4.2. Уровни и координация изоляции
Основные виды изоляции в электрической системе:
1) воздушная (В);
2) линейная (Л);
3) аппаратно-станционная (А-С);
4) трансформаторная (Т);
5) машинная (М).
Каждый из них имеет свой уровень изоляции.
Уровень изоляции – это отношение 50%-го разрядного напряжения (Uр50 %) одного изоляционного элемента (воздушный промежуток, гирлянда, опорный изолятор, внутренняя изоляция трансформатора, вращающейся машины) к амплитуде наибольшего длительно допустимого рабочего фазного напряжения (Uфмд):
, (4.5)
где
–
уровень изоляции;
–
50%-е разрядное напряжение изоляционного
элемента;
–
наибольшее длительно допустимое рабочее
фазное напряжение сети по ГОСТ 1516.1–77.
Уровни изоляции уменьшаются от воздушной к трансформаторной и машинной из экономических соображений, т. к. сделать более высоким разрядное напряжение значительно дешевле для воздушного промежутка, чем для изоляции трансформатора или машины (рис. 4.3).
С ростом номинального напряжения из экономических соображений уровни изоляции также уменьшаются (рис. 4.4).
Рис. 4.3.
Зависимость уровня изоляции
от вида
изоляции:
В
– воздушная; Л – линейная;
А-С –
аппаратно-станционная;
Т –
трансформаторная; М – машинная;
–
уровень изоляции;
–
номинальное напряжение сети
Рис. 4.4.
Зависимость уровня изоляции
от
номинального напряжения
Таким образом, имеются противоречивые требования. С одной стороны, уровни изоляции уменьшаются от воздушной к машинной. С другой стороны, важность (роль) изоляции для аппарата и недопустимость отключения работы системы возрастает от машинной изоляции к воздушной, т. е. должна расти надежность работы системы с уменьшением уровня изоляции. Аналогичная ситуация наблюдается при рассмотрении изоляции различных классов напряжения. Уровень изоляции снижается от классов высокого напряжения (ВН) к сверхвысоким и ультравысоким напряжениям (СВН и УВН), а надежность систем должна расти от ВН к СВН и от СВН к УВН. В этом заключается суть координации уровней изоляции и уровней защиты изоляции.
Уровень защиты изоляции
, (4.6)
где Uзу – напряжение срабатывания защитного устройства.
При
правильной координации изоляции
.
Координация изоляции – это правильный экономически обоснованный выбор уровней изоляции и уровней испытательных напряжений отдельных высоковольтных объектов и согласование этих уровней с характеристиками защитных разрядников (устройств). Большие запасы по изоляции экономически неприемлемы. Недостаточные запасы по изоляции неприемлемы из-за ущерба от перебоя в снабжении. Стратегия здесь такова: выбрать уровни изоляции элементов по условиям надежной длительной работы в нормальном эксплуатационном режиме (по ) и уровни защитных устройств с учетом возможных перенапряжений (их величины, кратности, длительности, вероятности появления), то есть ограничить их до нормально допустимых или, как говорят, «привести изоляцию к норме». Такая стратегия дает оптимальные результаты с экономической точки зрения.
Для координации изоляции требуется знать возможные кратности коммутационных и грозовых перенапряжений, а также вероятность их появления в системе.