автореферат диссертации по энергетике, 05.14.12, диссертация на тему:Физические и инженерные основы создания внешней изоляции электрооборудования сверхвысокого и ультравысокого напряжения

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ «ВСЕРОССИЙСКИЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

(ГОСУДАРСТВЕННОЕ УНИТАРНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ)

КОРЯВИН АЛЕКСЕЙ РОДИОНОВИЧ

ФИЗИЧЕСКИЕ И ИНЖЕНЕРНЫЕ ОСНОВЫ СОЗДАНИЯ

ВНЕШНЕЙ ИЗОЛЯЦИИ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ СВЕРХВЫСОКОГО И УЛЬТРАВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Специальность 05.14.12 — Техника высоких напряжений

им. В.И.Ленина»

На правах рукописи

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва 2000 г.

Работа выполнена в Государственном научном центре Российской Федерации «Всероссийский электротехнический институт им. В.И. Ленина» (Государственном унитарном предприятии).

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Бортник И.М.,

доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ Верещагин И.П. доктор технических наук, старший научный сотрудник Подпоркин Г.В.

Ведущее предприятие: АО «Уралэлектротяжмаш»

Защита состоится » _ 2000 г. в час.

на заседании диссертационного совета Д 143.04.02

при ГНЦ РФ «Всероссийский электротехнический институт

им. В.И.Ленина», 111250, г. Москва, ул. Красноказарменная, 12.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНЦ «ВЭИ».

Автореферат разослан «» _ 2000 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 143.04.02 /ьА^"— кандидат технических наук,

старший научный сотрудник \Е.И.Остапенко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

Обеспечение высокого уровня надежности электрооборудования сверхвысокого (СВН) и ультравысокого (УВН) напряжения является основным критерием при разработке и создании изоляционных систем. Учитывая широкое распространение традиционных комплексов электрооборудования, особое внимание уделяется обоснованному выбору внешней изоляции аппаратов и изоляционных конструкций. В силу отсутствия детально разработанной теории лидерного разряда в длинных воздушных промежутках процесс создания внешней изоляции длительное время осуществлялся, в основном, опытным путем, что неизбежно было связано с большими материальными затратами и продолжительными сроками выполнения работ. Обнаруженная в начале 60-х годов U-образная зависимость электрической прочности воздушной изоляции от длительности фронта импульсного напряжения еще больше осложнила ситуацию, вынудив увеличить объем экспериментальных исследований. Потребность создания линии электропередачи УВН 1150 кВ внесла дополнительные трудности, связанные с ограниченными возможностями экспериментальных баз, многие из которых были уже не в состоянии в полной мере обеспечить условия, необходимые для всесторонних исследований крупногабаритных конструкций. Острота возникших проблем и насущная необходимость их скорейшего решения обусловили проведение работ по изучению природы лидерного разряда. Основной задачей этих исследований являлось построение обобщенной картины разрядного процесса в длинных воздушных промежутках и создание на этой базе метода расчета электрической прочности изоляционных конструкций. Решение этой задачи открывает возможности для существенного сокращения и удешевления процесса проектирования изоляции, а также позволяет оценить перспективы совершенствования существующих комплексов электрооборудования и создания аппаратов новых классов УВН. Помимо своего прямого назначения, расчетный метод, в сочетании с данными по условиям ориентировки лидера и вероятностным характеристикам поражаемости макетов, может быть использован при решении ряда задач молииезащиты.

Цель работы

Целью диссертационной работы явилось развитие представлений об обобщенной картине разрядного процесса в длинных воздушных промежутках, разработка на этой основе расчетного метода, позволяющего с достаточной для практических целей точностью определять минимальную электрическую прочность широкого круга изоляционных конструк-

ций высокого, сверхвысокого и ультравысокого напряжения, практическая реализация метода при создании нового поколения изоляционных конструкций СВН и УВН, а также при решении ряда задач молниезащи-

ты.

Для достижения указанных целей основное внимание в работе уделялось следующим вопросам.

1. Изучению основных закономерностей и отличительных особенностей картины разрядного процесса в длинных воздушных симметричных промежутках с различной конфигурацией электрического поля в широком диапазоне изменения параметров импульсного напряжения обеих полярностей.

2. Установлению взаимосвязей между характерными параметрами лидерного процесса, электрической прочностью изоляционных систем и конфигурацией их электрического поля.

3. Исследованию влияния дождя и конструктивных элементов опорных изоляционных систем на феноменологию разряда и электрическую прочность конструкций.

4. Изучению условий ориентировки лидера и вероятностных характеристик поражаемости макетов при модельных исследованиях молние-защиты.

Методы исследований

Исследования проводились с использованием современных методов и экспериментальной техники, включающей высоковольтные испытательные установки, систему измерений высокого напряжения, аппаратуры д ля регистрации разрядного процесса, в том числе—электронно-оптиче-ского преобразователя ФЭР-14.

Достоверность. Достоверность результатов исследований подтверждается хорошим соответствием расчетных и опытных данных, а также положительным опытом эксплуатации внедренных разработок.

Научная новизна работы состоит в следующем

1. Экспериментально исследована картина формирования разряда в длинных воздушных симметричных промежутках с различной степенью неоднородности и несимметрии электрического поля в широком диапазоне изменения длительности фронта импульсного напряжения положительной и отрицательной полярности. Подтверждена неизменность лидерного механизма пробоя воздушной изоляции.

2. На основе развитой обобщенной картины разрядного процесса в длинных воздушных симметричных промежутках предложена расчетная схема и разработан метод определения минимальной электрической прочности изоляционных конструкций СВН и УВН.

3. Показана универсальность лидерного механизма при формировании разряда вдоль изоляционных конструкций при дожде. Исследовано влияние проводимости дождевой воды и конструктивных элементов опорной изоляции на ее разрядные характеристики.

4. Получены новые экспериментальные данные о разрядных характеристиках широкого круга изоляционных конструкций СВН и УВН.

5. Выполнены исследования процессов ориентировки лидера и характеристик поражаемости длинной электрической искрой макетов наземных сооружений и изолированных проводящих тел.

Практическая значимость и реализация результатов

1. Разработан расчетный метод определения минимальной электрической прочности внешней изоляции, используемый при проектировании широкого круга изоляционных конструкций электрооборудования СВН и УВН. Наряду с другими расчетными методами он вошел составной частью в курс лекций кафедры ТЭВН Московского энергетического института.

2. Определены габаритные размеры внешней изоляции основных видов нового поколения оборудования классов напряжения 500—1150 кВ при глубоком уровне ограничения коммутационных и грозовых перенапряжений. Результаты реализованы при создании нового элегазового выключателя 500 кВ, внедренного на подстанциях Мосэнерго и электрических сетей Урала, а также при разработке технических требований к новому поколению аппаратов 1150 кВ.

3. Выполнена расчетная и экспериментальная оценка перспектив создания оборудования переменною тока нового класса УВН, превышающего 1150 кВ.

4. Даны рекомендации по оптимизации конструктивных элементов опорной изоляции по условиям ее надежной работы при дожде.

5. Рассчитаны и экспериментально подтверждены основные изоляционные расстояния мостов преобразовательных подстанций постоянного тока напряжением ±750 кВ.

6. Даны рекомендации по выбору параметров коммутационных импульсов при проведении испытаний изоляции электрооборудования СВН и УВН.

7. Разработаны руководящие технические материалы на устройства ограничения перенапряжений в сетях СВН и УВН. Созданы и внедрены в эксплуатацию специальные коммутационные аппараты — включатели-отключатели напряжением 750 и 1150 кВ.

8. Экспериментально подтверждена правомерность основных концепций электрогеометрического метода. Предложены критерии выбора геометрических параметров систем, используемых при модельных испытаниях макетов летательных аппаратов.

Личный вклад автора выразился в:

постановке вопроса, планировании и проведении экспериментальных исследований процессов формирования разряда в длинных воздушных промежутках;

анализе и обобщении результатов исследований лидерного разряда, выработке основных концепций расчетной схемы и создании метода расчета электрической прочности изоляционных конструкций, постановке вопроса и проведении исследований молниезащиты;

планировании и проведении исследований, включая эксплуатационные испытания электрооборудования 500—1150 кВ, в рамках отраслевых программ Минэлектротехпрома и тематических планов ВЭИ им. В.И. Ленина, в которых автор принимал участие как ответственный исполнитель НИОКР.

Апробация работы

Основные результаты работы были представлены на: международных симпозиумах по высоковольтной технике: Милан, 1979 г.; Дрезден, 1991 г.; Грац, 1995 г.;

Всемирном электротехническом конгрессе, Москва, 1977 г.; коллоквиуме исследовательского комитета СИГРЭ № 33, Лондон, 1977 г.;

международной конференции по газовому разряду, Эдинбург,1980 г.; международном коллоквиуме по высоковольтной испытательной технике, Ленинград, 1988 г.;

международной конференции по свойствам и применению диэлектрических материалов, Токио, 1991 г.;

всесоюзной научно-технической конференции ВЭИ, Москва, 1981 г.; всесоюзном научно-техническом совещании «Преобразовательная техника в энергетике», Ленинград, 1984 г.;

всесоюзной научно-технической конференции «Создание комплексов электротехнического оборудования, высоковольтной преобразовательной и сильноточной техники», Москва, 1986 г.;

всесоюзной научно-технической конференции «Создание комплексов электротехнического оборудования высоковольтной, преобразовательной, сильноточной и полупроводниковой техники», Москва, 1990 г., 1994 г.;

всесоюзном научно-техническом совещании «Перспективы развития высоковольтных аппаратов», Ленинград, 1990 г.;

II, IV и V симпозиумах «Электротехника 2010» — Перспективные направления в развитии энергетики и электротехнического оборудования в 2000—2010 гг., Московская обл., 1994, 1997, 1999 г.;

открытой научно-практической конференции «Оценка технического

состояния электрооборудования энергосистем и определение перспектив надежной работы ЕЭС России.», Москва, РАО ЕЭС России, 1999 г.

Публикации по теме диссертации

По материалам работы опубликовано около 50 статей, докладов и тезисов докладов на международных и отечественных научно-технических конференциях и симпозиумах, получено 3 авторских свидетельства.

На защиту выносятся:

1. Результаты исследований характеристик лидерного разряда в длинных симметричных воздушных промежутках при воздействии импульсного напряжения различной формы положительной и отрицательной полярности:

классификация воздушных промежутков по степени неоднородности их электрического поля, исходя из характерных особенностей формирования разряда;

закономерности развития разряда в симметричных системах с сильной степенью неоднородности электрического поля при импульсах положительной полярности: практическая неизменность скорости продвижения канала, независимость протяженности стримерной зоны в главной стадии непрерывного развития лидера при импульсах с критической длительностью фронта от потенциала катода, его размеров и удаленности от земли; связь между размерами зон положительных и отрицательных стримеров в начале сквозной фазы; развитие на этой основе обобщенной картины формирования разряда в симметричных промежутках при импульсах с критической длительностью фронта; установление связи между линейными параметрами разряда в начале сквозной фазы, характеристиками электрического поля воздушных промежутков и их электрической прочностью.

2. Разработка на базе результатов феноменологических исследований метода критического коэффициента неоднородности электрического поля, позволяющего с достаточной для практических целей точностью определять минимальную электрическую прочность внешней изоляции электрооборудования СВН и УВН. Реализация метода при определении габаритных размеров электрооборудования 500— 1150 кВ нового поколения в условиях глубокого ограничения коммутационных и грозовых перенапряжений, а также при оценке перспектив создания аппаратов нового класса УВН, превышающего 1150 кВ.

3. Экспериментальное подтверждение достоверности расчетных оценок при создании элегазового выключателя ВГУ-500С, изоляции мостов преобразовательных подстанций постоянного тока напряжением ±750 кВ, а также при разработке опорных изоляционных конструкций переменного тока класса УВН 1800 кВ.

4. Результаты исследований картины формирования разряда вдоль

опорных изоляционных конструкций под дождем при коммутационных импульсах положительной полярности:

установление универсальности лидерного механизма развития разряда при перекрытиях изоляционных конструкций при дожде;

анализ влияния конструктивных элементов изоляции и проводимости дождевой воды на разрядные характеристики;

оценка электрической прочности изоляционных конструкций под дождем и рекомендации по оптимизации конструктивных элементов опорной изоляции.

5. Результаты исследований влияния полярности импульсного напряжения на разрядные характеристики воздушных симметричных промежутков:

установление решающей роли анодных процессов с заземленного электрода в регулировании эффекта полярности;

определение параметров электрического поля систем, при которых обеспечивается минимальное влияние полярности на их электрическую прочность;

разработка принципов проектирования устройств защиты от перенапряжений и их практическая реализация при создании коммутационных аппаратов — включателей-отключателей 750 и 1150 кВ.

6. Результаты исследований процессов ориентировки и характеристик поражаемости длинной искрой макетов наземных сооружений и изолированных проводящих объектов:

установление практической независимости разрядных характеристик системы с заземленными объектами от числа макетов, их расположения и высоты в широком диапазоне изменения последней;

построение расчетной схемы в момент ориентировки нисходящего лидера и разработка метода расчета поражаеиости макетов наземных сооружений, базирующегося на основных концепциях электрогеометрического метода;

исследование влияния основных геометрических параметров систем с изолированным телом на характеристики его поражаемости, определение условий ориентировки, выбора точек поражения и точек выхода разряда из объекта, разработка рекомендаций по оптимизации геометрических параметров систем с изолированными макетами при проведении модельных испытаний летательных аппаратов.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Изученность проблемы и задачи исследований

Ряд объективных причин вынуждает проектировать изоляционные конструкции традиционных видов электрооборудования СВН и УВН таким образом, чтобы их электрическое поле характеризовалось высоком степенью неоднородности. В этом случае условия выполнения самостоятельного разряда существенно отличаются от условий нарушения электрической прочности изоляции. Именно это обстоятельство обуславливает изначальные проблемы в создании расчетных методов, ибо не позволяет непосредственно связывать электрическую прочность конструкций с параметрами их электростатических полей. Дополнительные трудности вносит зависимость разрядных напряжений от геометрических параметров изоляционных систем, а также от формы и полярности воздействующего напряжения. Отсюда следует, что разработка методов расчета электрической прочности внешней изоляции должна базироваться на исследованиях разрядных процессов в длинных воздушных промежутках. Подобные исследования традиционно проводятся по двум взаимосвязанным направлениям. Первое направление включает в себя преимущественно теоретическое изучение природы разряда, имея своей конечной целью построение строгой физико-математической модели разрядного процесса. Несмотря на достигнутый прогресс в области изучения физических аспектов разрядных явлений, вплоть до настоящего времени так и не удалось создать строго обоснованную и общепризнанную теорию ли-дерного разряда, в которой наиболее слабым звеном является отсутствие ясного понимания механизма стримерно-лидерного перехода. В силу своей сложности, незавершенности и узкой направленности на простейшие стилизованные изоляционные системы, существующие теоретические модели пока далеки от широкого практического применения.

Второе направление исследований опирается, в основном, на экспериментальное изучение различных разрядных характеристик с последующим использованием найденных закономерностей для построения упрощенных расчетных методов. Учитывая эффект полярности напряжения, подавляющее большинство исследований проводится при коммутационных импульсах положительной полярности. Наиболее значимые результаты стали появляться, начиная с середины 60-х годов, когда Л. Парисом был предложен полуэмпирический метод расчета разрядных напряжений ряда изоляционных систем.

Интенсивные исследования феноменологии разрядных процессов в длинных воздушных промежутках позволили в середине 70-х годов построить обобщенную картину формирования лидерного разряда. Это дало новый импульс для разработки более совершенных методов, где взаимосвязь между параметрами электрического поля конструкции и ее элек-

трической прочностью наполнялась физическим содержанием. К числу наиболее известных методов этой группы относятся:

метод «критического заряда», разработанный чл.-корр. РАН Александровым Г.Н.,

метод «начального лидера», созданный группой итальянских специалистов во главе с Г. Каррарой,

метод Э. Лемке, основанный на упрощенной модели лидера, метод оценки минимальных разрядных напряжений Э.М. Базеляна, а также

метод «критического коэффициента неоднородности электрического поля».

Разработка последнего явилась одной из основных целей настоящей работы.

2. Электрический разряд в длинных воздушных симметричных промежутках

К середине 70-х годов был накоплен обширный материал как по разрядным характеристикам воздушных изоляционных конструкций, так и по феноменологии разряда в них. Наиболее существенный вклад в изучение картины разрядного процесса был внесен работами ЭНИН им. Г.М. Кржижановского и исследованиями международной группы специалистов «Ренардье». Все это создало хорошую основу для разработки методов расчета электрической прочности внешней изоляции. Вместе с тем основная масса накопленного экспериментального материала, особенно феноменологические данные, относилась к традиционно используемым в подобных исследованиях промежуткам типа стержень—плоскость или шар—плоскость, обладающим ярко выраженной несимметрией электрического поля. Подавляющее же большинство реальных изоляционных конструкций (таких как опорная и продольная изоляция аппаратов, межконтактные и междуфазные воздушные промежутки и т.д.) обладают, хотя и в разной мере, но все же заметной степенью симметрии электрического поля, достаточной для включения в процесс разряда отрицательных разрядных явлений.

Уже в самом начале работы при исследовании разрядных характеристик промежутков стержень—стержень и шар—шар, относящихся к типичным представителям семейства симметричных систем, была выявлена сильная зависимость их 50%-ных разрядных напряжений и50 от длительности фронта Тф и полярности импульсного напряжения. При положительных воздействиях кривые и5о=Р(Тф) носили хорошо известный и-образный характер с минимумом в области ТфКр порядка 100 мкс, а при отрицательной полярности напряжения — повернутый на 90° Б-об-разный вид. При этом значения и50 промежутков при импульсах отрицательной полярности оказались на 20—60% выше, чем при положительных воздействиях. В полном соответствии с указанными закономерно-

стями находились и зависимости длины общей стримерной зоны в начале сквозной фазы от длительности фронта импульса. Снижение межэлектродного расстояния 8 и увеличение радиусов кривизны электродов К способствовало деформации кривых 115о=Р(Тф), которые стремились преобразоваться в горизонтальные прямые. Это сопровождалось изменениями в картине разрядного процесса, заключающимися в постепенном вырождении первой стадии разряда и увеличении временной доли формирования лидера в сквозной фазе. Анализ полученных данных, свидетельствующих о явной зависимости феноменологии разряда и его характеристик от параметров электрического поля систем, позволил разделить воздушные промежутки по степени неоднородности их электрического поля на три группы: с сильно неоднородными, неоднородными и слабо неоднородными полями. Для их идентификации были введены параметры: Г1 цр и Г&р — критические коэффициенты неоднородности электрического поля (где Г — отношение максимальной напряженности поля к средней). В первой, сильно неоднородной области (Г> Пкр) разрядные характеристики практически не зависят от С но в то же время подвержены наиболее сильному влиянию длительности фронта импульса Тф. Для этой категории промежутков характерна ярко выраженная первая стадия разрядного процесса: от момента появления первых коронных явлений до начала образования сквозной фазы (с ф, когда в промежутке происходит касание ветвей стримерных зон встречных лидерных каналов противоположной полярности. В области сильно неоднородных полей уменьшение Г вплоть до Г1кр сопровождается ростом напряжения появления короны и длины начальных стримеров. Однако в начале сквозной фазы длина лидерных каналов, структура и протяженность встречных стримерных зон остаются практически неизменными и зависят лишь от длительности фронта импульса и его полярности.

В области неоднородных полей (1|Кр>(>^2кр) снижение коэффициента неоднородности электрического поля сопровождается сокращением времени формирования первой стадии разряда и, соответственно, уменьшением длины лидеров, что приводит к снижению влияния длительности фронта импульса на разрядные характеристики промежутков.

В области слабо неоднородных полей (Г < Г2Кр) первая стадия разряда полностью вырождается и формирование встречных лидеров происходит лишь в сквозной фазе. В результате начальное напряжение ио совпадает с разрядным ир, а вольтвременные характеристики преобразуются в прямые, параллельные оси абсцисс.

Конструкции со слабо неоднородными полями мало пригодны для эксплуатации на открытых площадках, где под действием внешних факторов (например, атмосферных осадков) на поверхности высоковольтных электродов возможно появление очагов с резкими всплесками напряженности электрического поля. Это может способствовать возрожде-

нию начальной стадии лидерного разряда и, как следствие — существенному снижению электрической прочности изоляции.

В практическом плане наиболее приемлемыми оказываются конструкции с сильно неоднородными полями, для которых влиянием внешних факторов на разрядные характеристики можно пренебречь. Именно эти системы стали основными при дальнейших исследованиях. Учитывая наличие сильного эффекта полярности напряжения и принимая во внимание главную цель исследований — разработку основ проектирования внешней изоляции оборудования СВН и УВН, наибольшее внимание в работе уделялось данным, полученным при положительных воздействиях, не исключая из рассмотрения и результаты изучения разрядных характеристик систем при импульсах отрицательной полярности.

Обнаруженная для воздушных промежутков с Г> ^^ идентичность параметров разрядного процесса в начале сквозной фазы (когда напряжение на промежутке ис ф по существу совпадает с разрядным ир) позволила сделать вывод о принципиальной возможности установления количественной связи между критическим коэффициентом неоднородности электрического поля Г|Кр и разрядным напряжением конструкции. Принимая это соображение в качестве одного из исходных данных, можно было бы приступать непосредственно к построению расчетной схемы определения минимальной электрической прочности воздушных изоляционных систем, имеющей место при импульсах положительной полярности с Тф кр. В то же время полученный материал по разрядным характеристиками промежутков при отрицательных воздействиях помимо научной значимости, представляет несомненный интерес прикладного характера. В первую очередь, это относится к проблеме создания простейших устройств ограничения перенапряжений, выполненных на базе искровых промежутков. Главным критерием при их создании является обеспечение минимального влияния формы и полярности воздействующего напряжения на электрическую прочность конструкций. Анализ данных по разрядным напряжениям симметричных промежутков, в сочетании с феноменологическим материалом, позволил сделать вывод о необходимости активизации анодных процессов с заземленного электрода для обеспечения минимизации эффекта полярности напряжения. Сказанное подтвердилось результатами исследований, показавших существование области оптимальных отношений коэффициентов несимметрии к и неоднородности поля Г (к — отношение максимальных значений напряженности поля на высоковольтном и заземленном электродах). В результате были найдены простые критерии, позволяющие расчетным путем выбирать геометрические параметры защитных устройств в сетях СВН и УВН. К основным критериям относятся:

базовыми конструкциями являются стержневые воздушные промежутки со сферическими окончаниями электродов различных радиусов.

Больший радиус сферы должен иметь высоковольтный электрод;

отношение коэффициента несимметрии поля к коэффициенту его неоднородности k/f должно находиться в пределах 0,2—0,4.

Для облегчения выбора конструктивных параметров защитных устройств предложены формулы, позволяющие установить связь между коэффициентами f, к и геометрическими параметрами промежутков. Основные принципы проектирования устройств ограничения перенапряжений, защищенные авторскими свидетельствами, нашли практическую реализацию при создании коммутационных аппаратов — включате-лей-отключателей 750 и 1150 кВ. Оба аппарата перед их внедрением успешно прошли лабораторные исследования, эксплуатационные испытания на подстанции Белый Раст и МИС в г. Тольятти, а затем эксплуатационные испытания на подстанции 750 кВ «Западно-Украинская» и подстанции 1150 кВ «Экибастузская».

3. Обобщенная картина разряда при импульсах положительной

полярности с критической длительностью фронта и метод критического коэффициента неоднородности электрического поля

Характерный для внешней изоляции минимум электрической прочности, имеющий место при импульсах положительной полярности с критической длительностью фронта Тф кр, дал основание считать, что именно такие воздействия могут оказаться определяющими при выборе габаритов изоляционных конструкций. Полученные экспериментальные данные и, в первую очередь, феноменологический материал позволили построить обобщенную картину разрядного процесса в длинных воздушных симметричных промежутках с сильной степенью неоднородности электрического поля при воздействии коммутационных импульсов положительной полярности с критической длительностью фронта. В стилизованном виде такая картина представлена на рис. 1. Главной ее отличительной чертой по сравнению с известными моделями (относящимися к несимметричным системам) является включение в процесс формирования разряда встречно» отрицательной составляющей, что отражает реальную картину разрядных явлений.

Из рис. 1 видно, что на первой стадии разряд формируется преимущественно за счет положительных разрядных процессов. В момент времени 1К с высоковольтного электрода стартует первая вспышка стримерной короны. Дальнейшее увеличение напряжения сопровождается появлением повторных коронных вспышек с более протяженными ветаями стримеров. При 1=1л из стебля очередной стримерной вспышки начинает формироваться лидерный канал с отходящими от его головки стримерами.

Рис. 1. Обобщенная картина развития разряда в воздушных промежутках при коммутационных импульсах положительной полярности с критической длительностью фронта. I — положительные стримеры; 2 — положительный лидер; 3 — отрицательные стримеры; 4 — отрицательный лидер

Начальные коронные и лидерные процессы занимают относительно небольшой отрезок времени от 1К до 1Л„. Начиная с момента времени 1Д„, формирование канала осуществляется лишь в непрерывной форме. При этом в диапазоне времени от 1Л„ до 1Г развитие лидера протекает при все

возрастающей длине его стримеров. При стримеры достигают критической длины, и дальнейшее развитие лидера, вплоть до момента образования сквозной фазы (1=1сф), происходит при практически неизменной протяженности стримерной зоны. Эта фаза разрядного процесса была названа главной стадией непрерывного лидера.

Незадолго до начала сквозной фазы от катода могут стартовать вспышки отрицательной короны и зарождаться начальные участки отрицательного лидерного канала. В момент времени очередная коронная вспышка от головки отрицательного лидера, сопровождающаяся удлинением как отрицательных, так и положительных стримеров, приводит к образованию общей стримерной зоны. При 1 > 1Сф созданные стримерами объемные заряды противоположной полярности благодаря процессу нейтрализации, уже не в состоянии препятствовать развитию встречных лидерных каналов, для продвижения которых требуются заметно меньшие значения напряженности поля, чем для стримерных образований. В результате сквозная стадия протекает при все возрастающей скорости развития встречных лидеров и завершается в момент I = 1р. Ей присущи падающая вольт-амперная характеристика и практическое равенство разрядного напряжения 11р напряжению на изоляции в момент перехода разряда в сквозную фазу ис ф. Таким образом, в момент времени I = ^.ф пробой воздушного промежутка уже предрешен. Условия же, задающие электрическую прочность изоляции, должны складываться на более ранних стадиях разрядного процесса, когда достигается критическая длина стримеров, определяющая, в конечном счете, соотношения между линейными параметрами разряда, устанавливающиеся к началу сквозной фазы. В этот момент длина отрицательного лидера близка к нулю. Поэтому уравнение баланса напряжений в конце первого этапа разрядного процесса может быть записано в виде

ир=Е„+Ь„++Ес + Ьс++ЕсЬс_, (1)

где Ел+ — средняя продольная напряженность поля в канале положительного лидера; Ес+, Ес_ — средняя напряженность поля в положительных и отрицательных стримерах; Ьл+, Ьс+, Ьс_ — длина лидера, протяженность положительных и отрицательных стримеров.

Полученные при исследованиях принципиально важные результаты, позволившие решить уравнение баланса (I), сводятся к следующему:

— средняя напряженность поля в лидерном канале определяется найденным на основе экспериментальных данных отечественных и зарубежных специалистов выражением

13,\Е .

с+ кВ/см (2)

13,1^°.«' л +

— для промежутков с Г^^кр длина положительных стримеров на

главной стадии непрерывного лидера остается практически неизменной и не зависит от потенциала катода, его размеров и удаленности от земли. В момент образования сквозной фазы протяженность положительных (Ьс+) и отрицательных (Ьс_) стримеров задается выражениями

с+

(3)

¿с_=£.с+ 0,5а

1 -А

о0,45

1 + 5;

+ л2 (1+0Да)

А + I

(4)

где Б — межэлектродное расстояние симметричного промежутка; Ь — высота нижнего электрода при вертикальном исполнении конструкции или высота расположения конструкции в горизонтальной плоскости над землей; Ьс+ — длина положительной стримерной зоны в базовом несимметричном промежутке анод—плоскость с межэлектродным расстоянием Б; а - отношение отрицательной составляющей напряжения к разности потенциалов на противоположных электродах, которое может меняться в диапазоне от 0 до 0,5; А( и А2 — коэффициенты, определяемые пространственным расположением конструкции, геометрической конфигурацией электродов и размерами катода.

Для промежутков с Г = ^ первый этап разрядного процесса характеризуется лишь главной стадией непрерывного лидера, напряжение появления которого иг определяется из расчета электростатического поля. Для продвижения лидера с минимумом энергетических затрат обычно полагается, что весь дальнейший прирост напряжения ди=ир-иг должен идти лишь на компенсацию падения напряжения в развивающемся лидере. Отсюда следует, что потенциал его головки будет оставаться постоянным и равным иг. Тогда к началу сквозной фазы в базовых промежутках типа анод—плоскость длиной Б длина положительной стримерной зоны Ь,

с+ окажется равной I

с +

и

с +

(5)

Необходимые для оценки Ьс+ значения ^^ зависят от длины промежутка и формы анода. По последнему параметру используемые на практике конструкции были разбиты на три группы: со сферической, цилиндрической и тороидальной конфигурацией. Для указанных групп базовых несимметричных конструкций электрод—плоскость были получены следующие выражения:

^50 =г4г> (9)

при сферической форме анода

/|кр =14 + 155, (6)

при тороидальной форме анода

/1кр =12,4 + 135, (7)

при цилиндрической форме анода

/1к.р =11 + 145, (8)

где Б — в метрах.

Исходя из известных экспериментальных данных, значения Ес+ и Ес_ принимались постоянными и равными соответственно 4,5 и 10 кВ/см.

Принимая во внимание, что для длинных воздушных промежутков кривые эффекта, как правило, подчиняются нормальному закону распределения вероятностей, значения 50%-ных разрядных напряжений Оэд определялись по выражению

I - Зсг'

где стандарт отклонения о = 0,05.

Помимо оценки минимальной электрической прочности изоляционных систем были предложены выражения для определения значений критической длительности фронта импульса. Для этого использовались нормализованные функции импульсного напряжения апериодической и колебательной формы. Скорость развития лидера принималась равной 1,5 см/мкс. При этом было показано, что при колебательных импульсах значение Тф примерно в два раза больше, чем при апериодической форме воздействующего напряжения.

Предложенный метод расчета, названный методом критического коэффициента неоднородности электрического поля (МККНЭП) позволяет определять минимальную электрическую прочность опорной и продольной изоляции аппаратов, внешней изоляции вводов реакторного и трансформаторного оборудования, межконтактную изоляцию разъединителей, изоляцию относительно земли и междуфазную изоляцию линий и подстанций, а также находить значения критической длительности фронта при двух различных формах коммутационных импульсов напряжения. В качестве примера на рис. 2 и 3 вместе с экспериментальными данными различных авторов приведены результаты расчетов для ряда изоляционных систем. Сопоставление приведенных на рисунках данных свидетельствует, что расхождение между расчетными и экспериментальными данными не превышает в среднем 3%, что позволяет говорить о правомерности использования предложенного метода для решения практических задач.

MB; МКС 30 и«,; Тфкр

2.0 3 1

1 0 / 1Э

0 £ S

Рис. 2. 50%-ные разрядные напряжения (1—3, д, о) и критическая длительность фронта импульса (4, 5) для промежутков стержень—плоскость (1 ,Л), кольцо—плоскость (2, а) и провод—плоскость (З.О) при апериодическом (4) и колебательном (5) импульсах напряжения. 1—5 — расчет

20

25 м

MB 3 о

2.0 1.0

Uhi

1

S

Рис. 3. 50%-ные разрядные напряжения промежутка кольцо—подножник при высоте подножника Ь=2,5 м (I, а) и внешней изоляции вводов при их установке на баке высотой 11=4,5 м (2,0). 1, 2 —расчет

ю 13 20 25 м

о

о

4. Решение практических задач с использованием метода критического коэффициента неоднородности электрического поля

Возникшая к началу 80-х годов насущная потребность в передаче больших регулируемых мощностей на тысячи километров способствовала развертыванию работ по совершенствованию существующего оборудования СВН и созданию новых комплексов УВН переменного и постоянного тока. Достигнутый к этому времени прогресс в области изучения разрядных характеристик изоляционных конструкций, появление методов расчета их электрической прочности, разработка и создание новых изоляционных материалов, средств защиты от перенапряжений и автоматики позволили вплотную приступить к реализации намеченных широкомасштабных программ. В их состав входили следующие наиболее значимые задачи, не утратившие своей актуальности и сегодня:

— проектирование нового поколения надежного, экономичного и эффективного оборудования СВН и УВН переменного тока;

— создание комплекса оборудования преобразовательных подстанций постоянного тока напряжением ±750 кВ;

— определение перспектив создания оборудования переменного тока УВН, превышающего 1150 кВ.

Решение первой задачи стало возможным благодаря совершенствова-

нию систем защиты от перенапряжений, связанному в первую очередь с созданием ограничителей перенапряжений (ОПН) на базе оксидно-цинковых резисторов, применению шунтирующих реакторов с возможностью их искрового подключения, разработке СТК, управляемых шунтирующих реакторов и системы АСУТП. Это открыло широкие перспективы для создания электрооборудования СВН и УВН, работающего в условиях глубокого ограничения перенапряжений, что позволяло рассчитывать на существенное сокращение габаритов, стоимости аппаратов и отчуждаемых под подстанции площадей. Принципиальная возможность, а также экономическая и практическая целесообразность создания оборудования со сниженными испытательными напряжениями подкрепляется положительным опытом эксплуатации оборудования 1150 кВ электропередачи Экибастуз—Кокчетав—Кустанай, а также трансформаторов 500 кВ на Волжской ГЭС и аппаратов на Саяно-Шушенской ГЭС. В настоящей работе при решении задачи определения габаритных размеров основных видов оборудования СВН и УВН с различными уровнями ограничения перенапряжений в качестве главного критерия использовалось требование надежной работы изоляции в наиболее характерных режимах эксплуатации: при длительном воздействии рабочего напряжения в условиях загрязнения и увлажнения, а также при грозовых и коммутационных перенапряжениях.

Габариты внешней изоляции при работе ее в условиях загрязнения и увлажнения определялись исходя из нормированных значений длины пути утечки L>T и условия применения изоляторов с хорошо развитыми ребрами, когда отношение длины пути утечки к строительной высоте изолятора Lyr/Hin составляло, как минимум, 2,7. Рассматривались различные варианты уровней ограничения коммутационных Кк„ и грозовых Кг„ перенапряжений. За основу при выборе испытательных напряжений иисп брались принятые в отечественной практике принципы координации изоляции.

Используя известные экспериментальные данные по электрической прочности воздушной изоляции при грозовых воздействиях, а также метод критического коэффициента неоднородности электрического поля, были найдены зависимости, характеризующие связь между уровнями ограничения перенапряжении и габаритами внешней изоляции основных видов оборудования СВН и УВН.

Сопоставление результатов расчетов для разных форм воздействующего напряжения позволило для оборудования рассматриваемых классов напряжения найти совокупность оптимальных значений уровней ограничения коммутационных Кк„ и грозовых Кги перенапряжений и соответствующие габаритные размеры изоляции.

Найденные в результате исследований данные по габаритным размерам основных видов оборудования классов напряжения 500—1150 кВ но-

вого поколения представлены в таблицах 1—3. Там же для сопоставления приведены размеры существующих аппаратов.

Таблица I

Г¡бариты аппаратов 330 и 500 кВ

Вид изоляции Габаритные размеры, м

KrH = 2(0U При существующих нормах

Расчет Выключатель (2 камеры) ВГУ-500С Выключатель (4 камеры) ВНВ-500 Разъединитель

РНДЗ-500 РНД-330

Относительно земли (с учетом фланцев) 3.4 3,75 5.6 4.4 3.3

Между контактами разъединителя 2,95 — 4.1 2,9

Продольная изоляция полюса выключателя Без учета металлических частей 3.4 з.з 4,8 — —

С учетом металлических частей 4.8 4,6 9.0

Сравнительный анализ данных таблиц 1—3 показывает, что применение глубокого ограничения перенапряжений в сетях 500—1150 кВ позволяет существенно улучшить технико-экономические показатели оборудования. Это означает, что новое поколение оборудования классов 500,750 и 1150 кВ будет характеризоваться габаритами, близкими к ныне существующим конструкциям классов 330, 500 и 750 кВ соответственно.

Выполненные расчетные оценки с использованием метода критического коэффициента неоднородности электрического поля нашли практическое применение при разработке и создании на АО «Уралэлектро-тяжмаш» (г. Екатеринбург) элегазового выключателя ВГУ-500С со сниженным уровнем испытательных напряжений. В течение ряда лет полюс этого аппарата всесторонне испытывался на МИС в г. Тольятти при непосредственном участии автора. Положительные результаты эксплуатационных испытаний ВГУ-500С способствовали его внедрению на подстанциях 500 кВ Мосэнерго и Уральской энергосистемы. Результаты расчетов использовались также при разработке технических требований к новому поколению аппаратов 1150 кВ — ограничителю перенапряжений, выключателю, включателю-отключателю и трансформатору тока.

Таблица 2

Габариты аппаратов 750 кВ

Вид изоляции Габаритные размеры, м

Кк.„=1.7иф; Кгн = 2,1и£ При существующих нормах

Выключатель Разъединитель Выключатель (6 камер) ВНВ-750 Разъединитель РНДЗ-750

Относительно земли (с учетом фланцев) 5,2 5,2 8,4 6,6

Между контактами разъединителя — 5,0 — 6,0

Продольная изоляция полюса выключателя Без учета металлических частей 6,0-5,2* — 7,2 —

С учетом металлических частей 7,4-8,0* 13,5 —

* — первые цифры относятся к конструкции из 2-х камер, вторые — из 4-х камер.

Таблица 3

Гябариты аппаратов 1150 кВ

Вид изоляции Габаритные размеры, м

Кки=1,биф; Кги=1.8и£ При существующих нормах

Выключатель Разъединитель Выключатель (10 камер) ВНВ-1150 Разъединитель Р'ГЗ-1150

Относительно земли (с учетом фланцев) 8,2 8,2 9,8 9,9

Между контактами разъединителя — 6,4 — 8,5

Продольная изоляция полюса выключателя Без учета металлических частей 7,4—6,9* — 12,0 —

С учетом металлических частей 10,2—11,4* — 22,5 —

* — первые цифры относятся к конструкции из 4-х камер, вторые — из 6-ти камер.

Вторая задача практического плана включала в себя выбор основных изоляционных расстояний на преобразовательных подстанциях постоянного тока напряжением ±750 кВ. Необходимо было оценить высоту опорной изоляции платформ с установленным на них оборудованием, а также изоляционные расстояния от платформ и оборудования до стен и потолка закрытого помещения преобразовательной подстанции. Большая протяженность и занимаемая площадь платформ преобразовательных подстанций обусловливают применение многочисленных параллельных изоляционных колонок. Как следствие, опорная изоляция характеризуется большим числом потенциально возможных путей формирования разряда, особенно вдоль колонок, расположенных по периметру платформ. Тем самым создаются условия, способные привести к снижению электрической прочности изоляции. Дополнительным фактором с аналогичным негативным эффектом может оказаться каскадный характер перекрытий изоляционных колонок. Все это уже на начальном этапе работы выявило необходимость оснащения платформ экранной арматурой, призванной устранить влияние негативных факторов. Целесообразность применения экранов диктовалась также требованием отсутствия короны при наибольшем рабочем напряжении.

Применение экранной арматуры позволило устранить каскадные перекрытия и поднять электрическую прочность изоляции до значения, присущего промежутку кольцо—плоскость. Экранная арматура оказала также эффективное упрочняющее действие при работе опорной изоляции в наиболее неблагоприятном для нее режиме предварительно приложенного постоянного напряжения отрицательной полярности с последующим воздействием коммутационного импульса положительной полярности. Эксперименты показали, что в этом режиме с помощью экранной арматуры удается нейтрализовать негативное влияние постоянной составляющей напряжения.

Правильность расчетов была полностью подтверждена экспериментальными данными, полученными при исследовании пространственных опорных изоляционных конструкций высотой Н, изменяющейся от 3,3 до 8,8 м.

Результаты расчетов и экспериментальных исследований были использованы при проектировании и строительстве подстанций постоянного тока напряжением ±750 кВ «Экибастуз—Центр».

Эффективность расчетного метода проявилась также при решении возникшей в начале 80-х годов проблемы создания оборудования нового класса УВН 1800 кВ. В целом для столь высокого уровня номинального напряжения признавалась целесообразность разработки комплекса электрооборудования на базе элегазовых КРУ. Однако и в этом случае остается необходимость использования таких традиционных изоляционных конструкций как шинная опора, а также высоковольтные вводы КРУЭ,

трансформаторного и реакторного оборудования. Первоочередной интерес вызывала оценка принципиальной возможности создания опорных изоляционных конструкций в приемлемых габаритах. При заложенном в проекте норм уровне ограничения коммутационных перенапряжений в 1,45иф значение 50%-ного разрядного напряжения внешней изоляции оборудования 1800 кВ относительно земли составляет 2750 кВ. Из рис. 3 видно, что этому значению U50 соответствует высота опорной изоляционной конструкции обычного исполнения примерно 18 м. Полученный результат обусловил необходимость поиска решений, направленных на уменьшение габаритов изоляции за счет повышения ее электрической прочности. Наиболее эффективным способом достижения этой цели является увеличение напряженности поля в области, удаленной от высоковольтного электрода. Наглядным подтверждением этому являются выполненные под руководством чл.-корр. РАН Александрова Г.Н. экспериментальные исследования электрической прочности длинных воздушных промежутков экран-дополнительный экран-плоскость с принудительно заданным потенциалом <рп на дополнительном экране.

Экспериментально подтвержденная принципиальная возможность эффективного действия принудительного распределения напряжения (ПРН) позволила в рамках данной работы сформулировать следующие задачи исследований, ориентированных на макеты реальных опорных изоляционных конструкций, выполненных на базе колонок изоляторов, установленных на подножнике.

1. С помощью метода критического коэффициента неоднородности электрического поля провести расчетную оценку эффективности действия ПРН в случае воздействия коммутационных импульсов положительной полярности с критической длительностью фронта.

2. Экспериментальными исследованиями электрической прочности опорных изоляционных конструкций СВН и УВН проверить правомерность предложенных расчетных оценок.

При решении первой задачи в качестве исходной рассматривалась изоляционная колонка высотой Н, оснащенная сверху основным тороидальным экраном с потенциалом (р0. На высоте Нд располагается дополнительный тороидальный экран с потенциалом ф . Как и для воздушных промежутков, эффективное действие ПРН обеспечивается при выполнении следующих условий

Фп =°¿7%

Нд = 0,67Н. (II)

При эффективном действии ПРН разрядная напряженность конструкции высотой Н должна увеличиться до значения Ер эф, характеризующего прочность промежутка без ПРН экран—земля высотой Нд. Количе-

п

Рис. 4. Расчетные (1—4) и опытные значения 50%-ных разрядных напряжений опорных изоляционных конструкций при коммутационных импульсах положительной полярности с критической длительностью фронта 1 - стержень—плоскость; 2 — кольцо—плоскость; 3,4 — нижняя и верхняя границы эффективного действия ПРН

о.е.ц»,*, ■ —хорошо экранированные конструкции; д,', —конструкции с неудовлетворительной экранировкой; о,в,0,^,7 — безПРН; —при эффективном п • , т —неэффективном действии ПРН

ственная оценка значения Ерзф проводилась с помощью метода критического коэффициента неоднородности электрического поля. При этом учитывалось, что в зависимости от степени экранирования колонок могут быть получены два граничных значения Ер эф, задающих область эффективного действия ПРН. При неудовлетворительной степени экранирования конструкций будут обеспечиваться нижние значения Ер эф, которые определяются из расчета электрической прочности промежутка типа стержень—плоскость. Верхние граничные значения Ер эф, соответствующие случаю хорошо экранированных колонок, находились в результате расчета прочности промежутка кольцо—плоскость.

На рис. 4 представлены расчетные значения 50%-ных разрядных на-

пряжений промежутков стержень—плоскость (кривая 1), кольцо—плоскость (кривая 2), а также кривые, характеризующие нижнюю (кривая 3) и верхнюю (кривая 4) границы эффективного действия ПРН. Анализ кривых рис. 4 показывает, что эффективное использование ПРН позволяет сократить высоту опорной изоляции класса 1800 кВ с 18 метров до вполне приемлемых размеров (12—15 м).

Для экспериментальной проверки расчетных оценок упрочняющего действия ПРН было рассмотрено свыше 20 различных вариантов исполнения опорных изоляционных конструкций, высота которых изменялась от 7,2 до 14,0 метров. При исследованиях менялись тип, строительная высота и количество изоляторов в колонке, конструктивные особенности, размеры и взаимное расположение основного и дополнительного экранов, а также значение срп. Опытные значения U50 обследованных конструкций, установленных на подножниках, представлены на рис. 4. В целом результаты сравнительного анализа данных рис. 4 свидетельствуют о правомерности предложенных оценок.

Верхней границе эффективного действия ПРН соответствуют конструкции, у которых DJD0> 1,0 и Н„/Е>д < 2,0. Если же, хотя бы одно из условий (10), (11) не выполняется, то опытные значения U50 располагаются в области между кривыми 2 и 3.

Конструкции с верхним пределом эффективного действия ПРН, несмотря на их высокую электрическую прочность, обладают рядом существенных недостатков, к которым, в первую очередь, следует отнести чрезмерно громоздкую экранную систему, а также реальную возможность заметного снижения электрической прочности изоляции под влиянием дождя и других внешних факторов. Этих недостатков лишены конструкции, электрическая прочность которых соответствует области вблизи нижней границы эффективного действия ПРН. Представляется, что именно такие конструкции наиболее приемлемы для практического использования. Так из рис. 4 видно, что в этом случае для класса напряжения 1800 кВ расчетное значение эквивалентной высоты опорной изоляции составляет 15 м. Указанная конструкция, установленная на открытом испытательном стенде, была обследована при воздействии колебательных коммутационных импульсов с различной длительностью фронта, в разных погодных условиях, включая зимний период. По результатам нескольких серий повторных испытаний определялись средние значения электрической прочности конструкции. Из рис. 4 видно, что опытные значения U50, полученные при импульсах с критической длительностью фронта, хорошо согласуются с расчетными данными. Испытания также подтвердили правомерность расчетной оценки критической длительности фронта импульса, значение которой при колебательной форме напряжения составило около 2,2 мс, то есть было примерно в два раза больше, чем при апериодическом импульсном напряжении. Это дало основа-

ние для внесения изменений в нормативные документы, в которых до этого было установлено испытательное напряжение апериодической формы с длительностью фронта в 500 мкс.

Помимо сказанного, выполненные исследования выявили важную особенность разрядного процесса в сверхдлинных промежутках. Она заключается в том, что при амплитудах импульса, превышающих 2,4— 2,5 MB, появляются аномальные (развивающиеся в значительной мере за счет собственного поля лидера) разряды, протяженность траекторий которых в 2—2,5 раза превышает высоту конструкции, а напряжение, при котором образуется сквозная фаза, может снизиться до значения порядка 1,7 MB. Опасность возникновения аномальных разрядов заставляет рассмотреть вопрос о целесообразности выбора нового класса УВН, меньшего, чем 1800 кВ. Об этом же свидетельствуют и данные рис. 3, из которых видно, что при номинальном напряжении 1800 kB (U5o= =2750 кВ) высота ввода составит примерно 14 м. Создание такого ввода весьма проблематично и вряд ли целесообразно. Если же номинальное напряжение нового оборудования УВН снизить до 1500 кВ, как предлагал ранее академик РАН H.H. Тиходеев, а уровень ограничения коммутационных перенапряжений оставить прежним, то значения U50 для изоляции относительно земли снизятся до 2300 кВ. В этом случае высота ввода окажется чуть больше 9 м, а высота опорной изоляции, даже без применения ПРН — около 11 м. Очевидно, что создание оборудования нового класса УВН в указанных габаритах возможно уже сегодня.

5. Оценка влияния дождя на разрядные характеристики опорных изоляционных конструкций

Несмотря на важность проблемы, изучению влияния дождя на электрическую прочность внешней изоляции уделялось гораздо меньше внимания, чем исследованиям конструкций в сухом состоянии. Имеющиеся экспериментальные данные далеко не однозначны и нередко противоречивы. Систематизации и обобщению экспериментального материала во многом препятствовало отсутствие обоснованных теоретических представлений о механизме перекрытия изоляции под дождем. В частности, до недавнего времени не было полной уверенности в том, что при дожде сохраняется именно лидерный, а не какой-либо иной механизм формирования разряда, аналогичный, например, скользящему разряду.

С учетом сказанного, основной целью планируемых исследований являлась разработка расчетной методики оценки влияния дождя на электрическую прочность опорных изоляционных конструкций при воздействии на них коммутационных импульсов напряжения положительной полярности. Для реализации поставленной цели предстояло изучить влияние дождя на разрядные характеристики опорной изоляции при изменении:

— высоты заземленного подножника, на который устанавливается изоляционная колонка;

— степени регулирования электрического поля вдоль колонки с помощью тороидальных экранов;

— высоты конструкции, а также высоты и материала составляющих колонку изоляторов, последовательности установки разновысоких элементов колонки;

— удельного сопротивления дождевой воды;

— длительности фронта импульсного напряжения.

Уже на первом этапе исследований было установлено, что при отсутствии подножника электрическая прочность опорной изоляции практически не зависит от условий проведения испытаний (в сухом состоянии или при дожде). Это дало основание с помощью метода критического коэффициента неоднородности электрического поля оценивать и^ таких конструкций, используя расчетную кривую для промежутков кольцо— плоскость (кривая 2 рис. 5).

Рис. 5. 50%-ные разрядные напряжения опорных изоляционных колонок с под-ножннком высотой 2,3—3,5 м в сухом состоянии (О, V) и под дождем (• у ,-<) при коммутационном импульсе положительной полярности с длительностью фронта, близкой к критической

• —дождевая вода ср= ЮООмм; —дождевая вода ср = 45 Ом-м; о, оптимальные конструкции; V, —не оптимальные конструкции; 1 — кольцо—подножник (Ьп=2,5м); 2 — кольцо—плоскость; 3 — стержень—плоскость; 1—3 — расчет

При исследовании разрядных характеристик колонок с переменной высотой подножника hn было обнаружено, что под дождем (в отличие от сухого состояния изоляции) упрочняющее действие подножника относительно невелико. В лучшем случае при увеличении hn от 0 до 6 м рост U50 составлял 5—6%. Поэтому дальнейшие исследования выполнялись для конструкций с обычно используемой на практике высотой hn порядка 2,5—3,5 м. Полученные результаты позволили заключить, что в целом воздействие дождя приводит, как правило, к снижению электрической прочности опорной изоляции, которое в пределе может достигать 40%. Степень влияния дождя зависит от проводимости воды, длительности фронта импульса, высоты изоляторов, взаимного расположения разновысоких элементов в колонке, материала диэлектрика и уровня регулирования поля с помощью экранной арматуры.

Увлажнение поверхности изоляторов приводит к перераспределению электрического поля вдоль колонки вследствие появления активной составляющей проводимости. При этом образующаяся на поверхности изоляторов из гидрофильных материалов практически сплошная пленка воды способствует более равномерному распределению напряжения вдоль колонки. В этих случаях дождь способен даже оказывать упрочняющее действие. Гидрофобные же материалы и, в частности, силиконовая резина, не позволяют образовывать на своей поверхности сплошную водяную пленку. Это приводит к усилению неравномерности распределения поля и созданию предпосылок для снижения электрической прочности изоляции. Отрицательную роль в перераспределении поля может играть и процесс поляризации воды, в результате которого создаются очаги повышенной напряженности поля, особенно на краю ребер изоляторов.

Перераспределение напряжения вдоль колонки способствует появлению каскадных перекрытий конструкции. Причем, в общем случае сам факт их возникновения вовсе не является непременным условием снижения разрядных напряжений изоляции. Так, если на начальном участке пути каскадного перекрытия (от экрана до ближайшего к нему фланца изолятора колонки) траектория разряда отклоняется от колонки (каскадные перекрытия 1-го типа), то влияние дождя либо вообще не проявляется, либо сказывается незначительно. Наибольший спад электрической прочности изоляции имеет место при каскадных перекрытиях 2-го типа, когда развивающийся с экрана разряд сначала продвигается к колонке, а затем, почти дойдя до поверхности изолятора, направляется вниз, нередко касаясь ребер элементов колонки.

Анализ полученного феноменологического материала позволил установить, что во всех случаях перекрытий (чисто по воздуху с экрана на подножник или каскадно по элементам колонки) формирование разряда под дождем осуществляется за счет лидерного механизма. При этом в

случаях перекрытия колонок по чисто воздушному пути и в сухом состоянии, и под дождем не было обнаружено ни качественных, ни количественных различий как в картине развития разряда, так и в его параметрах в начале сквозной фазы. При каскадных перекрытиях 1-го типа протяженность общей стримерной зоны оказывается сопоставимой с длиной стримеров при развитии разряда по траектории экран—подножник. При этом обеспечиваются примерно равные значения разрядных напряжений.

В сухом состоянии и при дожде перекрытия с экрана на подножник и каскадные перекрытия 1-го типа характерны для конструкций из фарфоровых изоляторов большой строительной высоты (2,5 м и более) при отношении диаметра экрана к высоте колонки D/H,, > 0,25. Учитывая практическое отсутствие влияния дождя для таких конструкций, их электрическая прочность может определяться расчетными значениями U50 промежутка экран-подножник (кривая 1 рис. 5).

Увеличение проводимости воды и длительности фронта импульса, а также уменьшение диаметра экрана и строительной высоты изоляторов способствуют появлению каскадных перекрытий 2-го типа. Такого рода перекрытия наиболее ярко проявляются при испытаниях с удельным сопротивлением воды р2 = 45 Ом-м, что примерно в два раза меньше нормированного значения. В этом случае сам факт изначальной ориентировки лидера к поверхности изолятора свидетельствует о существенном перераспределении электрического поля вдоль колонки. При этом напряжение появления лидера заметно снижается, а его развитие протекает при относительно небольшой длине стримеров. Перекрытие каждого последующего элемента конструкции осуществляется при все возрастающей скорости непрерывного лидера и увеличивающейся длине его стримеров. Для колонок с относительно небольшой строительной высотой изоляторов (порядка 1,3—1,45 м) сквозная фаза, как правило, образуется в момент перекрытия предпоследнего элемента. Соответственно, длина стримерной зоны, где преобладают положительные стримеры, оказывается равной строительной высоте нижнего изолятора. В результате, как видно из рис. 5, электрическая прочность конструкций с неудовлетворительной экранировкой и небольшой строительной высотой изоляторов в пределе может снизиться до значений, определяемых кривой 3, характеризующей расчетную прочность промежутка стержень—плоскость. Увеличение строительной высоты изоляторов примерно в два раза способствовало тому, что даже при дожде с удельным сопротивлением р2 = 45 Ом-м значения U50 не опускались ниже кривой 2, рис. 5, задающей электрическую прочность промежутка кольцо—плоскость. Следует отметить однако, что даже при большой строительной высоте нижнего изолятора могут быть получены разрядные напряжения, сопоставимые с наблюдаемыми для конструкций из изоляторов малой строительной высоты. Именно та-

кой эффект имел место при испытаниях под дождем с р2 =45 Омм колонки из двух фарфоровых изоляторов строительной высотой 2,75 м каждый. Изолятор изготавливался из двух склеенных частей, причем место склейки располагалось на высоте 85 см от нижнего фланца. Полученные при этом эопограммы показали, что образовавшийся в месте склейки выступ явился центром развития объемного положительного лидера, успевшего к началу сквозной фазы в системе полностью перекрыть нижнюю часть изолятора, что привело к резкому сокращению длины (примерной зоны и уменьшению разрядного напряжения.

В целом проведенные исследования позволили сформулировать основные критерии оптимизации конструктивных элементов опорной изоляции по условиям ее работы при дожде. Для обеспечения высокой надежности оборудования СВН и УВН под дождем строительная высота изоляторов, особенно в нижней части колонки, должна быть не менее 2,5 метров. Склееные изоляторы целесообразно либо вообще не применять, либо усовершенствовать технологию склейки, исключающую появление выступов по периметру сочленения составных частей изолятора. Для снижения эффекта неравномерности распределения поля вдоль конструкции под влиянием дождя отношение диаметра экрана к высоте колонки должно быть порядка 0,3. При выполнении условий оптимизации верхний предел электрической прочности опорных изоляционных конструкций при дожде может определяться кривой 1, рис. 5, а нижний — кривой 2.

6. Экспериментальная и расчетная оценка вероятности поражения макетов сосредоточенных наземных сооружений на базе концепций электрогеометрического метода

Длительные натурные исследования молнии с привлечением результатов лабораторного изучения искрового разряда как своеобразного ее аналога привели к созданию расчетных методов, позволяющих решать многообразные проблемы молниезащиты объектов различного назначения. В последнее время выявилась острая необходимость в повышении точности расчетных оценок. Совершенствование расчетных методов возможно как за счет более глубокого изучения процессов развития и ориентировки молнии, так и путем лабораторных исследований характеристик поражаемости объектов искровым разрядом. В последнем случае не только открываются более широкие, чем в натурных условиях, возможности для изучения природы поражаемости и влияющих на нее факторов, но и обеспечивается не опосредованная, а прямая проверка теоретических положений расчетных методов.

К числу наиболее известных методов расчета поражаемости наземных сооружений относится далеко не безупречный в физическом отношении электрогеометрический метод.

Согласно его основным концепциям, каждый объект обладает некой

областью захвата. При этом постулируется, что все разряды, попавшие на поверхность этой области, поразят объект. Применительно к сосредоточенным наземным сооружениям типа башен, труб, опор и т.д. область захвата образуется сферой радиусом Яп, имеющим начало в вершине объекта и равным расстоянию от головки нисходящего лидера до вершины объекта в момент ориентировки разряда (расстояние поражения), и горизонтальной плоскостью, расположенной на высоте Лп от поверхности земли. При известной плотности разрядов молнии на уровне земли в данной местности п0 общее число поражений объекта N будет определяться как

где О — площадь проекции поверхности области захвата на землю.

Проекция области захвата объекта высотой Ь ограничена окружностью радиусом, равным радиусу стягивания Яс, определяемым выражением

В силу ряда объективных причин в натурных условиях достаточно сложно провести прямую экспериментальную проверку правомерности основных концепций электрогеометрического метода и моделей, описывающих процесс ориентировки молнии. Гораздо проще и с более высокой степенью надежности можно решить такую задачу в лабораторных условиях. Для достижения намеченных целей были проведены специальные опыты, в которых в качестве испытуемой использовалась традиционная система стержень—стержень на плоскости.

Предварительными испытаниями в базисном промежутке определялось поле точек поражения плоскости длинной искрой. С помощью статических фотографий разряда в системе стержень—стержень на плоскости находилось экспериментальное значение радиуса стягивания К.соп как максимальное отклонение траектории разряда от оси заземленного стержня. По найденным значениям 11с оп и функциям распределения точек поражения находилась вероятность поражения стержня Ф(11с.0„). Определялась также и вероятность Фоп, полученная путем непосредственного подсчета числа поражений одиночного стержня.

Хорошее соответствие между расчетными Ф(КС.011) и опытными Фоп значениями вероятности поражения стержня свидетельствует о приемлемости основных допущений электрогеометрического метода.

Обнаруженная при исследованиях практическая равнопрочность промежутков, составляющих систему стержень—стержень на плоскости, позволила построить расчетную схему, в которой основные положения

(12)

(13)

электрогеометрического метода дополнились физическим содержанием, отражающим реальные процессы в момент ориентировки разряда. Для длинных воздушных промежутков этот момент, как известно, практически совпадает с началом образования сквозной фазы. Появление последней, в свою очередь, является критерием пробоя промежутка, т.е., условием поражения заземленного электрода. Отсюда следует, что значение Rn, численно равное длине примерной зоны в начале сквозной фазы, может быть найдено с помощью предложенного расчетного метода. Выполненные таким образом расчетные оценки находились в хорошем соответствии с экспериментальными данными, полученными чл.-корр. РАН Александровым Г.Н. при изменении длины базисного промежутка от 2,5 до 15 м.

Положительные результаты экспериментальной проверки расчетной схемы позволили расширить область ее применения и для более сложных систем с числом заземленных электродов два и более. Для этих случаев A.A. Филипповым была разработана и реализована специальная программа расчета на ПЭВМ вероятности поражения систем сосредоточенных объектов. Для проверки результатов расчетов были проведены экспериментальные исследования около 60 вариантов систем стержень — два стержня на плоскости, отличающихся различным взаимным расположением стержней r(h|) и г(Ьг) высотой h| и Ьг- И в этих более сложных случаях было получено хорошее соответствие между расчетными и опытными данными.

Результаты прямой экспериментальной проверки предложенной расчетной схемы позволяют с большим основанием считать правомерным использование основных концепций электрогеометрического метода для решения практических задач молниезащиты. Следует подчеркнуть, что применительно к молнии надежность расчетных оценок во многом будет зависеть от достоверности определения такого важного параметра как расстояние поражения. При этом условия ориантировки нисходящего лидера молнии, скорее всего, будут складываться до начала сквозной фазы.

7. Некоторые вопросы модельных испытаний поражаемости летательных аппаратов

При решении проблем молниезащиты летательных аппаратов (JIA) важное место занимают модельные испытания, направленные на определение точек удара, путей протекания тока и вероятности возникновения этих событий.

При испытаниях обычно используется базисный воздушный промежуток типа стержень—плоскость с межэлектродным расстоянием S. Модель ДА с нормированной длиной 1 порядка 0,2S располагается под высоковольтным стержнем примерно в середине промежутка. Испытания

проводятся при коммутационных импульсах положительной или отрицательной полярности с амплитудой, соответствующей вероятности пробоя базисного промежутка порядка 0,9—0,95.

Практика модельных испытаний предполагает использование геометрически подобных систем стержень—макет ЛА—плоскость, основные размеры которых определяются масштабом моделирования ЛА. При существующем уровне знаний пока трудно судить насколько оправдан такой подход. Априори можно предположить, что в геометрически подобных системах вероятностные характеристики поражаемости макетов не будут оставаться постоянными хотя бы в силу изменения таких факторов как длина лидера и протяженность его сгримерной зоны, а также плотность распределения разрядов. С учетом сказанного, ставились следующие первоочередные задачи:

— определение влияния масштабов моделирования и пространственного расположения проводящих изолированных тел на вероятностные характеристики их поражаемости;

— исследование условий развития, ориентировки лидера, выбора точек входа разряда в объект и выхода из него;

— установление критериев, при выполнении которых характеристики поражаемости макетов ЛА будут определяться, в основном, их индивидуальными конструктивными особенностями.

Для реализации намеченных целей были исследованы системы стержень—изолированное тело—плоскость с межэлектродными расстояниями Б, изменяющимися от 2,5 до 7,0 м. Непосредственно под высоковольтным электродом на высоте Ь подвешивалось крестообразное проводящее тело с линейными размерами 1 в двух принципиально различных положениях: в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Крестообразная форма, хотя и сильно стилизованная, все же отражает основные контуры таких ЛА как самолеты. При такой стилизации, исключающей влияние индивидуальных конструктивных особенностей конкретного ЛА, для горизонтально расположенного тела длиной 1 можно определить условия, при которых обеспечивалась бы равная вероятность прохождения разряда по телу по всем возможным путям. Если затем в этом же месте установить макет конкретного ЛА с той же длиной 1, то вероятность прохождения разряда по возможным направлениям вдоль макета будет определяться, главным образом, конструктивными особенностями модели, а не ее основными линейными размерами и высотой подвеса.

Полученный при исследованиях феноменологический материал позволил развить представление об обобщенной картине формирования разряда в системах с изолированным телом. Весь разрядный процесс можно условно разбить на два этапа. Первый этап начинается с момента возникновения сгримерной короны на высоковольтном электроде и завершается в момент времени Ц, когда стримеры нисходящего лидера до-

стигают изолированного тела, определяя тем самым начало образования сквозной фазы в верхнем промежутке стержень—тело длиной 55|. Второй этап занимает отрезок времени от Ц до \2 и характеризуется одновременным формированием разряда в обоих промежутках системы. При этом картина разрядного процесса в нижнем промежутке тело—плоскость аналогична наблюдаемой в несимметричных промежутках типа стержень—плоскость и качественно не зависит ни от размеров системы и тела, ни от высоты его подвеса и пространственной ориентации.

В плане исследования проблем поражаемое™ изолированных тел наибольший интерес вызывает конец первого этапа разрядного процесса, ибо, как показал анализ опытных данных, именно к этому моменту времени не только складываются условия ориентировки разряда и предопределяется точка удара, но и скорее всего закладываются предпосылки, определяющие точку выхода разряда из тела. Так результаты совместной обработки статических фотографий разряда и эопограмм показали, что резкое изменение траектории разряда по направлению к телу практически совпадает с началом образования сквозной фазы в верхнем промежутке. Более того, место касания стримерами тела задает и точку входа разряда в него. Отсюда следует, что моменты ориентировки и выбора точки удара однозначно определяются началом образования сквозной фазы в верхнем промежутке. Это обстоятельство позволило с помощью метода критического коэффициента неоднородности электрического поля расчетным путем находить высоту ориентировки разряда Ь0 (относительно тела), численно равную длине стримерной зоны в начале сквозной фазы Ьс.

Далее было показано, что для обеспечения высокой вероятности поражения модели и повышения тем самым эффективности модельных испытаний необходимо выполнение следующих условий

(14)

Для анализа условий функционирования систем жизнеобеспечения ЛА наибольшее значение имеют данные по вероятности прохождения разрядного тока между различными точками макета. При этом геометрические параметры системы и модели должны быть выбраны таким образом, чтобы результаты испытаний определялись, в основном, лишь конструктивными особенностями данного ЛА. При таком подходе в системах с горизонтальной ориентацией крестообразного тела должна обеспечиваться равновероятность прохождения разряда по всем возможным

направлениям вдоль тела. Экспериментально установленный факт мало-вероятности совпадения точек входа разряда в тело и выхода из него позволяет считать, что возможными путями прохождения разрядного тока по телу являются:

— «продольный» путь — между противоположными концами образующих крестообразного тела;

— «продольно-поперечный» путь — между соседними концами перпендикулярных образующих крестообразного тела.

Таким образом, при условии обеспечения равновероятности прохождения разряда по указанным направлениям, вероятность прохождения разряда по «продольному» пути Рпрод должна составлять порядка 0,33. Результаты исследований показали, что этот критерий выполняется лишь при определенных соотношениях между геометрическими параметрами системы и тела. Выполненный анализ позволил считать, что этот факт связан с экранирующим действием положительного объемного заряда стримерной зоны нисходящего лидера в верхнем промежутке системы. В конце первого этапа развития разряда заряд, расположенный, в основном, на границе ветвей стримеров, снижает напряженность поля на концах крестообразного тела, находящихся в непосредственной близости от границы стримерной зоны. Наиболее сильное экранирующее действие заряда имеет место в точке касания стримерами тела. Именно этим объясняется факт маловероятности совпадения точек входа и выхода разряда. Зона эффективного экранирующего действия заряда растет с увеличением протяженности стримеров, пропорциональной длине верхнего промежутка. Отсюда следует, что вероятность прохождения разряда по тому или иному пути зависит от соотношения между высотой ориентировки и линейными размерами тела. Такая интерпретация опытных данных позволяет рассматривать конец первого этапа разрядного процесса как решающую стадию при выборе точки поражения тела и пути прохождения разряда по нему.

Полученные результаты позволили сделать следующие основные выводы.

Во-первых, выбранные для модельных испытаний по критерию Рпрод =0,33 параметры систем должны удовлетворять условию (14). При этом удается снять жесткие требования нормативных документов, расширив в пределе область значений 1/8 от 0,1 до 0,4. Во-вторых, в практически важном диапазоне изменения 1/8 от 0,2 до 0,3 при условии выполнения критерия Рпрод = 0,33 между высотой ориентировки разряда и отношением 1/8 устанавливается связь вида

1=0Д+ЗД5' (15)

Но 5

Формула (15) вместе с выражением

кв=ье =1^25,-0,715,112 (16)

дает возможность количественно связать между собой линейные размеры макета ЛА, высоту его подвеса Ь = 8 - и длину системы 8.

В целом установленные взаимосвязи между картиной разряда и вероятностными характеристиками поражаемости изолированных тел позволили более обоснованно подойти к решению проблем модельных испытаний ЛА, расширить круг лабораторий, в которых могут проходить подобные испытания.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные результаты работы сводятся к следующему.

1. Расширены представления о картине формирования разряда в атмосферном воздухе. Подтверждена универсальность лидерного механизма разряда в длинных воздушных симметричных промежутках с различными параметрами электрического поля в широком диапазоне изменения длительности фронта воздействующего напряжения положительной и отрицательной полярности. Выполнена классификация изоляционных систем по степени неоднородности их электрического поля исходя из характерных особенностей разрядного процесса.

2. Установлена связь между линейными параметрами разряда в начале сквозной фазы, характеристиками электрического поля воздушных промежутков и их электрической прочностью. Для симметричных изоляционных конструкций с сильной степенью неоднородности электрического поля предложена развитая обобщенная картина формирования разряда при воздействии коммутационных импульсов напряжения положительной полярности с критической длительностью фронта. Показано, что условия, задающие электрическую прочность изоляции, складываются в начале главной стадии непрерывного лидера, характеризующейся практически неизменной скоростью развития канала и постоянством его примерной зоны, независимо от потенциала катода, его размеров и удаленности от земли.

3. Для трех наиболее характерных групп изоляционных конструкций с сильной степенью неоднородности электрического поля, различающихся геометрической конфигурацией анода, в момент перехода лидерного процесса в сквозную фазу найдены количественные закономерности изменения электрических и линейных параметров разряда при изменении межэлектродного расстояния. Это дало возможность разработать метод критического коэффициента неоднородности электрического поля, позволяющий определять минимальную электрическую прочность и критическую длительность фронта импульсного напряжения положительной

полярности для широкого круга изоляционных систем СВН и УВН, представляющих наибольший практический интерес.

4. Реализация предложенного метода расчета дала возможность решить ряд важных практических задач и наметить перспективные направления дальнейших работ:

— показано, что применение глубокого ограничения перенапряжений в сетях СВН и УВН позволяет создать новое поколение электрооборудования переменного тока классов напряжения 500, 750 и 1150 кВ с габаритными размерами, близкими к ныне существующим образцам классов напряжения 330, 500 и 750 кВ соответственно. Полученные данные использованы при создании нового элегазового выключателя ВГУ-500С, внедренного на подстанциях 500 кВ Мосэнерго и Уральской энергосистемы, а также при разработке технических требований к новому поколению аппаратов 1150 кВ — ограничителю перенапряжений, трансформатору тока, выключателю, включателю-отключателю;

— найдены расчетным путем и экспериментально подтверждены основные изоляционные расстояния на преобразовательных подстанциях постоянного тока напряжением ±750 кВ. Результаты исследований использованы при проектировании и строительстве преобразовательных подстанций электропередачи постоянного тока напряжением +750 кВ «Экибастуз—Центр»;

— выполненные расчетные оценки с последующей экспериментальной проверкой дали возможность провести анализ перспектив создания оборудования переменного тока новых классов УВН, превышающих 1150 кВ. Показано, что применение принудительного распределения напряжения вдоль конструкций позволяет выполнить опорную изоляцию аппаратов 1800 кВ в приемлемых габаритах. Рассмотрена целесообразность снижения уровня номинального напряжения электрооборудования перспективных классов УВН до 1500 кВ.

5. Показано, что перекрытие опорных изоляционных конструкций под дождем при воздействии коммутационных импульсов положительной полярности осуществляется за счет лвдерного механизма. Установлено, что увеличение длительности фронта импульса, проводимости дождевой воды, сокращение строительной высоты изоляторов, особенно в нижней части колонки, низкая смачиваемость поверхности изоляторов, неудовлетворительная регулировка электрического поля с помощью экранной арматуры способствуют раннему появлению лидера и возникновению каскадных перекрытий, сопровождающихся снижением разрядных напряжений в пределе на 40%. С помощью метода критического коэффициента неоднородности электрического поля выполнены расчетные оценки электрической прочности опорных изоляционных конструкций при различной степени влияния дождя. Предложены рекомендации по оптимизации конструктивных элементов опорной изоляции, позволяю-

щие достаточно эффективно нейтрализовать негативное влияние дождя.

6. Показано, что за счет активизации разрядных процессов с заземленного анода при воздействии импульсов отрицательной полярности удается существенно ослабить влияние полярности напряжения на разрядные характеристики симметричных промежутков. Полученные данные позволили найти критерии оптимизации геометрических параметров искровых защитных промежутков, предложить методику их расчета и разработать руководящие технические материалы. Результаты исследований нашли практическое применение при создании коммутационных аппаратов — включателей-отключателей шунтирующих реакторов, внедренных на подстанциях 750 и 1150 кВ.

7. Прямыми экспериментами подтверждена приемлемость основных концепций электрогеометрического метода оценки поражаемости электрической искрой макетов наземных сооружений. Обнаруженная практическая равнопрочность промежутков, образующих многоэлектродную систему, позволила на базе положений электрогеометрического метода построить расчетную схему для определения вероятности поражения моделей заземленных объектов, где параметры области захвата находятся с помощью метода критического коэффициента неоднородности электрического поля.

8. Выполнены исследования по влиянию геометрических параметров систем с изолированным проводящим телом на вероятностные характеристики его поражения электрическим разрядом. Установлено, что условия для ориентировки нисходящего лидера, выбора точки входа разряда в тело и выхода из него складываются в начале сквозной фазы в верхнем промежутке высоковольтный электрод-изолированное тело. Обнаружено, что условие независимости результатов модельных испытаний в системах с различными межэлектродными расстояниями Б и неизменным отношением длины изолированного макета 1 к межэлектродному расстоянию Б обеспечиваются при равенстве отношения 1 к высоте ориентировки. Показана принципиальная возможность расширения диапазона изменения отношения ¡/Б от 0,1 до 0,4 и снятия диктуемого существующими нормами ограничения на этот параметр. Предложены количественные взаимосвязи между геометрическими параметрами систем, при которых вероятностные характеристики поражаемости макетов летательных аппаратов будут определяться, в основном, индивидуальными конструктивными особенностями моделей.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах

1. Volkova О. V., Koriavin A.R. Electrical strength of long symmetrical air gaps // WELC, Moscow, 1977, R.2.16, 19 p.

2. Волкова O.B., Заргарян И.В., Корявин A.P. О влиянии начального распределения электрического поля на разрядные характеристики защитных промежутков // Электричество, 1978, № 1, с. 64—66.

3. Volkova О.V., Koriavin A.R. Electrical strength of phase-to-phase air insulation in the light of gas discharge physics // III-th Intern. Symp. on High Voltage Eng., Milan, 1979, R. 52-07, 4 p.

4. Волкова O.B., Корявин A.P. Искровые промежутки включате-лей-отключателей сверхвысокого напряжения // Электротехника, 1981, № 5, с. 51—52.

5. Волкова О.В., Корявин А.Р. Устройство для защиты от перенапряжений // Авторское свидетельство № 835296, 1981.

6. Корявин А.Р. Минимальная электрическая прочность длинных воздушных промежутков с высоковольтным электродом различной формы II Электротехника, 1983, № 4, с. 23—26.

7. Волкова О.В., Корявин А.Р., Бурмистров М.В. Изоляционные конструкции преобразовательных подстанций // Тез. докл. к совещанию «Преобразовательная техника в энергетике», М. Информэлектро, 1984, с. 31—32.

8. Волкова О.В., Корявин А.Р. К оценке критических параметров импульсного напряжения для испытания изоляционных конструкций // Международный коллоквиум по высоковольтной испытательной технике, Ленинград, 1988, докл. III-24C, 3 с.

9. Волкова О.В., Корявин А.Р.,Слуцкин Л .С. Выбор внешней изоляции аппаратов переменного тока классов напряжения 500 и 750 кВ при глубоком ограничении перенапряжений II Электротехника, 1989, № 4, с. 19—24.

10. Корявин А.Р. Влияние принудительного распределения напряжения на разрядные характеристики опорных изоляционных конструкций // Электричество, 1989, № 4, с. 8—14.

И. Корявин А.Р. Инженерные методы расчета электрической прочности изоляционных конструкций высокого напряжения II Электротехническая промышленность, Серия 02 АВН, 1989, Обз. информ., вып. 10, 44 с.

12. Корявин А.Р. К оценке минимальной электрической прочности изоляционных конструкций II Сб. научных трудов ВЭИ, М. Информэлектро, 1989, с. 15—22.

13. Volkova О. V., Golovnya V.G., Koriavin A.R. Electrical discharge along post insulating constructions under rain conditions II 3-th Intern. Conf. on Properties and Applications of Dielectric Materials, Tokyo, 1991, R. F-14, 4 p.

14. Volkova О. V., Koriavin A.R. Determination of the probability of striking of concentrated objects by long spark // 7-th Intern. Symp. on High Voltage Eng., Dresden, 1991, R. 82-02, 4 p.

15. Volkova O.V., Koriavin A.R., Golovnja V.G., Almazov A.V. Electrical strength of ultra high-voltage post insulating constructions under rain conditions // 7-th Intern. Symp. on High Voltage Eng., Dresden, 1991, R. 44-03, 4 p.

16. Бирюков C.B., Волкова O.B., Корявин A.P., Пузырийский Г.С. и др. Коммутационные аппарата для ЛЭП 1150 кВ — выключатель и включатель-отключатель // Электропередачи 1150 кВ, Сб. статей, книга 2, М. Энергоатомиздат, 1992, с. 46—72.

17. Алмазов А.В., Волкова О.В., Евсеев А.А., Корявин А.Р., Цыгика-ло Г.В., Червяков В.А. Эксплуатационные испытания элегазового выключателя 500 кВ по отключению им индуктивных токов // Электротехника, 1994, № 8, с. 16—18.

18. Алмазов А.А., Волкова О.В., Корявин А.Р. Влияние длительности фронта импульсного напряжения положительной полярности на характеристики лидерного разряда в длинных воздушных промежутках II Электричество, 1995, № 5, с. 14—19.

19. Koriavin A.R., Almazov A.V., Volkova O.V. Calculation of electrical strength of external insulation for EHV and UHV bushings II 9-th Intern. Symp. on High Voltage Eng., Graz, 1995, R. 8374, 4 p.

20. Вариводов B.H., Волкова O.B., Ковалев В.Д., Козлов В.Б., Корявин А.Р., Остапенко Е.И. Перспективы создания нового поколения электрооборудования 1150 кВ, обеспечивающего высокий уровень надежности // Электротехника, 1996, № 8, с. 10—16.

21. Волкова О.В., Корявин А.Р. Внешняя изоляция электрооборудования сверхвысокого напряжения при глубоком ограничении перенапряжений // Электротехника, 1998, № 5, с. 7—10.

22. Корявин А.Р., Волкова О.В. Поражаемость изолированных проводящих объектов при разрядах в длинных воздушных промежутках// Электричество, 1998, № 5, с. 16—21.

23. Волкова О.В., Корявин А.Р. Электрическая прочность изоляционных систем с изолированными проводящими телами // V симпозиум «Электротехника 2010 год» — Перспективные направления в развитии энергетики и электротехнического оборудования в 2000—2010 годах, Московская обл., октябрь 1999, докл. 2.62.

Отпечатано 100 экз. Заказ ян. Типография МЭИ