Hoogspanningstechnologie in elektriciteit, soorten installatie-isolatie en isolatiecoördinatie

Hoogspanningstechniek

Hoogspanningstechniek is een van de hoofddisciplines in een aantal elektrische, elektrische en elektrofysische specialiteiten.

Het wordt veel gebruikt in veel sectoren van de nationale economie. Met betrekking tot hoogspanningssystemen bestudeert deze discipline elektrische isolatie en de processen die in de isolatie optreden bij blootstelling aan nominale (bedrijfs)spanningen en overspanningen.

Hoogspanningsinstallaties, gebaseerd op de kenmerken van processen in elektrische isolatie, omvatten installaties met een nominale spanning van meer dan 1000 V.

De cursus hoogspanningstechniek bestaat meestal uit twee delen. Het eerste deel gaat in op kwesties met betrekking tot ontwerp, technologie, testen en bediening. isolatie van elektrische installaties… Het tweede deel onderzoekt het optreden van overspanningen in elektrische netwerken en methoden voor de beperking ervan.

Beide onderdelen van de hoogspanningstechniek zijn nauw met elkaar verbonden en de integrale oplossing van de problemen van het ene of het andere onderdeel moet in onderlinge samenhang worden uitgevoerd.

Het scala aan problemen dat door hoogspanningstechnologie wordt aangepakt, omvat:

• elektrisch veld bij hoogspanning;

• elektrische ontlading en surfen in diëlektrica;

• elektrische isolatie en isolerende constructies;

• overspannings- en overspanningsbeveiligingsmethoden;

• kwesties met betrekking tot de uitrusting van hoogspanningslaboratoria, hoogspanningsmetingen, methoden voor preventief testen van isolatie en isolatieconstructies, aardstromen en aardingsapparaten.

Elk van deze vragen heeft zijn eigen kenmerken en onafhankelijk belang. Ze zijn echter allemaal gericht op het oplossen van het belangrijkste probleem van hoogspanningstechnologie: creatie en levering van betrouwbaar werkende elektrische isolatie van hoogspanningsinstallaties (creatie van isolatiestructuren met technisch en economisch rationele isolatieniveaus).

Gaslekken zijn bijvoorbeeld van groot onafhankelijk belang, maar in hoogspanningstechnologieën worden ze beschouwd in termen van isolatie-eigenschappen, aangezien gassen, vooral lucht, in alle isolatiestructuren aanwezig zijn.

Deze wetenschappelijke discipline ontstond gelijktijdig met het verschijnen van de eerste hoogspanningsinstallaties, toen elektrische isolatie de betrouwbaarheid van hun werking begon te bepalen.

Naarmate je groeit nominale spanning van de installaties isolatie-eisen nemen toe.Deze vereisten worden grotendeels bepaald door die transiënten die optreden in verschillende delen van elektrische installaties tijdens circuitschakeling, aardfouten, enz. (interne pieken) en bliksemontladingen (atmosferische pieken).

In verband met het oplossen van de problemen van de hoogspanningstechniek waren speciale hoogspanningslaboratoria nodig voor het verkrijgen van hoogspanningen in verschillende soorten en vormen, evenals hoogspanningsmeetapparatuur.

Daarom beschouwt hoogspanningstechniek de belangrijkste uitrusting van moderne hoogspanningslaboratoria en hoogspanningsmetingen.

Bovendien wordt de stroom van stromen in de grond (industriële frequentie en puls) beschouwd vanuit het oogpunt van de opstelling van werkende en beschermende aardingen, noodzakelijk om de werkingsmodi van hoogspanningsinstallaties en de veiligheid van hun onderhoud te waarborgen .

Hoogspanningstechniek is de enige academische discipline die de prestaties van isolatiestructuren in elektrische systemen uitgebreid onderzoekt, en daarom is het een van de kerndisciplines voor alle elektrotechniek en elektrotechnische majors.

Soorten isolatie voor elektrische hoogspanningsinstallaties

Modern energiesystemen, bestaande uit een aantal energiecentrales (NPP, HPP, GRES, TPP), onderstations, bovengrondse en kabelleidingen, bevat drie hoofdtypen hoogspanningsisolatie: station-, onderstation- en lijnisolatie.

Naar gasisolatie omvatten de isolatie van elektrische apparatuur bedoeld voor interne installatie, dat wil zeggen de isolatie van roterende machines (generatoren, motoren en compensatoren), elektrische apparaten (schakelaars, begrenzers, reactoren, enz.). vermogenstransformatoren en autotransformatoren, evenals elektrische isolatiestructuren voor interne installatie (stopcontacten en ondersteunende isolatoren, enz.).

Voor onderstationisolatie omvatten isolatie van elektrische apparatuur bedoeld voor externe installatie (in het open deel van het onderstation), d.w.z. isolatie van vermogenstransformatoren en autotransformatoren, externe elektrische apparaten, evenals elektrische isolatiestructuren voor externe installatie.

Voor lijnisolatie omvatten bovengrondse lijnisolatie en kabellijnisolatie.

Elektrische isolatie van hoogspanningsinstallaties is onderverdeeld in extern en intern. Naar externe isolatie omvatten elektrisch isolerende apparaten en constructies in de lucht, en aan interne isolatie — apparaten en constructies in een vloeibaar of halfvloeibaar medium.

Hoogspanningsisolatie bepaalt de betrouwbaarheid van de werking van voedingssystemen en is daarom onderhevig aan vereisten voor elektrische sterkte bij blootstelling aan hoge spanningen en overspanningen, mechanische sterkte, weerstand tegen omgevingsinvloeden, enz.

De isolatie moet langdurig bestand zijn tegen de bedrijfsspanning en de impact verschillende soorten overspanning.

Externe isolatie bedoeld voor externe installatie moet betrouwbaar werken in regen, sneeuw, ijs, verschillende verontreinigende stoffen, enz. Interne isolatie heeft, in vergelijking met externe isolatie, meestal betere werkomstandigheden.In bergachtige gebieden moet externe isolatie betrouwbaar werken bij verminderde luchtdruk.

Veel soorten elektrische isolatieconstructies moeten een grotere mechanische sterkte hebben. Bijvoorbeeld steun- en mofisolatoren, moffen, enz. moet herhaaldelijk bestand zijn tegen de impact van grote elektrodynamische krachten tijdens kortsluitingen, lijnisolatoren (slingers) en krachtige elektrische isolatieconstructies - windbelasting, aangezien wind hoge druk kan veroorzaken.

Begrenzing van overspanningen die gevaarlijk zijn voor isolatie in verschillende bedrijfsmodi, wordt uitgevoerd met behulp van de hulp speciale beschermingsmiddelen.

De belangrijkste beveiligingsapparaten zijn afleiders, overspanningsafleiders, beschermende capaciteiten, boogonderdrukking en reactieve spoelen, bliksemafleiders (kabel en staaf), snelle stroomonderbrekers met automatische sluitingen (AR).

Redelijke bedrijfsmaatregelen helpen om een ​​betrouwbare werking van de isolatie te garanderen bij gebruik van begrenzers en andere beveiligingsinrichtingen, zoals coördinatie van de isolatie, organisatie van periodieke preventieve isolatietests (om verzwakte isolatie te identificeren en te verwijderen), aarding van nulleiders van transformatoren, enz. .

Isolatie coördinatie

Een van de belangrijkste problemen die zich voordoen bij het ontwerp van isolatie in hoogspanningstechnologieën is de definitie van de zogenaamde "Isolatieniveau", dat wil zeggen de spanning die het kan weerstaan ​​zonder beschadigd te raken.

De isolatie van elektrische installaties moet worden uitgevoerd met een zodanige grens van elektrische sterkte dat er geen overlap (vernieling) zal zijn bij eventuele overspanning.Deze isolatie is echter te omslachtig en te duur.

Daarom is het raadzaam om bij het kiezen van isolatie niet langs de lijn te gaan van het creëren van een limiet aan de elektrische sterkte, maar langs de lijn van het toepassen van dergelijke beschermende maatregelen die enerzijds voorkomen dat overspanningsgolven gevaarlijk zijn voor isolatie, en aan de andere kant beschermt het de isolatie tegen optredende golfgolven...

Daarom wordt de isolatie op een bepaald niveau geselecteerd, dwz. gespecificeerde waarde voor ontladings- en doorslagspanning, rekening houdend met veiligheidsmaatregelen.

Isolatie niveau en beschermende maatregelen moeten zo worden gekozen dat de isolatie niet bezwijkt onder invloed van verschillende vormen van overspanning die in een bepaalde installatie optreden, en tegelijkertijd een minimale omvang en kosten hebben.

Verzoening van het aangenomen isolatieniveau en beschermende maatregelen met overspanningen die de isolatie beïnvloeden, wordt genoemd isolatie coördinatie.

Isolatieniveaus voor installaties met een spanning van 220 kV worden voornamelijk bepaald door de waarden van atmosferische overspanningen, d.w.z. ze zijn aanzienlijk hoger dan de waarden van interne overspanningen, en de isolatiecoördinatie daarin is gebaseerd op impulskarakteristieken.

De isolatiewaarden van installaties van 330 kV en hoger worden voornamelijk bepaald door interne overspanningen en de afstemming van de isolatie daarin is gebaseerd op de afweging van de mogelijke grootte van deze overspanningen.

Isolatiecoördinatie is sterk afhankelijk van het neutrale punt van de installatie. Installaties met een geïsoleerde nulleider vereisen een hoger isolatieniveau dan installaties met een hard geaarde nulleider.