Hochspannungstechnik in der Elektrizitätswirtschaft, Arten der Anlagenisolierung und Isolationskoordination

Hochspannungstechnik

Die Hochspannungstechnik ist eine der Hauptdisziplinen in einer Reihe elektrischer, elektrischer und elektrophysikalischer Fachgebiete.

Es ist in vielen Bereichen der Volkswirtschaft weit verbreitet. Im Hinblick auf Hochspannungsnetze untersucht diese Disziplin die elektrische Isolierung und die in der Isolierung ablaufenden Prozesse bei Einwirkung von Bemessungsspannungen (Betriebsspannungen) und Überspannungen.

Zu den Hochspannungsanlagen zählen aufgrund der Eigenschaften der Prozesse der elektrischen Isolierung Anlagen mit einer Nennspannung über 1000 V.

Der Hochspannungstechnikkurs ist in der Regel in zwei Teile gegliedert. Der erste Teil befasst sich mit Fragen im Zusammenhang mit Design, Technologie, Tests und Betrieb. Isolierung elektrischer Anlagen… Der zweite Teil untersucht das Auftreten von Überspannungen in elektrischen Netzen und Methoden zu deren Begrenzung.

Beide Teile der Hochspannungstechnik sind eng miteinander verbunden und die Gesamtlösung der Probleme des einen oder anderen Teils muss im gegenseitigen Verhältnis erfolgen.

Das Themenspektrum der Hochspannungstechnik umfasst:

• elektrisches Feld bei hoher Spannung;

• elektrische Entladung und Surfen in Dielektrika;

• elektrische Isolierung und Isolierkonstruktionen;

• Überspannungs- und Überspannungsschutzmethoden;

• Fragen im Zusammenhang mit der Ausrüstung von Hochspannungslabors, Hochspannungsmessungen, Methoden zur vorbeugenden Prüfung von Isolierungen und Isolationsstrukturen, Erdströmen und Erdungsgeräten.

Jede dieser Fragen hat ihre eigenen Merkmale und ihre eigenständige Bedeutung. Sie alle zielen jedoch darauf ab, das Hauptproblem der Hochspannungstechnik zu lösen – Schaffung und Bereitstellung einer zuverlässig funktionierenden elektrischen Isolierung von Hochspannungsanlagen (Erstellung von Isolationskonstruktionen mit technisch und wirtschaftlich sinnvollen Isolationsgraden).

Beispielsweise sind Gaslecks von großer eigenständiger Bedeutung, werden in der Hochspannungstechnik jedoch im Hinblick auf die Isolationseigenschaften berücksichtigt, da in allen Isolationsstrukturen Gase, insbesondere Luft, vorhanden sind.

Diese wissenschaftliche Disziplin entstand zeitgleich mit dem Erscheinen der ersten Hochspannungsanlagen, als die elektrische Isolierung begann, die Zuverlässigkeit ihres Betriebs zu bestimmen.

Während du wächst Nennspannung der Anlagen Die Anforderungen an die Isolierung steigen.Diese Anforderungen werden maßgeblich durch die Transienten bestimmt, die in verschiedenen Teilen elektrischer Anlagen bei Stromkreisumschaltungen, Erdschlüssen usw. auftreten. (interne Überspannungen) und Blitzentladungen (atmosphärische Überspannungen).

Im Zusammenhang mit der Lösung der Probleme der Hochspannungstechnik wurden spezielle Hochspannungslabore zur Gewinnung von Hochspannungen unterschiedlicher Art und Form sowie Hochspannungsmessgeräte benötigt.

Daher betrachtet die Hochspannungstechnik die Hauptausrüstung moderner Hochspannungslabore und Hochspannungsmessungen.

Darüber hinaus wird der Stromfluss im Erdreich (Industriefrequenz und Impuls) unter dem Gesichtspunkt der Anordnung von Arbeits- und Schutzerdungen betrachtet, die zur Gewährleistung der Funktionsweise von Hochspannungsanlagen und der Sicherheit ihrer Wartung erforderlich sind .

Die Hochspannungstechnik ist die einzige akademische Disziplin, die die Leistungsfähigkeit von Isolationsstrukturen in elektrischen Systemen umfassend untersucht, und ist daher eine der Kerndisziplinen aller Elektrotechnik- und Elektrotechnik-Studiengänge.

Arten der Isolierung für elektrische Hochspannungsinstallationen

Modern Energiesysteme, bestehend aus einer Reihe von Kraftwerken (KKW, HPP, GRES, TPP), Umspannwerken, Freileitungen und Kabelstromleitungen, enthalten drei Hauptarten der Hochspannungsisolierung: Stations-, Umspannwerks- und Leitungsisolierung.

Zur Gasisolierung umfassen die Isolierung elektrischer Geräte, die für die interne Installation bestimmt sind, d. h. die Isolierung rotierender Maschinen (Generatoren, Motoren und Kompensatoren), elektrischer Geräte (Schalter, Begrenzer, Drosseln usw.). Leistungstransformatoren und Spartransformatoren sowie elektrische Isolierkonstruktionen für die interne Installation (Steckdosen und Stützisolatoren usw.).

Zur Isolierung von Umspannwerken Dazu gehören die Isolierung elektrischer Geräte, die für die externe Installation (im offenen Teil des Umspannwerks) vorgesehen sind, d. h. die Isolierung von Leistungstransformatoren und Spartransformatoren, externen elektrischen Geräten sowie elektrische Isolationsstrukturen für die externe Installation.

Zur Leitungsisolation Dazu gehören die Isolierung von Freileitungen und Kabelleitungen.

Die elektrische Isolierung von Hochspannungsanlagen wird in äußere und innere Isolierung unterteilt. Zur Außendämmung umfassen elektrisch isolierende Geräte und Strukturen in der Luft und zur Innendämmung — Geräte und Strukturen in einem flüssigen oder halbflüssigen Medium.

Die Hochspannungsisolierung bestimmt die Zuverlässigkeit des Betriebs von Energiesystemen und unterliegt daher Anforderungen an die elektrische Festigkeit bei Einwirkung von Hochspannungen und Überspannungen, mechanische Festigkeit, Beständigkeit gegen Umwelteinflüsse usw.

Die Isolierung muss sowohl der Betriebsspannung als auch den Stößen lange standhalten verschiedene Arten von Überspannung.

Eine für die Außenmontage vorgesehene Außendämmung muss bei Regen, Schnee, Eis, verschiedenen Schadstoffen usw. zuverlässig funktionieren. Eine Innendämmung weist im Vergleich zur Außendämmung in der Regel bessere Arbeitsbedingungen auf.In Bergregionen muss die Außendämmung bei reduziertem Luftdruck zuverlässig funktionieren.

Viele Arten elektrischer Isolationsstrukturen müssen eine erhöhte mechanische Festigkeit aufweisen. Zum Beispiel Stütz- und Muffenisolatoren, Muffen etc. müssen bei Kurzschlüssen wiederholt der Einwirkung großer elektrodynamischer Kräfte standhalten, Leitungsisolatoren (Girlanden) und hochtragende elektrische Isolierstrukturen – Windbelastung, da Wind einen hohen Druck erzeugen kann.

Die Begrenzung isolationsgefährdender Überspannungen in verschiedenen Betriebsarten erfolgt mit der Hilfe spezielle Schutzvorrichtungen.

Die wichtigsten Schutzeinrichtungen sind Ableiter, Überspannungsableiter, Schutzkapazitäten, Lichtbogenunterdrückung und Blindspulen, Blitzableiter (Seil und Stab), Hochgeschwindigkeits-Leistungsschalter mit automatischen Schließvorrichtungen (AR).

Angemessene Betriebsmaßnahmen tragen dazu bei, den zuverlässigen Betrieb der Isolierung beim Einsatz von Begrenzern und anderen Schutzvorrichtungen sicherzustellen. Dazu gehören die Koordination der Isolierung, die Organisation regelmäßiger vorbeugender Isolationsprüfungen (um geschwächte Isolierung zu erkennen und zu beseitigen), die Erdung der Neutralleiter von Transformatoren usw .

Isolationskoordination

Eines der Hauptprobleme, die bei der Auslegung von Isolierungen in Hochspannungstechnologien auftreten, ist die Definition der sogenannten „Isolationsniveau“, also die Spannung, der es standhalten kann, ohne Schaden zu nehmen.

Die Isolierung elektrischer Anlagen muss mit einer solchen Grenze der elektrischen Festigkeit erfolgen, dass es bei einer möglichen Überspannung zu keiner Überlappung (Zerstörung) kommt.Allerdings ist diese Isolierung zu aufwendig und teuer.

Daher ist es bei der Auswahl der Isolierung ratsam, nicht auf eine Begrenzung der elektrischen Festigkeit zu setzen, sondern solche Schutzmaßnahmen anzuwenden, die einerseits das Auftreten von für die Isolierung gefährlichen Überspannungswellen verhindern, und andererseits schützt es die Isolierung vor auftretenden Überspannungswellen...

Daher wird die Isolierung auf einem bestimmten Niveau ausgewählt, d. angegebenen Wert für Entlade- und Durchschlagsspannung unter Berücksichtigung von Schutzmaßnahmen.

Isolationsstufe und Schutzmaßnahmen müssen so ausgewählt werden, dass die Isolierung unter dem Einfluss verschiedener Formen von Überspannungen, die in einer bestimmten Anlage auftreten, nicht zusammenbricht und gleichzeitig minimale Größe und Kosten aufweist.

Als Abgleich des angenommenen Isolationsniveaus und der Schutzmaßnahmen mit Überspannungen, die die Isolation beeinträchtigen, wird bezeichnet Isolationskoordination.

Die Isolationswerte für Anlagen mit einer Spannung von einschließlich 220 kV werden hauptsächlich durch die Werte der atmosphärischen Überspannungen bestimmt, d.h. Sie liegen deutlich über den Werten interner Überspannungen und die Isolationskoordination in ihnen basiert auf Impulseigenschaften.

Die Isolationswerte von Anlagen mit einer Spannung von 330 kV und höher werden hauptsächlich durch innere Überspannungen bestimmt, und die Koordination der Isolierung in ihnen basiert auf der Berücksichtigung der möglichen Größenordnungen dieser Überspannungen.

Die Isolationskoordination hängt stark vom Sternpunkt der Installation ab. Installationen mit einem isolierten Neutralleiter erfordern ein höheres Maß an Isolierung als Installationen mit einem hart geerdeten Neutralleiter.