Tecnologia dell'alta tensione in elettricità, tipi di isolamento degli impianti e coordinamento dell'isolamento

Tecnica dell'alta tensione

L'ingegneria dell'alta tensione è una delle discipline principali in una serie di specialità elettriche, elettriche ed elettrofisiche.

È ampiamente utilizzato in molti settori dell'economia nazionale. Per quanto riguarda i sistemi di alimentazione ad alta tensione, questa disciplina studia l'isolamento elettrico ei processi che si verificano nell'isolamento quando esposto a tensioni nominali (di esercizio) e sovratensioni.

Gli impianti ad alta tensione, in base alle caratteristiche dei processi di isolamento elettrico, comprendono impianti con tensione nominale superiore a 1000 V.

Il corso di tecnica dell'alta tensione è solitamente diviso in due parti. La prima parte affronta questioni relative alla progettazione, alla tecnologia, al collaudo e al funzionamento. isolamento di impianti elettrici… La seconda parte esamina il verificarsi di sovratensioni nelle reti elettriche e i metodi per la loro limitazione.

Entrambe le parti della tecnologia ad alta tensione sono strettamente correlate tra loro e la soluzione complessiva ai problemi dell'una o dell'altra parte deve essere effettuata in una relazione reciproca.

La gamma di problemi affrontati dalla tecnologia ad alta tensione include:

• campo elettrico ad alta tensione;

• scarica elettrica e surf nei dielettrici;

• isolamento elettrico e strutture isolanti;

• metodi di protezione da sovratensioni e sovratensioni;

• questioni relative all'attrezzatura dei laboratori ad alta tensione, misurazioni ad alta tensione, metodi di verifica preventiva delle strutture di isolamento e isolamento, correnti di terra e dispositivi di messa a terra.

Ognuna di queste domande ha le sue caratteristiche e un'importanza indipendente. Tuttavia, tutti mirano a risolvere il problema principale della tecnologia ad alta tensione: creazione e fornitura di un isolamento elettrico funzionante in modo affidabile di impianti ad alta tensione (creazione di strutture isolanti con livelli di isolamento tecnicamente ed economicamente razionali).

Ad esempio, le perdite di gas sono di grande importanza indipendente, ma nelle tecnologie ad alta tensione sono considerate in termini di proprietà di isolamento, poiché i gas, in particolare l'aria, sono presenti in tutte le strutture isolanti.

Questa disciplina scientifica è nata contemporaneamente alla comparsa dei primi impianti ad alta tensione, quando l'isolamento elettrico ha iniziato a determinare l'affidabilità del loro funzionamento.

Man mano che cresci tensione nominale degli impianti i requisiti di isolamento sono in aumento.Questi requisiti sono in gran parte determinati da quei transitori che si verificano in varie parti degli impianti elettrici durante la commutazione del circuito, i guasti a terra, ecc. (surge interne) e scariche di fulmini (surge atmosferiche).

In relazione alla risoluzione dei problemi della tecnologia ad alta tensione, erano necessari speciali laboratori ad alta tensione per ottenere tensioni elevate di vari tipi e forme, nonché dispositivi di misurazione ad alta tensione.

Pertanto, l'ingegneria dell'alta tensione considera l'attrezzatura principale dei moderni laboratori ad alta tensione e le misurazioni ad alta tensione.

Inoltre, il flusso di correnti nel terreno (frequenza industriale e impulso) è considerato dal punto di vista della disposizione delle messe a terra di lavoro e di protezione, necessarie per garantire le modalità di funzionamento degli impianti ad alta tensione e la sicurezza della loro manutenzione .

L'ingegneria dell'alta tensione è l'unica disciplina accademica che esamina in modo completo le prestazioni delle strutture isolanti nei sistemi elettrici, motivo per cui è una delle discipline fondamentali per tutte le major di ingegneria elettrica e ingegneria elettrica.

Tipi di isolamento per impianti elettrici ad alta tensione

Moderno sistemi di alimentazione, costituito da una serie di centrali elettriche (NPP, HPP, GRES, TPP), sottostazioni, linee elettriche aeree e in cavo, contengono tre tipi principali di isolamento ad alta tensione: stazione, sottostazione e isolamento di linea.

All'isolamento del gas comprende l'isolamento di apparecchiature elettriche destinate all'installazione interna, ovvero l'isolamento di macchine rotanti (generatori, motori e compensatori), dispositivi elettrici (interruttori, limitatori, reattori, ecc.). trasformatori e autotrasformatori di potenza, nonché strutture di isolamento elettrico per installazione interna (prese e isolatori di supporto, ecc.).

Per l'isolamento della sottostazione includere l'isolamento delle apparecchiature elettriche destinate all'installazione esterna (nella parte aperta della sottostazione), ovvero l'isolamento di trasformatori di potenza e autotrasformatori, dispositivi elettrici esterni, nonché strutture di isolamento elettrico per installazione esterna.

Per isolamento di linea includere l'isolamento della linea aerea e l'isolamento della linea del cavo.

L'isolamento elettrico degli impianti ad alta tensione è suddiviso in esterno e interno. All'isolamento esterno includere dispositivi e strutture di isolamento elettrico nell'aria, e all'isolamento interno — dispositivi e strutture in un mezzo liquido o semiliquido.

L'isolamento ad alta tensione determina l'affidabilità del funzionamento dei sistemi di alimentazione e pertanto è soggetto a requisiti di resistenza elettrica se esposto a tensioni elevate e sovratensioni, resistenza meccanica, resistenza alle influenze ambientali, ecc.

L'isolamento deve resistere a lungo alla tensione di esercizio e agli urti diversi tipi di sovratensione.

L'isolamento esterno destinato all'installazione esterna deve funzionare in modo affidabile in caso di pioggia, neve, ghiaccio, vari inquinanti, ecc. L'isolamento interno, rispetto all'isolamento esterno, di solito ha condizioni di lavoro migliori.Nelle zone montuose, l'isolamento esterno deve funzionare in modo affidabile con una pressione dell'aria ridotta.

Molti tipi di strutture di isolamento elettrico devono avere una maggiore resistenza meccanica. Ad esempio, isolatori di supporto e manicotto, manicotti, ecc. deve resistere ripetutamente all'impatto di grandi forze elettrodinamiche durante cortocircuiti, isolatori di linea (ghirlande) e strutture di isolamento elettrico ad alto supporto - carico del vento, poiché il vento può creare alta pressione.

La limitazione delle sovratensioni pericolose per l'isolamento in diverse modalità operative viene eseguita utilizzando l'aiuto speciali dispositivi di protezione.

I principali dispositivi di protezione sono scaricatori, scaricatori di sovratensione, capacità di protezione, soppressione archi e bobine reattive, scaricatori di fulmini (a fune e ad asta), interruttori rapidi con dispositivi di chiusura automatica (AR).

Misure operative ragionevoli aiutano a garantire un funzionamento affidabile dell'isolamento quando si utilizzano limitatori e altri dispositivi di protezione, tra cui il coordinamento dell'isolamento, l'organizzazione di test periodici di isolamento preventivo (per identificare e rimuovere l'isolamento indebolito), la messa a terra dei neutri dei trasformatori e così via .

Coordinamento dell'isolamento

Uno dei principali problemi che sorgono nella progettazione dell'isolamento nelle tecnologie ad alta tensione è la definizione del cosiddetto "Livello di isolamento", ovvero la tensione che può sopportare senza danneggiarsi.

L'isolamento degli impianti elettrici deve essere effettuato con un limite di rigidità elettrica tale da non creare sovrapposizioni (distruzione) in caso di eventuale sovratensione.Tuttavia, questo isolamento è troppo ingombrante e costoso.

Pertanto, nella scelta dell'isolamento, è consigliabile non seguire la linea della creazione di un limite alla sua rigidità elettrica, ma lungo la linea dell'applicazione di tali misure protettive che, da un lato, impediscono la comparsa di onde di sovratensione pericolose per l'isolamento, e d'altra parte, protegge l'isolamento dal verificarsi di onde d'urto...

Pertanto, l'isolamento è selezionato a un certo livello, ad es. valore specificato per la tensione di scarica e di rottura, tenendo conto delle misure di protezione.

Livello di isolamento e le misure di protezione devono essere selezionate in modo tale che l'isolamento non collassi sotto l'influenza di varie forme di sovratensione che si verificano in una data installazione e allo stesso tempo abbia dimensioni e costi minimi.

Viene chiamata la riconciliazione del livello di isolamento adottato e delle misure di protezione con le sovratensioni che interessano l'isolamento coordinamento dell'isolamento.

I livelli di isolamento per impianti con una tensione di 220 kV inclusi sono determinati principalmente dai valori delle sovratensioni atmosferiche, ovvero sono significativamente superiori ai valori delle sovratensioni interne e il coordinamento dell'isolamento in essi si basa sulle caratteristiche dell'impulso.

I livelli di isolamento degli impianti di 330 kV e superiori sono determinati principalmente da sovratensioni interne e il coordinamento dell'isolamento in esse si basa sulla considerazione delle possibili grandezze di queste sovratensioni.

Il coordinamento dell'isolamento dipende fortemente dal punto neutro dell'installazione. Le installazioni con neutro isolato richiedono un livello di isolamento più elevato rispetto alle installazioni con neutro con messa a terra.