автореферат диссертации по энергетике, 05.14.12, диссертация на тему:Исследование и разработка способов защиты нелинейных резисторов ограничителей перенапряжений от климатических факторов

л СИБИРСКИЙ НАУЧНО-ИССЛВДОВАТЕаЬСКИЙ' ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ ' (СибНИИЭ)

На правах рукописи

ИСДАМОВА ВИНЕРА ИЫАМОВНА

УДК 621.316.937.001.5'

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ ЗАЩИТЫ НЕЛИНЕЙНЫХ РЕЗИСТОРОВ ОГРАНИЧИТЕЛЕЙ ПЕРЕНАПРЯШЕНИЙ ОТ КЛИМАТИЧЕСКИХ 2АКТ0Р0В

Специальность 05.14.12 - техника высоких-напрязений

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Нсвоскоарск - 1994

. Работа выполнена в Институте'энергетики и автоматики Академии Наук Республики Узбекистан

Научный руководитель

- кандидат технических наук, старший научный сотрудник СУЛТАНОВ С.

Официальные оппоненты

- доктор технических наук, профессор КАДОМСКАЯ К. П.

- кандидат технических наук, старший научный сотрудник МИХЕЕВ В.П.

Ведущая организация - АО "СредАзЭнергосетьпроект"

■ А

Защита диссертации состоится " // " ¿&994г.

на заседании специализированного совета К 144(04.01 при Сибирском научно-исследовательском институте энергетики.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института. Адрес: 630091, г.Новосибирск, ул. Фрунзе, 9.

Автореферат разослан* " /г> " -.

1994г.

Отзывы в двух экземплярах просиы направлять по адресу: 630091, г.Новосибирск, ул. Фрунзе, д.9, специализкровбняый■ совет СибНИЙЭ; " '

Ученый секретарь специализированного совета к.т.н., с.н.е.

А. Г. 0 ЬСЯг-ЛИлОВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОШ

Дня широкого применения з энергосетевом строительстве ограничителей перенапряжений (ОШ)'необходимо обеспечить надедаость их работы в районах с различными климатическими условиями.

Расчетно-эксперименталькыми исследованиям« ре.7лс.;а работы оксидно-цинковых резисторов (ОЦР) 0ПН выявлена доминирующая роль в их "старении" величины длительно действующего напряжения и температуры. В условиях эксплуатации изменение этих параметров в ОЦР 0ПН связано с загрязнением и увлажнением поверхности покрышки, а в летнее время - нагревом за счет высокой температуры охрукающей среды (Т ) и солнечной радиации (О ).

Характер воздействия этизс факторов кз является повторяющимся во временном масштаба. Это означает, что для решения проблемы ограничения влияния комплекса внешних факторов на надежность ОШ необходимо более глубокое изучение вопроса. Осуществить это метено только проведением длительных испытаний аппарата или его элемента в естественных условиях. Следовательно» актуальной является тема диссертации, поезяденная исследованию .электрофизических процессов в ОЦР при воздействии на ОЛН высокой температуры окружающей среда, сошечноЯ радиации а осадков.

Основной целью работы является исследование реяима' работы . ' ОЦР ОПН при воздействии естественных климатических факторов, где под режимом понимается изменения на ОЦРнапряжения 50 Гц и температуры.

При этом ставились следущиз задачи:

I; Разработка методами измерения распргдеяакия напряжения и температуры резисторов- вдоль ОПН во вреда натурных эксперн-ментов. " ■ ' ■ '"/..'

2. Исследование теплового реякма ОЦР ОПН при воздействии на аппарат высокой температуры окруаайщей среда и солнечной радиации.

3. Исследование характера увлзднзкия повархностного.слоя загрязнения ОПН и распределения напряжения и температуры вдоль него во время осадков. .

4. Оценка срока службы ОЦР ОШ на бенозе результатов иссле-< дований и разработка способов ограничения' влияния солнгьной радиации и осадков на их старение. '.'"..•

Научная новизна

1. Разработана методика проведения стендовых исследований-режиыа .работы ОЦР ОПН. ■■ . •

2. ■ Обоснована и экспериментально доказана возможность су- , щественного перегрева ОЦР ОПН в процессе эксплуатации за счет '. воздействия высокой температуры окружающей среды и солнечной * радиации. •

3. Получета экспериментальные данные о электрофизических процессах в ОПН при увлажнении поверхностного слоя загрязнения во вр.еия естественных осадков:

- "установлен характер увлажнения поверхностного слоя загрязнения по высоте покрышки ОПН класса 110 кБ в зависимости от интенсивности и продолжительности осадков;

- выявлена зависимость распределения напряжения и температуры ОЦР ОПН от числа п места образования подсушенных зон и неравномерности распределения по высоте покрышки проводимости поверхностного слоя участков. . . 4

.4. Предложена методика оценки расходуемого ресурса ОЦР ОПН, позволяющая оценить срок службы ОПН с учетом возможных изменений РН и температуры вдоль-него во время эксплуатации.

Практическая ценность и внедрение.

1. Предложены экспресс-методы измерения распределения напряжения и температуры ОЦР ОПН в регкме натурных испытаний аппарата, в том числе и при воздействии увлажненного загрязнения.•

2. Определены основные характеристики поверхностного слоя загрязнения покршки, необходимые" для построения математической модели ОПН, соответствующей работе аппарата во время осадков.'-

3. На основе исследований режима работы ОЦР ОПН при воздей- , ствии климатических факторов показана принципиальная возможность применения новых типов загцитньос аппаратов в электрических сетях класса НО кВ Узбекистане..

4. Рекомендации. работы были использованы Минэнерго Республики Узбекистан при решении вопроса-приобретения, места устаноЕки и характера эксплуатации опытной партии ОПН.

Основные поло кения работы, выносимые на защиту

. 1. Методы измерения распределения напряжения и температуры вдоль колонки ОЦР ОПН, позволяющие достаточно просто оценить нагрузки на резисторы аппарата в рабочем режиме.

2. Результаты исследований я новые данные о электрофизических процессах в 01IH, о режиме работи ОЦР при воздействии высокого напряжения, высокой температуры окружающей среды, солнечной радиации, поверхностного загрязнения и естественных осадков.

3. Методика расчета срока службы ОЦР ООН на основе результатов стендовых испытаний аппарата.

4.> Принципы создания системы защиты ОЦР ОПН от влияния климатических* факторов и разработанные новые технические ресегаш в этом направлении.

Апробация работы

Результаты работы докдадьшались на научно-техшгческой конференции "Повышение надежности работы изоляции линии электропередачи и электрооборудования высокого напряжения" (Ташкент, -1986г.), Всесоюзной научно-технической конференции"Создание-комплексов электротехнического оборудования высоковольтной преобразовательной, сильноточной и полупроводниковой техники" (Москва, 1990г.).

Публикации

Результаты выполненных исследований отрзлены в 10 статьях и а.с. СССР.

Структура и объем работы

Диссертация объёмом 122 страницы машинописного текста состоит из введения, четырех разделов и заключения; содержит 41 рисунок, 13 таблиц, список использованных источников из 73-х наименований и три приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ ' •

В о введении' обосновывается актуальность теш диссертации, ^формулирована-основная цель и задачи исследований, приводятся краткая характеристика полученных результйтов и основные положения, выносимые на защиту.

Ь перво.м разделе праведен анализ известных методов и результатов исследований режима работы ОЦР и ОПН в'целом. Здесь же на примере макета ОПН класса 110 кВ рассмотрен принцип создания физической модели аппарата для проведения экспериментов и приведено списание испытательных стендов.

Обзор результатов известных работ показывает, что исследованиями определена лишь роль основных факторов, за счет действия которых со временем в ОЦР происходят изменения в структуре мате-

риала. Б этих работах, основанных на лабораторных экспериментах б климатических камерах, недостаточное внимание уделено.роли • естественных факторов, обуславливающих; изменение распределения напряжения и температуры-вдоль ОЦР, надежности ОШ в целом в процессе эксплуатации.

В районах с. жарким климатом, подобных Узбекистану, на электроустановки наряду с высокой температурой действует еще и солнечная радиация. В зависимости от параметров потока солнечной, радиации и световой восприимчивости материала объект дополнительно нагревается. Для ОГН дополнительное повышение температуры поярьлп-ки означает снижение тепяоотвода с поверхности покрышки и нелинейных резисторов, что приводит к перегреву этих резисторов и как следствие - к сокращению срока службы ОЦР и ОШ в целом.

Другкм малоизученным вопросом остается роль естественных осадков в изменении параметров поверхностного слоя грязи и характера распределения напряжения и температуры вдоль ОДР ОШ. Известные методы испытания загрязненных ОШ имитируют лишь частные случаи увлажнения аппарата и не предусматривают исследование распределения напряжения по резисторам.

В настоящее время вопросы распределена напряжения' вдоль '01Ш при неравномерном характере -увлажнения поверхностного'слоя пытаются изучать, расчетным способом путем анализа с помощью ЭЦВМ уравнения состояния аппарата. Расчетный способ, являясь нетру-доемккм и позволяя с хорошей точностью оценить характер РН вдоль ОДН для отдельных реяиков его работы, не дает ответа на вопрос . динамики, величины иапрягсешгл ка'СЦР к их температура при' осадках, а такие длительности работы аппарата при том -или ином режиме".

Необходимо отметить, что измерение РН'в ОДН в условиях эксплуатации, 'а тем более во время осадков чрезвычайно .елогдао, но оно.возможно при Стендовых испытаниях. Для этого требуется разработка методов, позволяющих оперативно измерить напряженно на участках аппарата. .

Исследование зависимости-характеристик ОЦР ОШ от реально воздействующих на аппарат климатических факторов бесспорно имеет научно-практическое значение. Однако, не менее важным является решение проблемы по ограничению влияния этих факторов на режим работы ОЦР к надежность ОПН в целом. В связи с этим возникает за дача разработки новых технических решений по существенному ограничению влияния высокой температуры, солнечной радиации и увлаж-

?

ненного загрязнения покрышек на реяш работы ОПН с целью повыае-ния надежности этих аппаратов при их эксплуатации в условиях, подобных Узбекистану.

Таким образом, приведенный в этом разделе материал позволяет сформировать задачи исследования, необходимые для достижения основной цели диссертации.

Разработанный для проведения исследований макет ОПН-ИО высотой 1,23 м состоит из четырех параллельных колонок ОЦР диаметром 28 мм, помещенных в фарфоровую покрышку с внутренним диаметром 112 мм и коэффициентом формы сребренной поверхности 2,3. Свободное пространство «езду боковой поверхностью колонок и внутренней поверхностью покрьшхи было заполнено кварцевым песком. Расчетные значения тепловых постоянных: эквивалентный коэффициент теплоотдачи с поверхности покрышки 10*12 Вт/град м^ (у оригинала 13*17 Вт/град fг)\ тепловоз сопротивление» 33 (31) град/ Бг м и параметр O-tP-ï- = I,cxI08(3xI0 ) >2хЮ7 показывает, что у изготовленного макета обеспечивается условие теплообмена резисторов с окруяавчей средой з автомодельной области. Для загрязнения покрышки макета была использована бентонитовая пульпа, обеспечивающая удельную поверхностную проводимость'участков в пределах 10420 мкС'м.

Макет был установлен на открытой площадке стенда- для комбинированных испытаний изоляционных конструкций и электрически: аппаратов на расстоянии не менее 1,5 м от заземленных элементов' стенда. Высокое напряжение подавали от испытательного трансформатора ИСМ 100/100. Сигналы от измерительных шунтов по коаксиальным кабелям (РК-250) передавались в кабину, где были расположены регистрирующие устройства. .-

Второй раздел работы посвящен метбдам исследования FH и температуры ОЦР ОПН. Ввиду резкой нелинейности вольт-амперной характеристики ОЦР широко известный метод измерения РН с помощью гаарозого разрядника для ОПН становится неприемлемым. По указанной причине в условиях поверхностного загрязнения, когда токовые соотнопения в элементах вдоль ОПН существенно неоднородны, измерения РН с помощью неоновой-лампы'таете-нэ позволяют получить истинную картину. Поэтому в работе была поставлена задача разработки методики, позволяющей во,время осадков оперативно, с малой погрешностью измерить напряжение на участках ОПН. Для этого за основу был взят метод непосредственного измерения

с помощью делителя напряжения. При использовании этого метода.измерительная 'система увеличивая проводимость шунтируемого участка, в целом изменяет PH. Ь целях учета этой погрешности, согласно разработанному способу (b.c. СССР №1390576), измерения напряжения на участке OÍS производились поочередно делителем с проводимость» У» и V¿, т.е. измерялось напряжение ыезду К-тым узлом и заземленной точкой аппарата при двух значениях проводимости делителя напргаяения. Искомое значение напряжения Uy рассчитывается по формуле

п ~ Uk'UK?- (Y'-YZ)

utí sz——-- . , т.

UkiHi - UK£ Ул (I)

В диссертации приведено описание устройства делителя напряжения, специально разработанного для реализации идеи; на основе сравнения измеренных и расчетных значений ¿/к вдоль макета ОВД показана приемлемость этой методики для исследования РН в аппарате.

С помощь» этой методики во время испытаний за 3-5 минут удавалось измерить напряжение L¡r в песта точках 0Ш. .

В ряде случаев (ливневый доздь, непрерывные разрядные процес сы на поверхности покрышки, сложность изготовления модели ОГШ в соответствии с новым техническим решением и т.п.) с помощью рассматриваемой методики сложно было определить РН в ОЛН, и расчетный способ оказывался единственно приемлемым для решения задачи.

За основу расчетного способа определения РН в ОЛН был принята ранее разработанный метод анализа уравнения состояния вентильных разрядников. Отличав заключается в тем, что в работе используете; новый вид аппроксимации вольт-амперной характеристики ОДР . JUv¿)

io = w ,. ■ á ¿ - •

- ^êavZJ- 6/Uo — Bzlio +■ &3U0 -fUvz)

который позволяет с хорошей точностью рассчитать ток через' резистор при напряженки' UQ = О,U-1,4 кВм. Удобство формулы (2) заключается еще и в том, что при постоянстве коэффициентов Б (8,7; 14,33; 6,3) путем придания значения параметру ¿f = 7,48 или 6,48 .можно рассчитать ток I как для новых, так и для соста-ривиркся в результате длительной эксплуатации дисков ОЦР диаметром 28 ш.

Для измесенмя температуры ОЦР (1'г) в качзстзе датчика был ■ г.ы£с?л точечный тесморезистср тип?- !СГ1-173. Установлено, что погрешность измерения Т в основном определяется зоэдувнымл включения:/:1. в аске хонтактА, разницей ч температура* объекта и окружающей среды и изменением Т за время бестоковой паузы.

для иекяичекяя' %оэдуазшх вкдачзкий л сведения до шнкмукз погрешности изуерзни? датчик к бскоэсй поверхности диска СЦ? был гпзшссеплен с помощью клеящего состава с добавкой пудры из материала резистора, а к поверхности фарфоръ - с добавкой цементной . мессы.

¿ля учета влияния температуры окружающей среды 1'0 на Т тем-песатура Т измерялась с помощью однотипного датчика, установленного вблизи основного датчика. По результатам измерений искомое значения Тр определялось по найденной з ходе градуировки датчиков формуле г

(3).

где - сопротивление основного датчика; 3 = 0,998, а я м В - постоянны;? датчиков.

5о время замера ? екзода датчиков выводились нарушу через отверстие малого диаметра в толе покрывая. Ето г»э отзерстиз слу-лтило для контакта делителя напряжения с некгролькъеэт ОЦР макета ■ и11К. Для исключения перекрытия с поверхности покрыпка на ОЦР в • каздое отверстие встраивалась фарфоровая трубка, поверхность выступающей части которой (50+60 мм) обмазывалась гидрофобной пастой. • •

Экспериментальные и расчетные исследования ре.-има ОЦР 0Ш проводились в следующей последовательности. - '

Ь хода испытаний макет ОГК постоянно находился под испыта-толышм напряжением. Катщые 1-2 часа работы он отклкчался от напряжения V, оперативно, за 2-3 минуты'производились замеры йа датчиков автоматически - цифровым вольтметром В7-35. Перед отключенном и сразу после подъема напряжения на объекте по известной схеме на потенциале земли измерялась величина тока через резисторы. В несколько иной последовательности проводились испытания загрязненного ОиН. Нормально макет находился в зачехленном состоянии. Задолго до начала осадков снимали чехол и подавали испытательное напряжение величиной 55 кВ, В тех случаях, когда начало экспериментов совпадало по времени с осадками, для предваритель-

ного прогрева ОЦР на макет подавали напряжение величиной на 10415% Превышающей рабочее напряжение и выдерживали 30*40 мин, . а затем, сняв чехол, проводили эксперимент при напряжении 55 кВ. Через каждые 40*100 мин, предварительно измерив ток через резисторы Гр, макет отключали от напряжения и измеряли сопротивление термодатчиков и поверхностного слоя грязи участков, для чего поверхность покрышки 'с помощью бандажей была разбита на семь зон. Измерения РН производили в зависимости от обстоятельств, т.к. измерения ик по описанному способу при поверхностных разрядах не'имеет смысла, а во время ливневого доящя - опасно. Для этих моментов характер РН определяли расчетным путем с использованием результатов замеров сопротивления поверхностного слоя.

В ходе экспериментов величины фоновых токов через ОЦР и поверхностный слой Ху измерялись с помощью прибора В7-35, а во время поверхностных разрядов они записывались на ленту самопишущего прибора.

Контроль температуры окружающей среды, интенсивности осадков и скорости ветра производился с помощью ртутного термометра, плювиографа и анемометра.

Специальными экспериментами установлено, что за время бестоковой, паузы снижение температуры ОЦР макета составляло-не'более 0,5°С при его испытаниях летом и не более 2°С - весной и осенью (во время осадков).

' Третий раздел посвящен-исследованию влияния климатических факторов на режим работы ОЦР ОПН. В нем основное . внимание уделено перегрузкам по" напряжению и температуре ОЦР ОПН класса НО кВ при воздействии высокой температуры Т0, солнечной радиации и увлажненного поверхностного загрязнения. Здесь же рассмотрен новый подход к.исследованию процесса старения ОЦР ОПН и О оценке их срока службы. т *

Температурный ре&им ОЦР ОПН в у с -л о в и я х жаркого климата Уэбекиста-н а. Проведены более -170 экспериментов для изучения комплексного влияния высокого напряжения ио = 0,8+1 кВм, температуры Т0 = +20т+42°С и солнечной радиации О = 400+980 Вт/лГ на те.'.отературу Т и перегрев (Л Т=Тр-Т0) ОЦР.

Установлено, что за счет действия прямого потока солнечных лучей поверхность покрышки ОЛН перегревается в среднем на 4°С

(весна и осень) и'5,5°С (лето) против 2*3°С в отсутствие солнечных лучей, что приводит к повышении нагрева ОДР за счет мощности потерь, которая неравномерна по высоте аппарата (0,08+0,01 Вт/см) вследствие неравномерности ?Н 50 Гц, а это, в своя очередь, приводит к повышения температуры резисторов Т - перегрев 0ЦР, расположенных в нижней части макета ( Ц^ = 0,0*0,7 кВм) составил 2-3°С, а в верхней части ( ио = 0,8*0,9 кВм) он доходил до 8°С.

В таблице I приведены результаты обработки экспериментальных данных для различных значений максимума температуры в сутки, где П - количество экспериментов; <£ - среднеквадратичное отклонение в %; ~Ьп- продолжительность работы ОЦР в режиме Трм>+210С; К^, -коэффициент, характеризующий интенсивность старения ОЦР по температуре за единицу времени, равной, например, одному часу при неизменной величине действующего напряжения ¿/0*.

и — С 20 (¡7 — )

с-Трм с.Трп

где ~Ь - срок службы ОЦР, рассчитанный по уравнению Аррениуса при температурах *20°С,- Трм и Трм.

■ . Таблица I Статистические данные ракима работы СЦР ОПН-ИО при воздействии солнечной радиации .

ом'°С ! П с£ Трм, 1 ¿/7, г

20*25 18 475 25*30 5,9 •2.3 ' .6,2...

39 23 1,5 • ' 38

25*30 39 550 32*37 ' 6,7 • 3,8 10,3

'35 . 18,2 2 27 .

30*35 70 _636 зГ 35*42_ ~ 16,7 7,1 2,8 13^4 • 20~

35*40 48 645 ~ 32 _44*48_ "5 ~ 7,6 _2х§_ 3,3 17 15

^ 40 15 662 30 47*49 "з 7,7. 9 3,7 ' 20.5 II

Анализ полученных данных: погсазкЕает, что в климатических •условиях Узбекистана величина перегрева ОЦР ОЩ-ПО в период весна-осень находится в пределах 5,54у,70С. Длительность работы СЦР в режиме Т >+21"С изменяется от б до 20 часов в сутки, ари этом в отдельные часы действие высокой температуры Т к солнечной радиации обуславливает рост интенсивности старения СЦР до 9 раз, а среднее значение этого параметра за сутки до 1,4 в весенние и осенние месяца года 5; до 3,4. - в летнке иесяцы. Ь ходе экспериментов была отделены также зависимости

где ^ - азимутальный угол ориентации ОЦР на солнце, V - средняя скорость ветра во время эксперимента. Показано, что из-за направленного действия солнечных лучей ОЦР з колонках по периметру ОЛН работа»1? в разных режимах - на теневой стороне СлИ л-,, 4. п-^С. Даже слабый ветер способствует теплоотведу, заметно улу'г-ал реким работы ОЦР макета - при 5 м/сек действие солнечной радиации на температуру ОЦ? 0Ш практически сводится к кула.

Установлено, что при перегрузках ОЦР по каар&к&фйг на 15-20/с действие солнечно)-: -радиации на 0Ш обуславливает их перограв, достигающий 10*12°С. .

Характер у в л а е н е н а я аоверхно г т -н ого с л о я з а г р я о к е н и к ОЩ п р а о с а д-г а х не изучен а поэтому щгл расчетных исследованиях раз::.;;: работы ОЦР, как правило, ярккеняется чисто усяоььае знзчеккк ооьер-хнсстного .сопротивления участков яскрьжж. Б доссертащв аригедо-аы результаты анализа экспериментального соото&^ега кз

945 точек замеров Яп1 • Установлено, что время сншгеи&» Я/« до минимума в зависимости от • интенсивности и продолжительности осадков изменяется в пределах 0,5-6" часов, где нижнее значение соответствует случаи.! ливневого дсеця, а верхнее - случаям тумана, мокрого снега и продолжительных моросящих дсадей. При иалей дли-. тельностн (менее 30 ш) и интенсивности (менее 0,1 куки-:} осадков вдоль пути утечки 0Ш не успевай? образовываться локилыае . подсупенные к увлажненные зоны.

Анализ 660 точек замеров ЯпС > полученных в ходе ¡экспериментов при длительности осадков более 40 мин, показал:

- в 12 случаях (из 41) воздействия осадков на загрязненной поверхности покрышки образовывалась одна подсушенная' зона, а а

19 -лутаез ссчдкоэ), 7 (ITS) а 3 (t'S) случаях - ссО'-гг:с:-¿•еява £ :? 4 я-глсуетшпсс зс-f: лржггяо i?Cvi елучл.с: олга zzn дэе ясг.сузгзннкг ппг.- ^разогнались з рзГо.че терхкгго блскя СДР. '•гак.т: г-екс^сггерисогь •г.чбадца.'гагь з основмсг-? npt «с::г-сл? с»!».-» :г :-!орсс.т"~ дсгулггх • гтрз лизнег^х дсглях место сэразогмыт яазоуггк-ж? -ген по ьысот? ГГ0К2-ЗЗИ носило случайней хпрактеп.

кгэю яол'.гтествзняо з^разигь уст^ноз^^'жч з' pi:"? г-кгреггл-'г ¿у сдельного пс?ерхксстястс :спроти;-лг№!Л j/vncrnsz.? по высотз'пскрьзг-! Готн. en Л:

... 0,9(1,5) Т.Гз(8,9) 1,1(5) 2,5(14)" 2,о(8) " 3,3(13,о) :,: (5 >

... 0*0,1 0.1*0,25 0,2540,4 0,440,55 0,55*0,7 0,?г-0,» 0.3*1,0,-

гдд :. с::п5тспх гочгзаво иакслуально«? значечне й , a otcwr //«t rpahurr '-дст.-сез ведется с ;;,;:--него фланца.

• л с п п - д 1 л ■? н и 9 н а л р л г. 5 н .4 я 3 7 1' ." ■ поратури ОЦ;' s д о л ъ 0*Ы л р и : з з д е J i .! "i о з о :: о с ™ н о г о с о л ? л г 2 д з и s -п ч ~ чз7".глсс\> ю носто;п;аго axcnew.eKTw'iit s »».«>"..

:icj:vccT3e;iKoro туманя писо xccseh-ло nyre-i- аязлкс^ уу^-лекдя.

г.птасата. г .-зссергацкл приводятся результаты :'селедсз?а::;:м еопооса лсл coaiKax, :ситср;;о отгзлсав? рас« иЦ? >-:-Н, сеста*?р:з; -ггий усяоэшш згсгалуатаиия. -¿сказано, что ♦:аиболы::?л керакком^у-вооть уздиггненкя' поверхностного слоя (Кр -.^с-кг--Pl^uh ' • грузча по надпллгкдто (CL L'0 ), току и тешературэ iu?

Oid создается at« длительных осадках - лги мокрой снег? л {'Гйбл.а?. При Т7."1>:з ввиду его чепродоязательнсегд сугцестаенких P8-5SIT730S Ш? дагегта ООН пз б'/.по отмечено.

¿s&nts« 5

Ьлчжке осад коз на реякм рьбеты ОЦР ОШ

I ' 1 Пролатет- ! -1 ' ' Вид осадка I Кол-по 1гельность, I /if \±y,uhlip,v.k\ _____J___? ;.:;м__|__1_'_______j_____

_2г4§ _*SL JL

195 " ~I8_ ~5 3 20 204200 2+25 7 2J ¿¿20

Дсзць 31

Мокрая снег 7 ~XI5 "1" " 2ГГ 14_

115

70-120 2 >15 2*12

Примечание: в знаменателе указаны средние значения параметров;, б 5-м и 6-м столбцах в числителе - наибольшее значение tokos при nczepxHOсткых разрядах.

При 3TC.V? наибодьпйе перегрузки по напряжению и температуре на ЩР возникают при образовании вдаль пути утечки одной или двух подсушенных зон О'абл.З).

: Таблица 3

Влияние числа подсушенных зон на режим работы ОЦР ОПН при загрязнении

! ■ Число подсушенных зон

Параметр !-

_ IX tg I 3 1 4

ä измерен. ! 1,Зо 1,22 1,14 1,09

5. расчете. I 1,30 1,25 1,17 1,12

¿Трм,°С I 26 15 10 6

Наибольшие значения бросков токов Ту и 1р наблюдались при ливневых дсядях. Продолжительность работы ОЦР ОПН в режиме непрерывных разрядных процессов колебалась в пределах 10-20 мин и именно после этого отмечался резкий рост температуры Т . Анализ хронограммы токов 1у и 1р показал на наличие корелляционной связи между ними: коэффициент пропорциональности получился в пре-' делах 0,15+0,22, где меньшее значение соответствует случаю образования нескольких подсушенных зон, а большее значение - образованию одной зоны вдоль пути утечки.

Установлено также наличие связи между показателями Kj> и Кц иопим I Кр и &U (наибольшее отклонение кривой РН

от линейного, в %), а также Kj> и Для макета OxJH—НО зна-

чение эмпирического коэффициента корелляции оказалось в пределах 0,643-0,73, а вид уравнений регрессии для значений Kj> = 1+70 получился следующим:

&ТРм -0,87 Ks + 5 Ки = 0,02.5 Kf+t У (4)

л U - 0,2.8 Kf

С точки зрения влияния увлажненного загрязнения на срок службы СЦ? СШ оольпой интерес представляет длительность их работы в рмиме перегрузки. Анализ большого числа полученка зависи-

мое гей лТсм =/( ia) показал, что при воздействии осадков ка загрязненный 0Ш_для ОДР можно прикипать симметричный график нагрева и охлаждения относительно времени прекращения осадков. При это» зависимость мевду величиной напряжения, действующего на ОЦР г единиц;/ времени, равной одному часу и его температуры аппроксимируется выражением вида

Тр = 10 , где <* = I4,28^(i,I8 UQ). (5)

ОЦЕНКА ЬДЙЯНШ гЕАЛЬНЫХ ПЕРЕГРУЗОК СЦ? 110 НАПРЯS5ÜK И

ТШЖРАТУРЕ НА ИХ СРОК ШШ.

С ломошью уравнения Аррениуса-Дакина сложно определить вгемя выхода из строя ОЦР при изменяющихся во временном масотабе хпрах-тере воздействующих факторов, т.е. U а Т . В связи с этим в работе предлагается новый подход к изучению старения ОЦР, по сути дела, являющийся развитием идеи расчета исходного и исчерпываемого ресурса СДР по токовым воздействиям (H.H. Тихсдеез и С.С. иур) теперь уже применительно к температурным воздействиям, т.е. если

/ -г'3 I

допустить, что ¿1 Tpi = cor/sc , то можно записать

= £и КW*i)Tpl , (6)

где i I - число часов работы ОЦР в год з редиме - U0i /U,oo ( Uioo - напряжение на ОЦР при токе 100 А) и tpl ; - кезффи-циент, равный 2,5 для ОЦР с d = 23 мм; К( U*l) - коэффициент, учитывающий интенсивность старения ОЦР в зависимости от йг-

Ъ диссертации на основе анализа криво* "жизни" ОЦР, полученной в лабораториях разных стран, обоснована приемлемость такого подхода для оценки срока службы ОЦР и приводятся найденные выражений для определения значения коэффициента

1 j \

■ . к IIWJ=«'<5K"';

и исчерпываемого за.сутки единичным резистррем ОЛН ресурса { QB ) при Uai ~ 0,54 в зависимости от ±сг!

S0= I05UTca -В), где Л* 0,С5т0,06 и В - 1+1,1.

Анализ результатов исследований с пемощьа выражения (6) показал, что в районах с жарким юншатом при чистой поверхности покрызки CIIH около расходуемого в год ресурса ОЦР с U+1 5-0,г>4 психодится на летний период. Причем действие солнечной радиации проявляется э увеличили 0асч примерно на 4«?. Прлмзнктель-

.40 к

Cui-IIO с 0"Д? с показателе:.', качества 0,63 (отклонение н-злря-

гг.*

г.еи;:я ка ОЦг' при токе I мА к'U,ca ) при ¿4^0,54 к дТ. прогнозируемый срок слукбы оценен ь 70 и более лит, а при U^iss 0,6 - порядка 20 лет, что отвечает предъявляемым требованием к надежности аппарата. Б связи с этим сделана зз-слэтЕние с возможности использования в климатических условиях Узбекистана аппаратов OiSi-IIO в система эещаты изоляш»: линий электропередач;-: от перенапряжений.

Б работе ка основе анализа результатов испытаний макета ОПН-110 при осадках дана оценка влияния загрязнения на срок скужбы ОЦР. Установлено, что токовые нагрузки на ОЦР при поверхностных разрядах практически не влияют на пропускную способность OLP, тогда как йовыхенае при этом Î заметно увеличивает £ . Ь табл.4 приведены результату обработки экспериментальных данных, где в строке, соответствующей коэффициенту перегрузки по напряжению "CL" в числителе указан интервал для времени действия осадков (верхняя граница) и времени посла прекращения осадков Чни&няа граница), а ь знаменателе приведен;-: зшхченкя параметра, рассчитанные с помоцьо формулы (5).

Таблица 4

Влияние загрязнения на режим работы и старение ОЦР Qi'ih-IiO при осадках .

»¡лр&метр Î т рм'

! 10+20 ! 20+30 ! 30+40 î 40,50 î 50+60

■é[ î час 140 ' 66 40' 10 2

частость 0,5 0,23 0,14 0,04 0,007

а LJ+i^a з 1,28+1.4

1,21 1,25 1,23 1,31 '. 1.32

27,5 133 227 160 46

Ьндно, что окало 50$ времени действия осадков перегрузка по напряжение у отдельных ОЦР аппарата составляет в среднем Ни;- и их температура повышается не более, чем до +20°С, а доля исчерпываемого ресурса составляет порядка суммарного в год за счет фактора загрязнения. При неблагоприятных случаях уьлалиеник псверхностнсго^слоя (вероятность менее 4«) у отдельных ОЦР создается режим с О.* 1,3 и ТрМ = +4и++оО°С и они в течение часа рабе-

ты исчерпывает примерно столько ге ресурса'.

Таким образом, результаты исследований позволяет говорить о том, что при воздействии на ОЛК-ПО поверхностного загрязнения и осадков наиболее нагруженные по напряжению и температуре ОЦР (вероятность состояния равна 0,8) исчерпывает в год ресурс порядка /

0КСЧ = 0,8x1,ТхсхЮ^~ бхЮ1, где коэффициент 1,7 введен для учета влияния нэ зарегистрированных в ходе исследований осадков (например, в ночное время) с продолжительностью более одного часа. Тогда, приняв за ссьог; .-.»зче-ние исходного ресурса СЦР с с1 = 23 мм порядка (1+3)х!0- - определен на основе "кривой жизни" ОЦР с показателем качества С,69* 0,71 - можно получить минимальный срок слухбы ОЦР 0114-110 в условиях эксплуатации в районах с ггрким хлиматом и атмосферными загрязнениями порядка

£ ________

7,5+22 года,

т.е. поверхностное загрязнение уменьшает срок слузСы СЦР белее чем в два раза.

В четвертом раздело рассмотрены вопросы эффективности известных и новых технических решений по ограничению влияния климатических факторов на характеристики Лскала-но, что проблема в принципе разрезвдаа, если дополнить конструкции аппарата новыми элементами типа защитных обкладок н конденсаторов .для е.мкостноЯ шунтировки 'участков колонн ОЦР.

При введении в устройство токопроводяцах обкладск, например, в виде двух цилиндров высотой насколько меньшей псяудлиш колонн ОДР, установленных на расстс.тккн меэду их боковой псверхносчьс л поверхностью покрышки, каждый из которых гальванически соединен с соответствующими фланцами, удается существенно ^ограничить действие поверхностного загрязнения на РН по ОДР: О.- 1,141,13 (результат расчетных исследований для случаев

Однако у этого варианта ОШ за счет влияния на РН сайта обкладок ОЦР в неохваченной экранами части колонн псстоягшо р-абстают в перегруженном режиме. Поэтому для выравнивания Рй вдоль ОНИ предложено эту часть колонны ОЦР пунтирзвать дополнительным конденсатором с величиной емкости, определяемой в зависимости от со-

отношенм С'/С , где С* и С - емкость сьязи кеэду о •сраной а Р Р

честью колонн ОЦР, схваченной им и проходная емкость дополнительного конденсатора (а.с. СССР'Ш02977 МНИ К 01 Т 4/20, H 01 С 1/06).

В работе предложен и другой вариант ограничения влияния поверхностного загрязнения на рег.им работы ОЦР ОПН (а.с. СССР H4I7C45 [¿КИ H 01 С 7/12, H 01 Т 4/20), согласно которому колонны СЦ? по всей длине окружены системой т он спр сводящих обкладок в виде усеченных конусов небольшой высоты и установленных с зазором друг относительно друга. Зги обкладки, обладгш конденсаторной емкостью, создают промежуточную цепь, воспринимающую на себя и осла-блкь-щу!) действие поверхностного загрязнения на РН по ОЦР. Преимуществом этого варианта технического репения по сравнению с зыке-рассмотренным является исключение прсбоя мезду краем обкладки и поверхностном слоем грязи.

Ь работе эффективность предложенных технических решений по части обеспечения равномерного'РН по ОЦР ОПН обосновывается соответствующими результатами расчетных и экспериментальных Исследований ка действующ;« макетах.

Ь диссертации показана таюке возможность исполнения таких' конструкций ОПН и многоэдементньми, для которых в целях исключения прямого попадай;«: токов Jy через промежуточные фланцы ео внутренне цепь предлагается (а.с. .СССР »1461332 Шй H 01 ï 1/00) эти . фланцы экранировать тонкостенным диэлектрическим кожухом по торцам сцэплякщегося с нижним и верхним ребрами смежных элементов.

Недостатком рассмотренных выше устройств является то, что действие солнечной радиации на режим работы ОЦР ОШ остается в силе. Б целях ограничения отого фактора предлагается выполнять устройство без каких-либо дополнительных элементов внутри, а снаружи его защитить системой тонкостенных диэлектрических кожухов, устанавливаемых кенцентрично и с зазором по отношению к боковой поверхности покрьшки (а.с. СССР .VI8I2568 МКИ. H 01 С 7/12).

Ка основе результатов специальна экспериментов на стенде были выс'раш формы кожухов (конический), их высота (0,2*0,3 м) и угод раствора (25*30°), а также показано, что при Т = +37+ • 41°С перегрез резисторов не превькает 3+4°С, а значение сопротивления Rni во время осадков получается на порядок вше, чем при прямом попадании капель влаги на поверхность покрьшки. Б диссертации приводятся соответствующие рекомендации для практической реализации реления проблемы ограничения влияния солнечной радиа-

ЦИК и поверхностного загрязнения на резим работы Щ? ОНН.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Разработаны способы оперативного контроля распределен;« напряжения, те?.шературы вдоль колонки нелинейных рех;сгороз СШ при его испытании з условиях воздействия реальных климатических факторов.

2. Разработана методика и проведены исследования на стенде рег.жга работы резисторов ОШ масса НО кВ при частой и гагсяэ-неннсй покрыаке.

3. Изучены закономерности нагрева и охлагцеьая резисторов ОПЙ при приложении напряжения различной величины и естественнее ходе изменения температуры окружающей средн и солнечной раутам. Показано, что з климатических условиях, подобных Срс-.^кей -V?;:;!,

за счет солнечной радиации дополнительный перегрез оксидно-цинковых резисторов ОШ составляет 4-5°0.

4. Проведены исследования характера увлажнения по высоте локркшкл ОШ' поверхностного слся г:лзи эо время естественных осадков. Определены потешцюльние участки частого оСр^свгтл 'ОД~ супенных зон здоль пути утечки в з&висямостз от эида л интенсивности осадков.

5. Получены статистические данные об уровне перегрузка по напряжению к температуре резисторов СШ класса ПО кВ ъ згл-ис/.-мос1и от продолжительности осадков, места и числа обралс£аю:х-ся при этом подсушенных аон.

6. Исследовано и развито понятие "исходного ресурса" схсвдно-цинковых резисторов ОШ по фактору текпературкьк воздэйствай, на основу которого проведена оцэшш влияния солнечной радиации и Увлажненного загрязнения поверхности псксьгахи на срок службы ргзка~ тсроз ОПН класса 110 кВ.

?. Исследована -объективность конденсаторной вунтирозкя резисторов ОПН и их экранировки от поверхностного слся загрязнения системой токопроводя^их обкладок. Показано, что цель иохет бить достигнута при комбинации этих способов, з соответствии с чем предложены новые технические решения.

8. Предложен ноьый способ ограничения влияния солнечной радиации, загрязнения и увлажнения на режик работы резистсрсэ Счй путем окружения его пс высоте системой диэлектрических ксжухсп.

Показано, что у такого варианта исполнения СШ, перегрев резисторов при температуре окружающей среды +37++41°С не превышает 4°С, а значение поверхностного сопротивления участков покрьыки во вре-кя осадков получается на порядок выше, чем при отсутствии диэлектрических когухСЕ.

Основные волозения диссертации отракеш в следующих публикациях :

1. Султанов С., Исламова В.И. Исследование процесса увлажнения загрязненных покрылек вентильных разрядников и 0Ш. // ¡¡овы-шение надежности работы изоляции линии электропередачи и электрооборудования высоксго напряжения. / Тезисы докл. н.-т. конф.,

- Оаасенг, - I9tiö. - с. 75-77,

2. Ислакова Б.И., Султанов С. Исследование эффективности использования электростатических экранов в ограничителях перенапряжений. // Создание комплексов электротехнического оборудования высоковольтной, преобразовательной, сильноточной и полупроводниковой техники. / х'езисы докл. 11-й Всесоюзной н.-т. кнф. Часть I. - Москва, - I9ö9. - с. 9-10.

3. Кудратнллаев A.C., Исламова Б.И., Султанов С. К вопросу выравнивания распределения напряжения в ограничителях перенапряжений. 'lau ей. с. 30-31.

4. Стендовые исследования теплового реяима нелинейных резисторов 0Ш-1Ю / Исламова В.И., Юлдаыев А.К., Султанов С., Кудратнллаев A.C. // Электротехника, - 1УуЗ. - .VÖ. - с. 57-о0.

Ь. Исламова Ь.И., Султанов С., Юлдаиев А.К. К вопросу исследования теплового реяима нелинейных: резисторов ограничителей пере-

налрюкениЕ // УзбехскаЯ жури. "Проблемы информатики и энергетики".

- - ■

6. A.c. СССР ;; 1302977, МКИ Н 01 \ 4/20. Устройство для защиты от перенапряжении / Султанов С., Исламова Б.И. -4с.: ил.

7. A.c. СССР .«390&76,. ШИ 4 ff 01 29/ОЬ. Способ измерения распределения напряжения на диэлектрике / Султанов С., Исламова Ь.И. - 2 е.: ил.

Ö. A.c. СССР .¥1417045, МКИ Н 01 С 7/12. Устройство для защиты от перенапряжений / Ислаыоза В.И. и др. - 2 е.: ил.

A.c. СССР .\I4oI332, МКИ Н Ol Т i/ОО. Вентильный разрядник / Исламова В.Н. н др. -4с.: ил.

10. A.c. СССР »I0II255Ö, -КИ Н 01 С 7/12. Устройство для задать. ст перенапряжений / Исламова В.И. и др. - о е.: ил.

- „ • . • <. V 1