автореферат диссертации по энергетике, 05.14.12, диссертация на тему:Разработка технических средств и обеспечение безопасности ремонтных работ под напряжением на ВЛ СВН

СИБИРСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

„ _ _ л „ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ

Р Г Б ОД

1 з МАЙ ШЬ

На правах рукописи УДК 621.315.17

КОРОБКОВ НИКОЛАЙ МИХАЙЛОВИЧ

РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ И ОЬНСПЕЧЕПИЕ БЕЗОПАСНОСТИ РЕМОНТНЫХ РАБОТ ПОД НАПРЯЖЕНИЕМ ПА ВЛ СВН

Специальность 05.14.12 - Техника высоких напряжении

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новосибирск - 1996

Работа выполнена в производственном объединении "Дальние электропередачи"

Научный руководитель: кандидат технических наук, старший научный сотрудник ОВСЯННИКОВ А.Г.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор,заслуженный деятель науки и техники КАДОМСКАЯ К.П.

кандидат технических наук, старший научный сотрудник ГАЙВОРОНСКИЙ A.C.

Ведущее предприятие: АО "Фирма ОРГРЭС"

Защита диссертации состоится "30" мая 1996г. в 10 час. на заседании специализированного Совета К-144.04.01 Сибирского научно-исследовательского института энергетики.

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

Автореферат разослан "_" апреля 1996г.

Ученый секретарь специализированного Совета К-144.04.01

канд.техн.наук, ст.науч.сотр. А.Г.Овсянников

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Основными элементами связи при объединении -MicpiocttcvcM являются шиши электропередачи BJI 220-II50 kIî. Возросшие требования к надежности межсистемных электропередач, экономические потери при их плановых и случайных отключениях диктуюг необходимость проведения работ по их обслуживанию и ремонту без отключений BJ1. Производство рсмпщнмх puGoi под напряжением (IIPII) прпкшкусин уже и icmchiic дссшкои лет, в том числе в России и странах СНГ. Созданы и функционируют спсмпшнгшроппннмс орпиипнцин по внедрению Т0Ч1ЮЛО1 нй ПРИ и обучению персонала в Минэнерго Украины (г.Винница) и предприятии "Электросетьсервис" (М')ПК, Белый Puer). Большой вклад в разрабожу технологий и оскасчки для ПРИ внесли коллективы ОРГРЭС, ПО ДЭП, СибНИИЭ и других организаций, а также ведущие специалисты: Барг И.Г., Полевой C.B., Удод Е.И., Таловерья B.JI., Алферов С.Е., Дикой В.П., Васильчиков А.И., Овсянников А.Г. и др. Важную роль в становлении ПРИ играли документы по санитарно-гигиенической регламентации работ, разработанные широким кругом организаций и специалистов: Савиным Б.М., Рубцовой Н.Б., Столяровым М.Д., Токарским А.Ю., Каскевичем Э.П., Плехановым Г.Ф. и др.

Вместе с тем, ряд вопросов, относящихся к безопасности и техническому оснащению ПРИ, был рассмотрен недостаточно глубоко. К ним следует отнести вопросы обеспечения эффективной защиты зоны ПРИ от перекрытий при коммутационных и грозовых перенапряжениях, модернизацию конструкций изолирующих канатов, широко применяемых в технологиях Г1РН для выполнения различных операций, оценку эффективности экранирующих комплектов ремонтников в области высоких частот электромагнитного излучения коронных разрядов, регламентацию эксплуатационных испытаний изолирующих приспособлений для ПРИ и др.

Целью работы является повышение безопасности ПРИ на основе разработки новых и модернизации известных технических средств совершенствования методов их испытаний и уточнения технологического регламента IIPH.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие основные задачи.

1. Обосновать условия обязательного использования при ПРН защитных искровых промежутков. Сформулировать основные технические требования и разработать защитные искровые промежутки для повышения безопасности ПРН на ВЛ 220-500 кВ.

2. Провести научную, опытно-конструкторскую и технологическую разработку нескольких типов гибких изоляторов (изолирующих канатов с атмосферостойкой оболочкой и герметичными оконцевателями) для проведения различных технологических операций ПРН на ВЛ всех классов напряжения. Сформулировать технические требования к гибким изоляторам для последующего серийного производства.

3. Исследовать свойства электропроводящих тканей в диапазоне радиочастот электрических полей, произвести экспериментальные и теоретические оценки проникающих электромагнитных излучений коронных разрядов и сравнить их с предельно допустимыми напряженностью и энергетической нагрузкой. Выработать рекомендации по увеличению эффективности экранирующих комплектов ремонтников в области высоких частот и скорректировать регламент выполнения ПРН.

4. Провести разработку необходимых и достаточных видов и норм эксплуатационных испытаний изолирующих устройств и приспособлений для ПРИ. с учетом реальных возможностей эксплуатационных организаций, в части имеющегося у них испытательного оборудования,

НА УЧИЛИ НОН1ПНА РАБОТЫ И ОСНОВНЫХ ЕЕ РКЧУЛЬТЛ ТОН

1. Определена облааь обязательного применения и разрабо1аны основные технические требования к защитным искровым промежуткам, предназначенным для исключения перекрытия изоляционных промежутков зоны ПРН на ВЛ СВН при коммутационных перенапряжениях.

2. Показано, что уровень грозовых перенапряжений, возникающих вследствие удаленных ударов молнии в ремонтируемую ВЛ, не представляет опасности для зоны ПРН. Однако, перенапряжения с формой полной грозовой волны могут привести к срабатыванию защитных искровых промежутков, в тех случаях, когда они установлены по условиям зашшм ш коммутационных перенапряжений.

3. Получены новые экспериментальные результаты по проникающим через экранирующие комплекты высокочастотным электрическим полям коронных разрядов. Представлена адекватная теоретическая оценка коэффициента экранирования электропроводных тканей как замкнутых сетчатых экранов в области радиочастот. Сформулировано предложение о необходимое ги нормирования предельно допустимых импульсных электрических полей.

4. Разработаны технические требования к изолирующим канатам с атмосферостойкой оболочкой и герметичными оконцевателями.

НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ:

1. Условия применения, технические требования и удовлетворяющие им конструкции защитных искровых промежутков для ПРН на BJ1 220-750 кВ.

2. Результаты научно-исследовательской и конструктивно-технологической разработки гибких изоляторов для ПРН на BJ1 всех классов напряжения.

3. Результаты экспериментальных испытании гибких изоляторов различных

типов.

4. Эксприментальные результаты измерений временных и энергетических характеристик коронных разрядов на проводах ВЛ и экранирующем костюме ремонтника.

5. Экспериментальные и теоретические оценки коэффициента экранирования электрического поля электропроводными тканями защитного Koci юма ремонжика.

6. Экспериментальные данные по напряженности проникающего внутрь экранирующего комплекта электрического поля в диапазоне частот 0,06-30 МГц.

7. Рекомендации по видам и нормам эксплуатационных испытаний изолирующих приспособлений для ПРН.

ДОСТОВЕРНОСТЬ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ обеспечивалась проведением испытаний и измерений на аттестованном оборудовании высоковольтных испытательных комплексов Сибирского НИИ Энергетики и МЭПК в соответствии с требованиями отечественных ГОСТ 1516.2-76, ГОСТ 17512-72, ГОСТ 12.1.006-84 и др., а также международных стандартов МЭК-60, МЭК-1109 и др. Кроме того, при оценках электробезопасности ПРН все

допущения и упрощения в расчетах и испытаниях были сделаны в сторону обеспечения запаса по отношению к опасным последствиям от незнания конкретных характеристик явлений.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ результатов работы. Разработаны конструкции защитных искровых промежутков для ПРН на ВЛ 220-750 кВ и даны рекомендации по их применению. Проведена разработка и освоено производство нескольких типов изолирующих канатов с атмосферостойкой оболочкой и I фМГШЧНММП 0К011ЦПИ11П1ЯМИ. НырпГкЧillll.l рСКОМГНДИЦНМ по НПДПМ II иормим

эксплуатационных электрических испытаний изолирующих приспособлений для IIPII с учетм располагаемою жергопрсдприишммн нспьиазельпого оборудования. Даны рекомендации по совершенствованию экранирующих комплектов ремонтников и изменению регламента ПРИ с учетом реальной эффективности экранирования высокочастотных полей коронных разрядов.

ННЕДГЕИИЕ ПИУЛЬТА ГОН ГА НОТЫ. PciyjN.nm.i псслсдоншпш использовались при разрабо!ке технилогических карт ПРН на DJ1 220-750 кВ, "Сани ¡арных норм и правил выполнения работ в условиях воздействия электрических полей промышленной частоты", других инструктивных материалов но производству ремонтных работ иод напряжением, в технологическом регламенте производства гибких изоляторов. Практические разработки автора используются в специализированных бригадах Центрального и Кокчетавского предприятий межсистемных электропередач, энергосистемах, в малом предприятии "Потенциал" и других организациях.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всесоюзном совещании "Результаты экспериментальных исследований электропередачи 1150 кВ при ее включении в работу", (Кокчетав, 1986 г.) на заседании рабочей группы СИГРЭ/ИК 38-04 (Кокчсав, 1989г.), Всесоюзной научно-технической конференции "Радиофизическая информатика" (Москва, 1990 г.), 33-й и 34-й сессиях СИГРЭ (Париж, 1990 и 1992 г.г.), на научных семинарах СибНИИЭ, научно-технических советах ПО "Дальние электропередачи".

Публикации. По диссертационной работе опубликовано 6 научных трудов, получено 6 авторских свидетельств на изобретения, выпущено два отчета по НИР.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников из 90 наименований и 3 приложений. Содержит 137 страниц основного текста, 27 рисунков, 22 таблицы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность исследуемой проблемы, сформулированы цели и задачи работы, изложены основные положения, выносимые на защиту, научная новизна и практическая ценность полученных результатов.

В первой главе проведен обзор технологий ПРН, анализ отечественных и зарубежных нормативных документов, на основе которых обеспечивается безопасность ПРН на ВЛ СВН. В частности, основным нормируемым параметром является минимальное изоляционное расстояние по воздуху, значения которых, рассчитанные по рекомендациям МЭК и принятые в стандартах различных стран, представлены в табл. 1.

Таблица 1

Минимальные допустимые расстояния в зоне ПРН между ремонтником на проводе ВЛ и заземленными частями опоры

Страна Б, м, для ВЛ класса напряжения

220 330 500 750

МЭК, СИГРЭ 3,9 5,9(3,4) 11,7(4,7) 7,8

Китай 2,1 3,2 4,3

Канада 2,0 2,5 3,3 4,5

Германия 2,2 3,0 - -

Финляндия 2,0 3,5' - -

Швеция, Дания, Норвегия 2,1 3,5*

Великобритания 2,4 з.г - -

Франция 1,6 2,5'

Венгрия 1.6 2,Г - 4,3

Россия, ГОСТ 28259-89 1,9 2,3 3,3 5,2

Примечание. Значения S, указанные н скобках, относятся к случаю офаничения перенапряжений с помощью предвключаемых резисторов; значения, отмеченные знаком "*", относятся к ВЛ 400 кВ.

Явное различие в представленных данных отражает недостаточный уровень решения проблемы защиты персонала от возможных дуговых перекрытий в зоне ПРН при возникновении коммутационных и грозовых перенапряжений. Указаны также другие недостаточно проработанные вопросы и поставлены задачи исследований.

Во второй главе проведено обоснование условий обязательного применения защитных искровых промежутков (ЗИП) сформулированы основные требования к ним, разработаны и проведены испытания экспериментальных образцов для ПРН 220-750 кВ, рассмотрены вопросы защиты зоны ПРН от набегающих волн грозовых перенапряжений.

Условия обязательного применения ЗИП определены на основе задания некоторой предельно допустимой индивидуальной степени риска электромонтера, непосредственно работающего в зоне ПРН в течение одного рабочего дня (ориентировочно около 3 часов) и связанной с вероятным перекрытием изоляции под воздействием коммутационных перенапряжений. Она принята равной Pi.f =107. Тогда очевидно, что вероятность перекрытия изоляции в зоне ПРН определяется выражением:

Рг^Р.ДтТа]-1, (1)

где Та - относительная длительность опасной ситуации, Та = 3/8700 « 3,5 10-4;

ns - среднегодовое число коммутационных перенапряжений, которое определялось с учетом удельной повреждаемости и средней протяженности ВЛ.

Исходя из (1) проводились расчеты требуемой прочности изоляционных промежутков зоны ПРН, Uso при. с учетом включенных по концам ВЛ вентильных разрядников:

и5ог,рн=ир(1+2срф[1+(о%р„/сгр')2-(2афпрн)2]0'5[1-(2офлрн)2](2)

где Up, Ср* - пятидесятипроцентное напряжение срабатывания разрядника и коэффициент вариации;

о'прн- коэффициент вариации разрядных напряжений в зоне ПРН; г - аргумент функции нормального распределения F(z), определенный из

таблиц для F(z) = Рг*. Значение требуемой по критерию допустимого риска прочности сравнивалось с расчетной величиной, определенной по минимально допустимым изоляционным расстояниям:

Uso прн(мим)= к кн кли ки 1080 ln(0,46S + 1), (3)

где Uso - выражено в киловольтах, a S - в метрах; .

к - коэффициент промежутка "провод-земля"; k = 1,2; к„ - коэффициент метеоусловий; кн = 0,95;

кя - коэффициент, учитывающий наличие инструмента и оснастки для ПРН, кн =0,91;

клн - коэффициент, учитывающий наличие линейной изоляции:

кли = 1 - 0.8 В Пь / По (4)

где I) - КО|||н|>ИЦИП||, хнрнкгеричующий Ш1ИМПИС »ИДИ И KIJIMIopU II llllia CIO

повреждения: В=1 для стеклянных изоляторов с разрушенной тарелкой и Н=0,75 для пробитых фарфоровых изоляторов; пь число поврежденных изоляторов; п„ - общее число изоляторов в гирлянде.

Формула (3), предложенная рабочей группой 33.07 СИГРЭ, справедлива для критических длительностей фронта перенапряжений и поэтому дает минимальные значения прочности.

Проведенные расчеты (см.табл.2) показали, что при полностью исправных гирляндах изоляторов даже эта минимальная прочность превышает требуемое значение. Максимально допустимое количество дефектных изоляторов в гирляндах BJI 220 и 500 кВ составит 3 шт, а для BJI 750 кВ - 8 шт. На BJ1 330 кВ, согласно расчетным данным, нельзя осуществлять ПРН на гирляндах, содержащих дефектные изоляторы, из-за малого изоляционного расстояния S, которое, по мнению автора, требует пересмотра. К указанным условиям, определяющим обязательность применения ЗИП, необходимо добавить все случаи, когда по технологии ПРН невозможно выдержать минимальное изоляционное расстояние,

а также случаи ПРН на ВЛ с фарфоровой изоляцией и большим сроком эксплуатации.

Таблица 2.1

№ п/п Показатель Класс напряжения Примечание

220 330 500 750

1 Р1.Г 107 ю-? 10' Ю-7 задано

2 Та (10") 3.5 3.5 3.5 3.5 задано

3 п*, 1/год 3,2 6,4 4,6 3,6 справочн.

4 Рг*,(10-<) 0,9 0,45 0,6 0.8 по(1)

5 г -3,8 -3,9 -3.9 -3.9 справочн.

6 ир, кВ ампл. 550 790 866 1083 справочн.

7 им.прн, кВ ампл. 683 987 1082 1353 по (2)

8 и^рн. (мин) кВ, ампл. 814 935 1197 1583 по(3)

9 (п«/п0) мехе, стекло 0,2 0 0,12 0.18 по (4)

10 (Пв/По) ыасс, фарфор 0,27 0 - - по (4)

11 По ср 14 20 23 45 справочн.

■? Пи макс, стекло 3 0 3 8

13 пв шке, фарфор 3 0 -

Выбор необходимых разрядных характеристик ЗИП определяется условием координации:

(1)50 .чип + Hcj) mu < (Uso - п о) мри . (5)

в котором были приняты для ВЛ 220-500 кВ П = 3, а для ВЛ 750 кВ - П = 2.

В СибНИИЭ были проведены обширные испытания разрядных характеристик зон ПРН с полномасштабным макетированием наиболее распространенных типов изолирующих подвесок проводов на промежуточных и анкерных опорах ВЛ 220-750 кВ и воспроизведением реального расположения монтерской кабины и другой оснастки Г1 PH.

Полученные в испытаниях минимальные значения выдерживаемых напряжений зоны ПРИ, граничные и выбранные значения гарантированного

разрядного напряжения ЗИП представлены в табл.3.

Таблица 3

Выбор разрядных характеристик и межэлектродных расстояний ЗИП

Класс напряжения, кВ 220 330 500 750

1-No при 590 710 1220(900) 1600(1050)

(11*1- пгт .......[верхняя i раници для (Usu + no) <,,,„] 500 600 1000(740) 1290(960)

ифм, ампл. 206 297 430 643

1,3 ифм [нижняя' граница для (Ü50 + по) 1ИЛ] 270 390 560 840

Верхняя граница для и»,ип 435 522 870(660) 1173(930)

Нижняя граница для Uso.imi 318 459 659 930

Выбранное значение Uso.nm .380 490 765(660) 1050(930)

Sum, СМ 57-67 78-86 130-140 (110-120) 200-210 (167-177)

Примечания. I. Без круглых скобок даны разрядные параметры для традиционных технологий ПРИ (с расположением монтерской кабины сбоку от провода и числом дефектных изоляторов не более 20%). В круглых скобках - для технологий ПРИ с расположением монтерской кабины на гирляндах и/или с числом дефектных изоляторов более 20%. 2. Для Бит указан допустимый разброс.

Разработанные конструкции ЗИП представляют собой полимерный изолятор типа СК соответствующего класса напряжения с закрепленными на его оконцевателях изогнутыми стержнями. На концах стержней закреплены шаровые электроды, оптимальные диаметры которых были подобраны экспериментальным путем для выравнивания эффекта полярности в разрядных характеристиках зон ПРН и ЗИП.

В последней части второй главы рассмотрены вопросы защиты от волн грозовых перенапряжений от удаленных на расстояние 10 км и более прямых ударов молнии в ВЛ. Показано, что вследствие деформации фронта импульсы с формой срезанной волны безопасны для зоны ПРН.

Расчет амплитуды набегающей волны со стандартной формой проводился двумя способами, дающими существенно различающиеся результаты: по методике НИИПТ и по формуле:

Ul = Uo [кз L Uo + 1] 1 , (6)

где Uo - первоначальная амплитуда, кВ, L - длина пробега волны, км, Кз = I0"4 - коэффициент затухания.

Результаты экспериментов и расчетов представлены в табл.4.

Таблица 4

Оценка минимальных изоляционных расстояний зон III'll при воздействии I ро ижых мгрпширяжений

Вид параметра Значения параметров Источник

информации

Класс ВЛ, кВ 220 330 500 750 -

IU..KB 1008 1430 1700 2400 эксперимент

IJ„- U.w- За, кВ 958 1358 ~ 1615 2280 эксперимент

Hi -IO„M4"'\ кВ 4КТ 590 700 99 f- ' расчет

Ui=,<„„""»", кВ 489 576 747 695 расчет по (6)

Ui-т.„"""", кВ 671 1048 1292 1870 расчет

1мии 1Г>Ш , М 1-1,4 1,2-2 1,5-2,6 1,4-3,7 эксперимент

1шш комм:гт , М 1,9 2,3 3,3 5,2 ГОСТ 28259-89

Из сравнения данных табл.3 и 4 видно также, что перенапряжения с формой полной стандартной волны также не представляют угрозы для перекрытия зоны ПРИ, но могут приводить к срабатыванию ЗИП, если они установлены по условиям защиты от коммутационных перенапряжений. Безусловно такие случаи будут иметь очень малую вероятность с учетом реальных процессов при грозовых воздействиях на ремонтируемую ВЛ. Единственным нежелательным следствием эгого редкого события будет "лишнее" срабатывание ЗИП и отключение ВЛ. Поэтому работы ,в которых планируется применение ЗИП, желательно проводить в сезон или время дня с минимальной грозовой активностью.

В третьей главе проведены исследования поведения во влажной атмосфере широко используемых в ПРН всех классов напряжения полипропиленовых изолирующих канатов. Путем измерений тока утечки на "потенциальном" и "земляном" концах канатов показано существенно неравномерное их распределение по длине каната (см.табл.5).

Таблица 5

Токи утечки в канатах при изменении влажности воздуха

Тип, Место Величина тока утечки, мкА эфф при

длина измерения относительной влажности воздуха, %

каната тока

90 94 96 98 100

полипро- потенциал <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 300

пилен, 1м земля <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 220

полипро- потенциал <0,01 <0,01 0,03 0,12 500

пилен, 7м земля <0,01 <0,01 0,01 0,04 160

капрон. потенциал <0,01 <0,01 <0,8 5,2 3000

1м земля <0,01 <0,01 0,3 3,9 1800

капрон. потенциал <0,01 <0,01 2,1 18,2 3600

7м земля <0,01 <0,01 1,0 3,9 2200

Преимущество~ полипропиленовых канатов перед другими, например, капроновыми, состоит в их меньшей способности поглощать влагу из воздуха. Практически вплоть до точки росы они имеют очень низкие значения тока утечки. Однако, при влажности близкой к 100% на поверхности канатов возникают поверхностные частичные разряды, а броски тока, соответствующие их появлению, достигают 10-25 мкАэфф.

Для расширения границ возможного использования по атмосферным воздействиям, улучшения механических характеристик и увеличения срока службы были разработаны и доведены до стадии освоения производства несколько типов изолирующих канатов с атмосферостойкой оболочкой и герметичными оконцевателями, которым по совокупности свойств было дано название "гибкие изоляторы". Грузонесущий сердечник изготавливается в виде витых жгутов из лавсановых нитей или волокон сверхвысокомодульного материала СВМ,

обладающею рядом уникальных к-рмомехшшчаких хирамернипк. Оболочки изготавливается из этилен-пропиленовой резины и светостойкого полиэтилена.

Таблица 6

Основные характеристики гибких изоляторов

Наименование характеристики и единицы измерения Тип изолятора, материал сердечника и обмотки примечание

1 2 3 4 5

лавсан ЭПР лавсан ЭПР лавсан ЭПР свм ЭПР свм ПЭ

Наружный диаметр, мм 6 15 20 12 6 -

Номинальная механическая нагрузка, кН 0.2 1.6 4.8 1.9 2 6

Разрушающая механическая нагрузка на растяжение,кН,не менее 2.5 19.3 55 22.5 10 -

Удлинение при разрушающей нагрузке,%, не более 20 20 20 3 4 -

1Д50%) на переменном напряжении, кВ эфф: — в сухом состоянии 380 1

— под дождем 236 228 190 230 240 1,2

11(50%) при импульсном напряжении отрицательной полярности,кВ: — импульс 1.2/50 мке — импульс 0.3/40 мке 590 1050 520 910 1,2

Ток утечки, мкА эфф 0.02 0.15 0.4 0.05 0.02 1,3

Трекинго-эрозионная стойкость, час, не менее 30 - 1,4

Устойчивость к ультрафиолетовому излучению удовлетворяет 5

Масса одного метра, г 40 182 320 130 20

Примечания.

1. Испытания проводились на образцах длиной I м в электродной системе "оконцеватель с тороидальным экраном 150 мм - заземленный оконцеватель" в вертикальном положении.

2. Образцы канатов №№ 1-4 выдерживали не менее 30 перекрытий без видимого повреждения и внутреннего пробоя. Образцы каната №5 при крутом импульсе пробивались внутри из-за неплотного прилегания оболочки к сердечнику.

3. Ток утечки измерялся с помощью экранированного устройства на потенциальном оконцевателе, при относительной влажности воздуха до 98% и напряжении 60 кВэфф. Поверхностные частичные разряды отсутствовали.

4. Испытания проводились в камере соленого тумана при удельном сопротивлении раствора 1500 Ом см и напряжении 60 кВэфф. Критерии успешного испытания по ГОСТ 28856-90.

5. Доза ультрафиолетовой радиации соответствовала 5-летнему периоду непрерывной экспозиции при естественном солнечном облучении по ГОСТ 20.57.406-81.

6. Номинальная механическая нагрузка соответсвует требованию по 12-кратному запасу относительно механической прочности на растяжение для канатов №№ 1-4 и 5-кратному запасу для каната №5.

Особое внимание при разработке было уделено оконцевателям как элементам конструкции, в наибольшей степени ответственным за итоговые механические характеристики, и сохранение в течение срока службы изолятора герметичности, а значит, и изолирующих свойств.

На основе результатов разработок конструкции, комплексных испытаний и опытной эксплуатации сформулированы технические требования к гибким толя юрам дли ПРИ всех классов напряжения. В приложении к диссертации приведен технологический регламент промышленного производства гибких изоляюров на типовом производстве кабельной продукции.

В четвертой главе рассматриваются существующие методики и нормы электрических испытаний изолирующих приспособлений для ПРН. Показана перспективность их проверки непосредственно перед проведением работ или контроля тока утечки непосредственно в процессе работ. На основе

моделирования наиболее опасных дефектов (внутреннего увлажнения стеклопластиковых стержней полимерных изоляторов и жестких лестниц, наполнителя изолирующих трубок, грузонесущего сердечника гибких изоляторов и полипропиленовых канатов, отслоений, повышенной пористости) определены оптимальные градиенты испытательного напряжения и предельно допустимые величины токов утечки, другие контролируемые параметры (см.табл.7). На основе экспериментов предложен ряд практических конструкций для проведения испытаний в условиях ограниченных возможностей эксплуатирующих организаций.

Таблица 7

Нормы и сроки эксплуатационных электрических испытаний изолирующих устройств для ПРИ 110 кВ и выше.

Испытуемый Средний градиент Продол- Ток Периодич- Приме

объект испытательного житель- утечки ность -чание

(изолирующее напряжения ,кВ/см, ность,

устройство) не менее и мини-.-мальная длина испытываемой части мин, не менее

Изолирующие < 5 мкА В сезон

штанги, тяги, при работ 1 раз

гибкие диаметре в месяц, но

изолирующие 2,5 Э<32мм не реже 1

элементы, жесткие Ь>30 см 5 или раза в 12 1-3

изолирующие 1=0,160 месяцев

лестницы при 0>32мм

Изолирующие 1,0 5 <10 мкА то же 2-4

канаты Ь>50 см

Полимерные 2,5-3 5 <10 мкА то же 1-3

изоляторы 1 .>30 см

11римечания.

1. Обязательным испытаниям подвергаются части, прилегающие к металлическим элементам конструкции (оконцеватели, кулачки, головки), находящиеся в процессе ПРН под потенциалом или соединенные с землей.

2. При относительной влажности воздуха до 90% и температуре от +5 до

+30°С.

3. Во время испытаний длина разрядов по поверхности изоляции не должна нрснышагь диаметра погепшшлыюго члекфодн пли длину рсбрп полимерии!о изолятора. Должны отсутствовать локальные нагревы изоляционного материала, нагары и видимые повреждения поверхности.

4. Измерение тока утечки проводится с включением приборов на потенциале (в рассечку между электродом и испытуемым объектом).

И ияюй ¡лине рассмотрены «опросы шипим ш-рсопалп <н шскфн'нчкмх полей радиочастотного диапазона, генерируемых коронными разрядами на проводах и ирматуре ВЛ. экранирующем комплекте самого верхового монтера. В начале были проведены .детальные исследования импульсов тока коронных разрядов в "перевернутой" схеме, где корона формировалась под действием внешнего поля на заземленных через измерительные сопротивления проводах и арматуре. Специальными мерами достигалась высокая помехоустойчивость и предельно широкий частотный диапазон регистрации. Полученные данные в виде гистограмм тока (средние величины 10-20 мА), величины заряда (1,6-16 нКл) и длительностей фронтов (38-62 не) определили, в дальнейшем, рамки исследований экранирующих свойств электропроводящих тканей.

Результаты лабораторных исследований коэффициента экранирования тканей, используемых для пошива костюма ремонтников, представлены на рис.1 в виде зависимостей коэффициента экранирования от частоты. Из них видно, что в диапазоне частот 1-30 МГц ткань ТЭВ-09, являющаяся основой костюма верхового монтера, теряет свои экранирующие свойства почти на два порядка. Другие ткани ведут себя еще хуже вследствие более высоких значений удельного сопротивления проводящих нитей. Натурные эксперименты проводились на манекене ремонтника в экранирующем комплекте ЭП-4, который помещался на макете фазного провода ВЛ-1150 кВ. Под проводящей тканью костюма в различных местах помещались датчики, реагирующие на поле в диапазоне частот 0,06-30 МГц. Сигналы с датчиков передавались на землю по оптоволоконной системе. Действующее

(числитель) и амплитудное (знаменатель) значения проникающего электрического поля составили: на голове - 1,7/5000, на лице - 2,2/6800, на плече - 1,1/3400 В/м. Таким образом, амплитудные значения примерно в 3000 раз превышали действующие значения напряженности поля. Результаты натурных измерений согласуются с предварительными оценками внешнего поля и измерениями экранирующей способности ткани ТЭВ-09. При этом действующее значение напряженности проникающего поля оказалось в десятки раз ниже предельно допустимых значений по ГОСТ 12.1.006-84 ССБТ. Однако, амплитудные значения, которые пока не нормируются, вызывают опасения и требуют в дальнейщем специальных медико-биологических исследований.

Для выяснения причин недостаточной экранирующей способности ткани ТЭВ-09 в области высоких частот были использованы расчетные соотношения из теории сетчатых экранов. В различных источниках приведены расчетные формулы, дающие противоречивые по качеству частотной зависимости и большие количественные расхождения с экспериментальными данными результаты. Так для бесконечного плоского экрана эффективность экранирования Эо вследствие эффекта отражения волн, который для сетчатых экранов является определяющим:

где X - длина волны излучения, S - шаг сетки, г - радиус проводящей нити. Для ткани ТЭВ-09 S • 3 мм, а г = 20 мкм. Видно, что по (7) эффективность экранирования падает обратно пропорционально частоте поля и не зависит от электропроводности материала.

Другая формула той же характеристики Эо замкнутою сетчатого экрана не содержит частотозависимых членов:

гдеД = ЗБ [ДО/г)-1,25] [2лЯ,]1,

Я, = 0,62 (V,)0-33 - эквивалентный радиус замкнутого экраном объема V,.

В более сложных расчетных соотношениях, учитывающих поведение замкнутого экрана как объемного резонатора присутствует еще один, зависимый от частоты член (ХУК,)033, который в сочетании с (7) дает качественно совпадающую с экспериментальной частотную зависимость коэффициента экранирования:

Эо = X [2S ln(S / 2яг)] ,

(7)

Э0 = (1 +Д)Д-' ,

(8)

Эо = К„ X [2S ln(S / 2лг)] 1 [ Шэ]0 (9)

где К„ * 0,1 - нормировочный коэффициент.

Для того, чтобы зависимость (9) давала близкие к экспериментам с тканью ТЭВ-09 результаты, в ней надо принять S = 30 мм и К„ = 0,1 . Это означает, что эффективный размер ячейки, образованной ортогонально вплетенными в ткань проводящими нитями, должен быть увеличен в 10 раз по сравнению с реальными размерами. Тщательное изучение структуры ткани с помощью макрофотографирования в отраженном видимом и проходящем инфракрасном свете, косвенным образом подтвердило предположение о существенном отличии ее от "идеальной" металлической сетки. Измерения электрического сопротивления, в которых одним из электродов являлась одиночная нить поперечного направления, подтвердила неэффективность контактов в точках пересечения нитей. Это может быть связано либо с высокими переходными сопротивлениями окисленных слоев серебрянного слоя покрытия, либо с зазорами из изоляционных несущих механическую нагрузку нитей ткани.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТА ТЫ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

1. В результате испытаний полномасштабных макетов зон ПРИ на ВЛ 220750 кВ с имитацией различного исходного состояния ремонтируемой BJI и различных технологических операций получены обширные экспериментальные данные по электрической прочности и коэффициенту вариации разрядных характеристик.

2. На основе полученных данных конкретизированы условия координации электрической прочности зон ПРН и защитных искровых промежутков для коммутационных перенапряжений.

3. Сформулированы основные требования и разработаны конструкции защитных искровых промежутков для ПРН на ВЛ 220-750 кВ. От известных ранее они отличаются идентичным с зоной ПРН эффектом полярности электрической прочности, меньшим коэффициентом вариации и, соответственно, большей стабильностью порога срабатывания.

Проведены высоковольтные испытания опытных образцов защитных искровых промежутков всех разработанных типов и определены длины

межэлектродных промежутков. Для обеспечения требуемого эффекта полярности разрядных напряжений оптимизированы диаметры шаровых электродов.

4. Определены условия обязательного применения защитных искровых промежутков при ПРН на ВЛ 220-750 кВ:

- при наличии в гирляндах более трех изоляторов с разрушенной стеклодеталью на ВЛ 220,330 и 500 кВ и более 8 изоляторов на ВЛ 750 кВ;

- на всех ВЛ 220-330 кВ с фарфоровой изоляцией со сроком службы более 20 лет;

- во всех технологических схемах, в которых имеет место сокращение изоляционных расстояний по сравнению с требованиями ГОСТ 28259-89.

5. Для защиты от удаленных грозовых перенапряжений установка защитных искровых промежутков не требуется. Более того, установка ЗИП в случаях, оговоренных в п.4, может приводить к срабатыванию ЗИП при заведомо безопасных для зон ПРН амплитудах грозовых перенапряжений. Поэтому ПРН с применением ЗИП, по крайней мере, на ВЛ 220-330 кВ следует планировать на периоды с минимальной грозовой активностью.

6. Требования ГОСТ 28259-89 по минимальным изоляционным расстояниям нуждаются в корректировке с целью согласования их величин с минимальными строительными длинами гирлянд изоляторов, оговоренными в табл.2.5.20 Г1УЭ (6-е изд.).

7. Экспериментально установлены предельные значения токов утечки для исполыусмых п настоящее время иолппронплгноимх и капроновых изолирующих канатов. Величина тока утечки, соответствующая порогу возникновения поверхностных частичных разрядов, составляет 10 мкЛ эфф. Это значение должно быть принято как предельно допустимое для данных канатов.

8. Предложены конструкции, выбраны материалы и изготовлены опытные образцы гибких изоляторов пяти типов, предназначенных для выполнения всех видов технологических операций при ПРН всех классов напряжения, взамен изолирующих канатов.

Проведены комплексные испытания гибких изоляторов (электрические, механические и климатические), которые показали значительные преимущества по сравнению с изолирующими канатами:

- практически снимаются ограничения по относительной влажности воздуха в процессе ПРН;

- при внезапном выпадении осадков в виде дождя вероятность перекрытия по поверхности гибких изоляторов не выше, чем у основной изоляции ремонтируемой ВЛ;

- значительно увеличены механические показатели и надежность.

8. Совместно со специалистами ТомНИКИ разработан технологический регламент изготовления гибких изоляторов. Разработаны технические требования, которые вошли в проект технических условий на серийное изготовление гибких изоляторов для ПРН на ВЛ всех класов напряжения .

9. Выполнен анализ известных требований и норм электрических испытаний изолирующих приспособлений, используемых для ПРН. На основе анализа специфических особенностей физических процессов, воздействующих на изолирующие приспособления для ПРН, возможных дефектов, конструкций и свойств материалов, применяемых в них, проведены экспериментальные исследования, в результате которых уточнены виды и нормы электрических испытаний, учитывающие возможность энергопредприятий в части располагаемого испытательного оборудования.

10. Результаты выполненных исследований положены в основу проекта "Указаний по эксплуатационным электрическим испытаниям изолирующих приспособлений для ПРН".

11. Путем детальных исследований коронных разрядов в модельных экспериментах установлено, что частотный диапазон полей, генерируемых ими, простирается до 30 МГц и выше, а импульсные изменения напряженности поля могут достигать при этом 105 В/м.

12. Установлено, что коэффициент экранирования электрического поля электропроводными тканями, которые используются в экранирующих комплектах ремонтника, падает в частотном диапазоне 1-30 МГц почти на два порядка.

13. Полномасштабные испытания, имитирующие ПРН на ВЛ-1150 кВ, подтвердили результаты модельных экспериментов относительно величины полей радиочастот и экранирующей способности тканей ТЭВ-09. При этом средние значения напряженности проникающих полей радиочастотного диапазона оказались меньше, а импульсные - больше допустимых по требованиям нормативных документов. Для последующих медико-биологических исследований предлагается обратить внимание на нормирование воздействия импульсных электрических полей на организм человека.

14. Теоретический анализ эффективности экранирования ткани ТЭВ-09 указал на одну из возможных причин ее снижения по сравнению с расчетной: высокие переходные сопротивления или даже отсутствие контактов во многих узлах пересечения проводящих нитей в сетчатой структуре ткани.

До выяснения возможных следствий влияния импульсных полей, генерируемых коронными разрядами, следует улучши гь свойства электропроводящих тканей путем, например, покрытия медных нитей палладием или золотом, которые в отличие от серебра не подвержены окислению. Также следует предпринимать меры по снижению коронирования в зоне ПРН, например, снижать рабочее напряжение ВЛ, избегать работ в дни с пониженным давлением, вводить дополнительные экранирующие конст рукции в ремонтную кабину и др.

15. Предложена формула для расчета коэффициент экранирования электропроводных тканей, удовлетворительно совпадающая с экспериментальной час i о гной зависимостью.

ПО ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЕ ОПУБЛИКОВАНО 6 научных трудов, получено 6 авторских свидетельств и патентов на изобретения, четыре статьи находятся в печати.

1. Коробков Н.М., Рубцова Н.Б. и др. Технологическое и медико-биологическое обеспечение выполнения работ под напряжением на BJ1 1150 кВ// Материалы заседания рабочей группы СИГРЭ/ИК-38-04: 1989,-Кокчетав

2.0риентировочные безопасные уровни воздействия переменных магнитных полей частотой 50 Гц при производстве работ под напряжением на воздушных линиях (ВЛ) напряжением 220-1150 кВ: СН № 5060-89,- М.:Изд-во стандартов, 1989.-9 с.

3. Rubtsova N.B., Korobkov N.M. et al. Hygienic guide-lines of occupational exposure to factors concerning to bare-hand live-line maintenance. Approaches to exposure limits for industrial frequency magnetic fields // C1GRE Session,paper 36-106,1990,- Paris.

4. Санитарные нормы и правила выполнения работ в условиях воздействия электрических полей промышленной частоты (50 Гц): СН № 5058-91,- М.:Изд-во стандартов, 1991.-12 с.

5. Коробков Н.М., Токарский А.Ю. и др. Измерения параметров ЭМИ на поверхности тела человека при производстве работ под напряжением //

Радиофизическая информатика:Тез.докл.Всесоюз.науч.-техн.конф.1990 г.-М., 1990, С. 48-49.

6. Rubtsova N.B., Korobkov N.M. et al. Evaluation of electromagnetic field levels of extremely high voltage electric power installation personnel.// C1GRE Session, paper 36-102.-1992.-Paris.

7. Воздушная линия электропередачи сверхвысокого напряжения.А.с. 1542372. МКИ H 02 G 7/00 /Богданов О.В.,Голь»ов В. А.,Овсянников А.Г.,Коробков Н.М.,Полевой C.B. (СССР).

Я. Способ замены дефектных изоляторов в поддерживающих, по меньшей мере, одноцепных гирляндах на воздушных линиях электропередачи, находящихся под напряжением, и устройство для его осуществления . A.c. 1535312, МКИ И 02 G 1/02 /Богданов О.В.,Гольцов В.А.,Овсянников А.Г..Скобленок ГЛ..Коробков Н.М.,Полевой C.B. (СССР).

9. XoMyi для крепления мошажных приспособлений к уголкам конструкций

A.c. 1488419,МКИ П 04 G 5/04 /Ку1ин В.Ф.,Бородин И.А..Арсеньея В.М.,Коробков U.M. (С ССР).

10.Блочная обойма .A.c. 1402566. МКИ В 66 D 1/30,3/26 I Кузин

B.Ф.,Коробков Н.М.,Бородин И.А.,Ртищева Н.Е. (СССР).

11. Соединение конца синтетического каната с обоймой. А.с.1763755,МКИ,/ Дементьев В.А.,Крючкова А.В.,Эскин H.A.,Коробков Н.М.,Полевой C.B. (СССР).

12. Тележка для передвижения по проводам расщепленной фазы воздушной линии электропередачи.А.с. 1339707, МКИ H 02G 1/02 /Кузин В.Ф.,Бородин И.А.,Арсеньев В.М.,Коробков Н.М. (СССР).

13. Дементьев В.А., Коробков Н.М., Овсянников А.Г. Изолирующие канаты с атмосферостойкой оболочкой для производства ремонтных работ под напряжением // Электрические станции.-1995.- (в печати).

14. Коробков Н.М., Богданов О.В., Овсянников А.Г. Свойства экранирующих комплектов для работ под напряжением в полях высоких частот// Электрические станции .-(в печати).

Автор выражает глубокую признательность сотрудникам высоковольтного испытательного комплекса СибНИИЭ и МЭПК за помощь в проведении высоковольтных испытаний.

Зависимости экранирующей способности электропроводных тканей от частоты электростатического поля

1 ПЭВ-09

№658

ТБК

ТБК

ТЭН-08

Подписано к печати Печ. л. /¿Г

Тираж

Типография МЭИ, Красноказарменная, 13.