И.В. Бедим, М.П. Дергилев - Влияние процессов старения изоляции на параметры дуговых перенапряжений в электрических сетях с изолированной нейтралью и компенсацией емкостных токов

Наукові праці ДонНТУ. Серія «Електротехніка і енергетика»

Влияние процессов старения изоляции на параметры дуговых перенапряжений в электрических сетях с изолированной нейтралью и компенсацией емкостных токов

И.В. Бедим, М.П.Дергилев (Донецкий национальный технический университет ДНТУ)

В настоящее время в условиях постоянно ухудшающегося технического состояния распределительных сетей среднего класса напряжения все сильнее обостряется проблема надежности электроснабжения потребителей электрической энергии. Наиболее опасные ситуации, сопровождающиеся групповым выходом из строя оборудования, возникают при дуговых замыканиях фазы на землю. Чаще всего повреждаются электродвигатели и кабели, и в меньшей мере – другое оборудование.
За многолетний опыт эксплуатации этих сетей и большой объем выполненных исследований накоплен значительный научный и экспериментальный материал по электрофизическим основам генерации дуговых перенапряжений. Показано, что качественные и количественные параметры их в значительной мере определяются емкостью фаз по отношению к земле и междуфазной емкостью сети, индуктивностью источника питания и трансформаторов, характера нагрузки, сопротивления в месте замыкания фазы на землю и т.д. Для возникновения предельной кратности перенапряжений в сети с заданными параметрами решающее значение оказывают: величина мгновенного значения напряжения на поврежденной фазе в момент первичного зажигания дуги, момент погасания дуги и напряжения при повторном и последующих зажиганиях дуги, а также характер процесса восстановления электрической прочности дугового промежутка после гашения дуги. Характерная осциллограмма переходных процессов на элементах сети при д уговом замыкании фазы на землю представлена на рис.1.

Рисунок 1 – Осцилограммы перенапряжений на двух неповрежденных (а и б) и в нейтрали (в) электрической сети с изолированной нейтралью при дуговом замыкании фазы на землю

Следует однако подчеркнуть, что при проведении этих исследований с использованием физических и математических моделей за исходную всегда принималось, что сеть транспонирована, симметрична, смещения нейтрали, а значит перекосов напряжения по фазам нет [1, 2]. Важно заметить, что такой подход к постановке задачи исследования вступает в противоречия даже нормативным документам по эксплуатации электроустановок. Так согласно ПУЭ при эксплуатации сетей рассматриваемого класса напряжения допускаются следующие смещения нейтрали: 15% – длительно, 30% – в течении одного часа и 100% в течении двух часов.

Кроме этого, в процессе длительно эксплуатации на изоляцию электрооборудования постоянно воздействуют: электрические, механические, тепловые и химические воздействия, приводящие к образованию в ней газовых включений. При появлении этих включений в непосредственной близости от потенциальных проводников, где напряженность электрического поля может превысить критическую, в них начинается ионизация и частичные разряды, которые с течением времени развиваются в стремительные искровые разряды с образованием напряженных проводящих древовидных побегов, проростающих вглубь изоляции. Такие побеги, с одной стороны увеличивают сквозную проводимость через изоляцию, т.е. снижают её сопротивление, а с другой шунтируют часть емкости объекта по отношению к земле и междуфазной емкости.

Поэтому, в данной работе проведен большой объём исследований по оценке влияния указанных факторов на параметры схемы замещения изоляции электрооборудования, находящегося в длительной эксплуатации. В работе был проведен анализ результатов длительных измерений ёмкости Сх, tg и R различных по мощности двадцати четырех силовых трансформаторов напряжением 110 кВ и их высоковольтных вводов типа ГБМТ-110 ОАО «Донецкоблэнерго» с бумажно-маслянной изоляцией и трёх кабелей типа АСБ-3-240 ОП «Донецкие электрические сети». Исследуемые объекты находились в эксплуатации в пределах от 23 до 45 лет. Результаты проведенных исследований показали, что вследствие неидентичности процессов в изоляции каждой из фаз распределительной сети в процессе при длительной её эксплуатации развивается несимметрия емкостной и активной проводимостей через изоляцию фаз, а также, более чем на порядок, возрастают диэлектрические потери, что приводит к смещению нейтрали и возникновению перекосов напряжения по фазам в нормальном эксплуатационном режиме работы сети. Причем у кабелей эта несимметрия значительно больше, чем у трансформаторов. Так, если при примерно одинаковом сроке эксплуатации несимметрия емкости у трансформаторов составила в пределах 6-7% и только в отдельных случаях достигла 12%, то у кабелей она изменялась в пределах 14-17%. Установлено, что несимметрия емкостной проводимости через изоляцию существенно больше влияет на смещение нейтрали сети, чем несимметрия активной составляющей проводимости через изоляцию. Так, несимметрия активной проводимости через изоляцию в несколько процентов практически не приводит к большому перекосу напряжений по фазам, в то время как несимметрия ёмкостной проводимости, особенно в сетях с ДГК, может привести к резкому изменению напряжений по фазам, что хорошо иллюстрируется (рис. 2). Исходя из изложенного, в работе проведен большой объём экспериментальных исследований по оценке влияния несимметрии напряжений по фазам в сети на качественные и количественные параметры дуговых перенапряжений в сетях с изолированной нейтралью и компенсацией ёмкостных токов на землю. Отдельные результаты этих исследований представлены на рис. 3, которые указывают на существенное увеличение кратности дуговых напряжений при наличии в сети несимметрии напряжений по фазам, что подтверждается экспериментами в реальных сетях. В работе предложены пути по совершенствованию условий работы электрооборудования в указанных сетях.

Рисунок 2 – Зависимость напряжения смещения нейтрали от степени Рисунок 3 – Зависимость кратности дуговіх перенапряжений от степени
расстройки ДГК в сети (Iзам – 30 А) при изменении несимметрии смещения нейтрали в сети 6-10 кВ (1 – Iзам = 3 А; 2 – Iзам = 15 А)
ёмкости в пределах 3 (1), 5 (2) и 10% (3)

Перечень ссылок

1. Лихачёв Ф.А. Замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью и компенсацией ёмкостных токов. – М., «Энергия», 1971. – 151 с.

2. Сивокобыленко В.Ф., Дергилёв М.П., Левшов А.В. и др. Совершенствование работы распределительных сетей напряжением 6-10 кВ. Наукові праці ДонНТУ. Серія «Електротехніка і енергетика», випуск 67. Донецьк: ДонНТУ, 2003 – с 69-76.