект на кафедре техники и электрофизики высоких напряжений МЭИ созданы уникальные установки, способные в реальных масштабах амплитуд и времени воспроизводить сложные по форме импульсы тока, включая многокомпонентные токи молнии.