3.2. Умови роботи і вимоги, що пред’являються до електричної ізоляції високовольтного устаткування

У процесі експлуатації ізоляція електроустаткування піддається впливу різноманітних факторів.

Впливаюча напруга. Умови роботи електричної ізоляції високовольтного устаткування визначаються в першу чергу напругами, що впливають. Ступінь впливу напруги на електричну міцність і довговічність ізоляції залежить від амплітуди, тривалості, форми.

При експлуатації високовольтних установок можна виділити три групи напруг, що впливають: робочу напругу; внутрішні (комутаційні) перенапруги (ВПН); атмосферні (грозові) перенапруги (АПН).

Робоча напруга. Довгостроково впливає на ізоляцію високовольтних конструкцій протягом усього терміну служби (20...30 років). Величина цієї напруги встановлюється відповідно до номінальної напруги електричної мережі за ДСТ 1516.1-76 і може відрізнятися від останнього, залежно від режиму електропередачі, у більшу або меншу сторону. Для кожного класу напруги найбільша робоча (лінійна) напруга визначається як

(3.1)

причому значення коефіцієнта К приймається відповідно до даних, наведеними в табл. 3.1.

Таблиця 3.1

Відповідність коефіцієнта К і класів напруги

Клас напруги, кВ	3...20…20	35...…220	330	500...…1150
К	1,20	1,15	1,10	1,05

При виборі ізоляції електроустаткування, призначеного для роботи в мережах з ізольованої або резонансно-заземленою нейтраллю (U_ном £ 35кВ), за розрахункову напругу звичайно приймається найбільша робоча лінійна напруга мережі.

Для обладнання, призначеного для роботи в мережах з ефективно заземленої нейтраллю, найбільша робоча фазна напруга мережі

(3.2)

Спектр значень ВПН в електропередачах лежить у широких межах. Так, при однофазних замиканнях на землю й раптовому спаданні навантаження, відповідно до характеристик вітчизняних вентильних розрядників, кратність перенапруг промислової частоти для класів 110…500 кВ не повинна перевищувати 1,38U_ф. н (заземлена нейтраль) і 1,73U_ф. н у мережах з ізольованої нейтраллю.

При відключенні незавантажених трансформаторів кратність ВПН може досягати (3,5...4…4,0)U_ф. н при тривалості до 100 мкс із частотою до 10 кГц.

Величини напруг, що впливають, при ВПН обмежуються вентильними розрядниками. Для внутрішніх перенапруг рівень напруг, що впливають, оцінюється як

, (3.3)

де U_раз – найбільша пробивна напруга розрядника при промисловій частоті; 1,07 – коефіцієнт, що враховує статистичний розкид пробивних напруг розрядника.

Атмосферні перенапруги (АПН) виникають на ізоляції електроустаткування як при прямих ударах блискавки в лінію або опору ЛЕП, так і при розряді блискавки поблизу лінії.

Для захисту обладнання від хвиль, що набігають, на підстанції встановлюються грозозахисні вентильні розрядники.

Значення напруг, що впливають, на ізоляцію обладнання при АПН

(3.4)

де U_{раз. ост} – залишкова напруга на розряднику при струмі блискавки 5 кА для ізоляції класу напруги 110…220 кВ і при струмі 10 кА для класу напруги більше 300 кВ; К_г – коефіцієнт, що враховує перепад напруги між розрядником і захищаємим об’єктом за рахунок індуктивності ошиновки між ними.

При обмеженні крутизни хвилі і раціональному розташуванні розрядників на підстанції можна прийняти для силових трансформаторів К_г = 1,2 і для іншого обладнання К_г = 1,3-1,4.

Нелінійні обмежувачі перенапруг мають істотно меншу залишкову напругу при струмах координації, тому застосування цих обмежувачів дозволяє істотно знизити значення не тільки внутрішніх, але і грозових перенапруг.

Електричні фактори. При порушенні нормального режиму експлуатації ЛЕП, що приводить до різкого збільшення напруги, а також при погіршенні властивостей ізоляції, у зв'язку зі зміною навколишніх умов, можуть виникати такі небажані явища, як корона, ковзаючі розряди, часткові розряди, трекінг, що знижують надійність і довговічність високовольтних установок.

Механічні фактори. Механічні зусилля в ізоляції виникають як при нормальній роботі (зусилля при планових комутаціях, вітрові навантаження й т.д.), так і в аварійних режимах (ріст електродинамічних сил між струмоведучими частинами апаратів при коротких замиканнях).

Теплові впливи. Теплові впливи в ізоляції виникають через нагрівання ізоляції за рахунок тепла, що виділяється в провідниках при протіканні тривалого номінального струму, а також діелектричних втрат в ізоляції при додатку електричного поля.

При протіканні по провідниках струмів короткого замикання в аварійному режимі ізоляція випробовує короткочасний перегрів («тепловий удар»).

Атмосферні впливи. При експлуатації у відкритій атмосфері ізоляція піддається впливу дощу, туману, роси, снігу, ожеледі, природних і промислових забруднень, коливань температури, тиску і т.д.  Як правило, всі ці фактори приводять до зниження електричної міцності ізоляції і її надійності.

Фактор часу. Із часом навіть при нормальних умовах експлуатації електроізоляційні й механічні властивості ізоляції поступово погіршуються, відбувається «старіння» ізоляції.

Впливаючі середовища. При експлуатації високовольтних установок на ізоляцію можуть впливати агресивні гази і рідини, що приводять до передчасного погіршення її властивостей.

У ряді випадків необхідно враховувати специфічні умови роботи ізоляції. Так, при роботі обладнання в тропіках на ізоляцію впливають: підвищена вологість, температура, сонячна радіація, діяльність деяких мікроорганізмів і тварин.

Надійна і безаварійна робота високовольтного обладнання може бути забезпечена, якщо ізоляція буде мати високу імпульсну і короткочасну електричну міцність при грозових і внутрішніх перенапругах, відповідно, а також за умови відсутності таких факторів, як корона, часткові і ковзаючі розряди, трекінги при тривалому впливі робочої напруги.

Створення надійної ізоляції безпосередньо пов'язане з питаннями координації, тобто  з узгодженням характеристик захисних апаратур із властивостями ізоляції. Комплексне рішення цих питань, при виконанні вищевикладених вимог, дозволяє вибрати так званий рівень ізоляції – така якість ізоляції, при якому вона в стані витримувати комутаційні перенапруги заданої кратності відносно фазної робочої напруги й імпульсних впливів, обмежених відповідними розрядниками. Звичайно під цим розуміють випробні напруги ізоляції, закріплені ДЕРЖСТАНДАРТ 1516.1–76. Випробна напруга є деяким еквівалентом напруг, що впливають, і вибирається з урахуванням характеристик вентильних розрядників. Для зовнішньої і внутрішньої ізоляції електроустаткування еквівалентом напруг, що впливають, при АПН є імпульсні випробні хвилі (_{Uисп. имп}) при повному (1,2/50 мкс) і зрізаному (2...3…3 мкс) стандартному імпульсі.

Перевірка стійкості внутрішньої ізоляції електроустаткування до впливу ВПН виробляється шляхом додавання до об'єкта однохвилинної випробної напруги (U_1хв). ДЕРЖСТАНДАРТ 1516.1–76 установлює також випробувальну напругу промислової частоти, що витримує зовнішню ізоляцію електроустаткування в сухому стані (U_схв – суховитримувальна напруга) і під дощем (U_мв – вологовитримувана напруга).

Ізоляція електроустаткування на клас напруги 330 кВ і вище випробовується також комутаційними хвилями різної форми, залежно від типу обладнання, з метою перевірки стійкості ізоляції до впливу комутаційних перенапруг.

Вимогами по механічній міцності ізоляції на напругу до 35 кВ, відповідно до правил пристрою електроустановок (ПУЕ), передбачається припустиме навантаження на ізолятор

, (3.5)

де Р_руйн – руйнівне навантаження, кГс.

На класи напруги більше 110 кВ припустимі навантаження не встановлені, вони визначаються технічними умовами на виріб, що випускає підприємством.