ностн или механического разрушения. Отказ изолятора в любой форме влечет за собой, как правило, отказ всей установки или нежелательное изменение режима ее работы.

Таким образом, в общем случае требования к изоляторам определяются с учетом выполняемых ими функций и на основе тщательного анализа ожидаемых условий эксплуатации, т. е. возможных внешних воздействий, а также влияние характеристик изоляторов на технико-экономические показатели всей установки в целом.

Изоляция внешняя и внутренняя

В любом изоляторе или изоляционной конструкции можно выделить:

внешнюю изоляцию - участки, электрическая прочность которых определяется пробоем промежутков в атмосферном воздухе или перекрытием в воздухе по поверхности изоляционных деталей;

внутреннюю изоляцию - участки, электрическая прочность которых определяется пробоем промежутков, заполненных газом (не атмосферным воздухом), жидким или твердым изоляционным материалом, или перекрытием в газообразном или жидком диэлектрике по изолирующим поверхностям.

Целесообразность выделения в изоляционной конструкции участков внешней и внутренней изоляции обусловлена специфическими особенностями соответствующих изоляционных промежутков, существенными различиями в методах нх проектирования и испытания.

На электрическую прочность внешней изоляции сильное влияние оказывают атмо сферные условия. Разрядные напряжения чисто воздушных промежутков зависят от давления, температуры и влажности воздуха, а характеристики промежутков в воздухе вдоль поверхности изолятора - от количества и свойств загрязнений, осевших на эту поверхность.

:Три загрязнении и увлажнении поверхности изолятора качественно меняется механизм развития разряда и сильно снижается разрядное напряжение. Последнее оказывается пропорциональным длине пути утечки по поверхности и зависит от геометрии поверхности изолятора и от удельной проводимости слоя загрязнения.

Характеристики слоя загрязнения в свою очередь зависят:

от степени загрязненности атмосфервх, т. е. от вида и интенсивности источников загрязнения, от ветровых условий;

от химического состава загрязняющего вещества, особенно от содержания водорастворимых и цементирующихся компонентов, определяющих проводимость и прочность слоя загрязнения;

от аэродинамических свойств изолятора, определяющих поле скоростей воздушного потока у поверхности изолятора;

от ветровых условий и интенсивности

мокрых осадков в данной местности, определяющих интенсивность осаждения и удаления загрязнений, а также степень увлажнения слоя на поверхности изолятора.

Таким образом, многие факторы, влияющие на интенсивность загрязнения поверхности изолятора и свойства слоя загрязнения, т. е. влияющие на разрядное напряжение, сильно зависят от местных условий и могут изменяться в широких пределах. Поэтому при проектировании внешней изоляции конструкции наружной установки необходим строгий учет атмосферных условий в конкретной заданной местности.

Особенность внешней изоляции состоит также в том, что ее электрическая прочность после пробоя или перекрытия и быстрого отключения может через короткое время полностью восстанавливаться до исходного уровня. Практическое значение этого состоит в том, что в редких, особо неблагоприятных условиях можно допускать перекрытие внешней изоляции, а дальнейшую нормальную работу всей установки обеспечивать, скажем, путем применения АПВ.

Электрическая прочность внутренней изоляции практически не зависит от атмосферных условий. Точнее, на поведение внутренней изоляции не влияют случайные и сравнительно быстрые колебания температуры и влажности окружающего воздуха, если они не выходят за пределы допустимых. На работу внутренней изоляции оказывают влияние только средние за относительно длительный период времени значения температуры и влажности окружающего воздуха.

Механизм пробоя внутренней изоляции изолятора может быть существенно разным при электрических воздействиях разной длительности. Соответственно разными будут и пробивные напряжения. Экспериментально установлено, что для многих видов внутренней изоляции пробивное напряжение при временах воздействия, составляющих несколько десятков микросекунд, характерных для грозовых перенапряжений, может в десятки раз превышать пробивные напряжения прн воздействиях длительностью в несколько лет, соответствующих воздействию рабочего напряжения.

Полную информацию внутренней изоляции дают так называемые вольт-временные характеристики - зависимости пробивного напряжения от длительности воздействия в диапазоне от микросекунд до десятков лет. Однако полное определение таких характеристик связано с большими трудностями, поэтому в инженерной практике ими не пользуются.

При проектировании внутренней изоляции оборудования энергосистем, в том числе и изоляторов, в соответствии с возможными видами электрических воздействий пользуются данными:

о кратковременной электрической прочности прн грозовых перенапряжениях, которые определяют экспериментально путем приложения к изо-

ляции стандартных импульсов 1, 2/50 (ГОСТ 1516.2-76);

о кратковременной электрической прочности при внутренних перенапряжениях, которые полчают экспериментально при приложениях стандартных коммутационных импульсов 250/2500 или иной формы или при одноминутном воздействии напряжений промышленной частоты (ГОСТ 1516.2-76);

о длительной электрической прочности, как о способности изоляции выдерживать воздействие рабочего напряжения в течение требуемого срока службы.

Длительная электрическая прочность внутренней изоляции в отличие от кратковременной не может быть непосредственно измерена в лабораторном эксперименте. Поэтому ее оценивают косвенным путем, прежде всего по результатам измерения характеристик частичных разрядов (ГОСТ 20074-74), так как эти разряды являются основной причиной электрического старения внутренней изоляции. Обычно испо.пьзуется условие ?/раб<;1ч,р, где 1/ч,р - напряжение возникновения частичных разрядов. Для некоторых видов внутренней изоляции частичные разряды ограниченной интенсивности допустимы, однако обоснованные и проверенные практикой нормы пока отсутствуют.

При длительном воздействии рабочего напряжения должна быть исключена и возможность теплового пробоя внутрашей изоляции. Как известно, напряжение теплового пробоя при прочих равных условиях зависит от tgS изоляции, характеризующего диэлектрические потери. Условие С/раб< <tT,npo6, где 1/т,проб - напряжение теплового пробоя при возможных наиболее неблагоприятных условиях охлаждения, определяет практически требования к tg6 изоляции, т. е. к качеству исходных материалов, к технологии изготовления всей изоляции, к мерам ограничения ее загрязнения (увлажнения) в условиях эксплуатации.

Для всех видов внутренней изоляции характерны сравнительно большие разбросы кратковременной и длительной электрической прочности; коэффициент вариации может составлять 10-15% и более. Поэтому при проектировании внутренней изоляции пользуются так называемыми допу-. с т и м ы м и значениями соответствующих напряжений или напряженностей. Последние определяются путем статистической обработки опытных данных с использование.м экстремальных функций распределения (Вейбулла, двойного экспоненциального). В качестве допустимых принимаются значения, соответствующие весьма малой вероятности появления. Как правило, допустимые напряжения нли напряженности, полученные по данным лабораторных экспериментов, затем проверяются и уточняются по результатам эксплуатации.

В большинстве случаев пробой внутренней изоляции представляет собой необратимое повреждение изолятора. Исключение

составляют только участки внутренней изоляции в виде газовых промежутков. Поэтому внутренняя изоляция обычно проектируется с большими запасами по электрической прочности, чем изоляция внешняя.

Требования к электрической прочности изоляторов

Изоляторы и изоляционные конструкции должны выдерживать без пробоя или перекрытия возможные в эксплуатации грозовые н внутренние перенапряжения. Конкретные требования к уровню электрической прочности изоляторов и изоляционных конструкций по отношению к перенапряжениям- это значения испытательных напряжений. Последние устанавливаются с учетом используемых в сетях разных классов напряжения средств ограничения перенапряжений и нормируются ГОСТ 1516.1-76. Испытательные напряжения изоляторов с нормальной изоляцией, испытываемых отдельно (от трансформаторов, реакторов, аппаратов), установленные ГОСТ 1516.1-76, приведены в табл. 13-1.

В ГОСТ 1516.1-76 указывается, что пробивное напряжение внутренней изоляции изоляторов должно быть больше испытательного напряжения промышленной частоты для внешней изоляции в сухом состоянии не менее чем в 1, 2 раза для изоляторов с внутренней жидкой или бумажно-масляной изоляцией и не менее чем в 1, 6 раза для остальных изоляторов.

Для изоляторов, входящих в состав трансформаторов, реакторов или аппаратов и испытываемых совместно с ними, используются испытательные напряжения, установленные ГОСТ 1516.1-76 для соответствующего вида оборудования.

Требования к длительной электрической прочности внутренней изоляции изоляторов определяются наибольшим рабочим напряжением и необходимым сроком службы изолятора (15-30 лет и более). Практически, как уже отмечалось ранее, это требование означает необходимость соблюдения условия С/раб<Сч,р с jnjeTOM статистических разбросов последней величины, а также условия i/pa6-<iT-,npo6-

Требования к электрической прочности внешней изоляции изо.пяторов наружной установки по отношению к рабочему напряжению в условиях загрязнения и увлажнения определяются нормами на удельные, т. е. отнесенные к 1 кВ наибольшего рабочего линейного напряжения, длины пути утечки по поверхности изолятора. Эти нормы, установленные ГОСТ 9920-75 для трех категорий (исполнений) аппаратов и изоляторов, приведены в табл. 13-2. Изоляторы категории А предназначены для работы в нормальных условиях по загрязненности атмосферы, изоляторы категории Б - при повышенной загрязненности и изоляторы категории В -при особо загрязненной атмосфере.

Таблица 13-1

Нормированные испытательные напряжения изоляторов с нормальной изоляцией, испытываемых отдельно (от трансформаторов, реакторов и аппаратов), кВ

Напряжение грозовых импульсов для испытания внешней изоляции

изоляторов (кроме шинных опор и вводов для нейтрали)

шинных опор

вводов для нейтрали

та

sis оо к и 5 к S й

g ш а

§ CR S

й с U

§?

Кратковременные напряжения промышленной частоты

одноминутное

для испытания внутренней изоляции

к со

й й-

при плавном подъеме

для испытания внешней изоляции

в сухом состоянии под дождем

s S к и

0.0 S о чс;

О =н m си Я)

3 6 10 IS 20 24 27 35 ПО 150 220 330 500 750 1150

44 60 80 105 125 150 170 195 480 660 950 1200 1600 2100 2900

52 73 100 125 158 185 210 240 600 825 1190 1400 1950 2550 3200

42 57 75 100 120 140 160 185 460 630 900 1150 1600

50 70 90 120 150 175 200 230 570 785 ИЗО 1350 1950

200 275 400

950 1300 1550 2100

24 32 42 55 65 75 80 95 230 300 440 560 760

1150

24 32 42 55 65 75 80 95 265 340 490 630 800 800 1150

130 180 265

27 36 47 63 75 85 95 ПО 295 375 550 700 900 1000 1300

26 34 45 60 70 80 90 105 280 355 520 670 900

135 195

20 26 34 45 55 65 70 85 215 290 425 550 740 900 1300

110 155 215

Примечание. Испытательные напряжения для изоляторов всех классов напряжения, кроме 750 и 1150 кВ, нормированы ГОСТ 1516.1-76; для 750 кВ указаны испытательные напряжения по ГОСТ 20690-75 для силовых трансформаторов; для 1150 кВ - нормы прЬдварительные.

Таблица 13-2

Удельная длина пути утечки изоляции аппаратов наружной установки (ГОСТ 9920-75)

Как видно из табл. 13-2, удельные длины пути утечки для изоляторов сетей с изолированной нейтралью должны быть несколько большими, чем для сетей с заземленной нейтралью. Объясняется это тем, что в сетях с изолированной нейтралью возможна длительная работа с замыканием одной фазы на землю, когда на изоляцию здоровых фаз действует полное линейное напряжение.

При проектировании воздушных линий и открытых распределительных устройств изоляторы выбирают с внешней изоляцией, удовлетворяющей требованиям Ртговодя-щих указаний [13-5]. В этих Руководящих указаниях используется понятие эффектив-

ной длины пути утечки Lg, под которой понимается фактически используемая в данной изоляционной конструкции длина пути утечки при развитии разряда вдоль загрязненной и увлажненной поверхности. Для изоляторов сложной формы из-за неравномерного по поверхности осаждения загрязнений и возможного отрыва канала разряда от поверхности длина 1э может быть меньше геометрической длины пути утечки L. Соотношение между Ls я L имеет вид: Ls=L/k, где k - коэффициент эффективности, значения которого в зависимости от отношения геометрической длины пути утечки L к строительной длине Н изоляционной конструкции приведены в табл. 13-3.

Таблица 13-3

Коэффициент эффективности k для внешней изоляции электрооборудования распределительных устройств

Требования к Ьэ определяются в Руководящих указаниях условием