close
Choose Your Site
Global
Social Focus
Просмотры:0 Автор:Pедактор сайта Время публикации: 2021-11-20 Происхождение:Работает
Первое руководство IEC по выбору изоляторов с учетом загрязнения было опубликовано в 1986 году и стандартизировало понятие пути утечки.Хотя Руководство быстро нашло применение благодаря своей простоте, полевой опыт не всегда оказывался успешным.Например, в сильно загрязненных средах добавление только пути утечки не гарантировало удовлетворительных характеристик.На самом деле необходимо было учитывать и другие параметры изолятора, такие как профиль/форма и материал.
К началу 1990-х годов стало ясно, что IEC 815 нуждается в существенном пересмотре для устранения недостатков и проекта, направленного на пересмотр и обновление этого стандарта, чтобы охватить переменный и постоянный ток, а также все типы изоляционных технологий.Эта работа началась в 1994 г., и в результате появился справочный документ, который лег в основу будущих руководств.Документ «Обзор текущих знаний» был опубликован в 2000 году как брошюра Cigré 158. Затем работа продолжилась над разработкой Руководства по выбору и определению размеров наружных изоляторов для систем переменного тока, опубликованного в 2008 году как брошюра Cigré 361. Последней задачей была разработка аналогичных руководств. для систем постоянного тока, выпущенный в декабре 2012 года как Cigré Brochure 518. В этом отредактированном последнем вкладе в INMR отраслевого эксперта и консультанта EPRI Криса Энгельбрехта были рассмотрены некоторые из его основных принципов.
Процесс детального проектирования необходим для систем постоянного тока из-за гораздо большего влияния слишком большой или плохой изоляции.
Развитие пробоя загрязнения при включении постоянного тока имеет ряд важных отличий от переменного тока:
1. Изоляторы с постоянным током аккумулируют больше загрязнений, так как при малых скоростях ветра электростатическое притяжение частиц загрязнения под действием однонаправленного электрического поля преобладает над осаждением за счет аэродинамического воздействия.Напротив, в изоляции под напряжением переменного тока переменное электрическое поле практически не притягивает загрязняющие вещества.Действительно, исследования показывают, что соотношение осаждения загрязняющих веществ постоянным и переменным током в одной и той же среде обслуживания может варьироваться в 10 раз.
2. При отсутствии нулей напряжения сухая полосовая дуга на постоянном токе с большей вероятностью перерастет в перекрытие.Это отличается от случая при переменном токе, когда дуга сухого пояса должна повторно зажигаться после каждого нуля напряжения.Сухие ленточные дуги постоянного тока также более мобильны и, вероятно, покидают поверхность изолятора, чтобы распространяться по воздуху.Это требует разработки специальных профилей для изоляторов постоянного тока, чтобы обеспечить эффективность пути утечки.Другим результатом этой разницы в развитии пробоя является то, что относительная прочность изоляции постоянного тока ухудшается в большей степени по сравнению с изоляцией переменного тока при любом заданном увеличении степени загрязнения (концептуально показано на рис. 1).
Рис. 1: Относительное напряжение прорыва загрязнения (FOV) от переменного тока к постоянному в зависимости от серьезности загрязнения.
3. По сравнению с другими нагрузками на изоляцию, способность изоляторов к загрязнению обычно является параметром, определяющим конструкцию изоляции для систем постоянного тока высокого напряжения.Это отличается от систем переменного тока, где изоляционные расстояния обычно определяются молниезащитой или коммутационными характеристиками, требуемыми от линии или подстанции (показаны на рис. 2 для системных напряжений EVH и UHV).
Рис. 2: Сравнение ориентировочных требований к изоляционному расстоянию (стекло и фарфор) для переключения (синий), молнии (красный) и загрязнения (зеленый) для систем HVAC и HVDC.
На рис. 2 также показано, что в загрязненных зонах может потребоваться очень большая длина изоляции, что вынуждает проектировщиков систем пересматривать любой проект и оценивать альтернативы, такие как различные маршруты линий (т. е. избегание загрязненных зон) или внедрение кабелей или внутренних распределительных изоляционные поверхности.В результате существует острая необходимость рассмотреть проект изоляции для систем постоянного тока высокого напряжения на самых ранних стадиях проекта и гораздо раньше, чем это было бы принято для систем переменного тока.Кроме того, гораздо важнее следовать подробному процессу проектирования из-за потенциально большого влияния изоляции с завышенными размерами или недостаточной производительности.
В предыдущих рекомендациях Cigré проектировщикам рекомендовалось следовать исчерпывающему подходу с целью сведения к минимуму неопределенностей во входных данных и любого связанного с этим влияния на окончательный дизайн.Принципы измерения были введены на основе блок-схемы (см. рис. 3), чтобы обеспечить целостный обзор и контекст для каждого требуемого действия.Общая стратегия дизайна показана в вертикальной колонке пронумерованных блоков слева.Затем представляется ряд альтернатив для получения соответствующей информации, так что чем дальше вправо смещается одна из них, тем менее определенными являются результаты.Например, при определении степени загрязнения объекта информация, собранная с существующих линий постоянного тока, даст гораздо более точные результаты, чем чисто качественная оценка.
Рис. 3: Блок-схема выбора изолятора постоянного тока.
Различные действия в блок-схеме можно резюмировать следующим образом:
1. Определите потенциальных изоляторов
Из-за особых требований некоторые типы изоляторов специально оптимизированы для приложений HVDC с точки зрения изоляционных материалов и профилей навесов, и их выбор ограничен.Тем не менее, необходимо сделать выбор в отношении типа, изоляционного материала и профиля изоляторов, которые будут использоваться в любом конкретном месте.Первоначальный выбор подходящего изолятора обычно основывается на упрощенной предварительной оценке площадки.Затем этот выбор может быть пересмотрен с течением времени по мере поступления более подробной информации об условиях участка.
2. Оценка экологических и системных стрессов
В идеале необходимы измерения осаждения загрязняющих веществ в течение нескольких лет, чтобы получить точные данные о характере и серьезности загрязнения на любом заданном участке.В случае приложений постоянного тока особенно важно, чтобы эти измерения выполнялись на изоляторах, которые находятся под напряжением до репрезентативного напряжения постоянного тока.Поскольку это не всегда осуществимо, для получения этой информации, возможно, придется использовать другие методы.Например, если есть данные о производительности установок HVAC в этом районе, можно «перевести» их на HVDC.Но такая методология носит чисто ориентировочный характер, и проектировщики все равно должны делать предположения о различиях в накоплении загрязнения на изоляторах с питанием от постоянного и переменного тока.Также можно использовать общую оценку окружающей среды для определения сопоставимой среды в другом месте, где уже работает установка HVDC.Данные этой установки затем могут быть полезны при проектировании и выборе изоляции для нового проекта.
Для критически важных установок, таких как преобразовательные подстанции, требуется детальная оценка серьезности на месте, например, путем создания экспериментальных станций в репрезентативных местах для получения оценки долговременного накопления загрязнения.
3. Определите характеристики и размеры изолятора
Самый точный способ выбора изоляторов для любой новой установки — это прямое определение риска пробоя на основе опыта эксплуатации линий постоянного тока и подстанций в том же районе или в аналогичных условиях окружающей среды.Риск перекрытия также может быть получен с использованием испытательных станций, где характеристики ряда предварительно выбранных изоляторов контролируются под напряжением постоянного тока в местах, которые считаются репрезентативными для новой линии и коридора станции.
Там, где имеется предыдущий опыт работы с линиями постоянного тока в той же области, доступны отличные данные о характеристиках изолятора, на которых можно основывать предварительный проект.Если время подготовки составляет год или более, хорошие данные можно также получить от установки изоляторов под напряжением на полевых станциях, расположенных в репрезентативных местах вдоль линии, а также на преобразовательной станции.Изоляторы на таких полевых станциях должны быть запитаны до репрезентативных напряжений, чтобы учесть значительное влияние электростатического поля на накопление загрязнений.
Вместо непосредственного определения риска перекрытия при проектировании также можно использовать упрощенный детерминированный подход.В этом упрощенном методе нагрузка от загрязнения (т. е. максимальное загрязнение изолятора) определяется на основе измерений и исследований состояния площадки.Затем прочность изолятора оценивается на основе опубликованной информации или на основе данных о характеристиках, обобщенных в руководствах, с применением поправочных коэффициентов для сопоставления условий испытаний с реальными условиями на месте.Затем эти данные используются для приблизительного выбора типа, материала и размеров изолятора.
4. Проверьте дизайн
Это последний шаг в процессе, когда выбранная конструкция изоляции оценивается либо путем сравнения с прошлым опытом, либо путем испытаний.
Помимо подробного метода определения размеров, описанного выше, был предложен упрощенный метод, основной задачей которого является:
• обеспечить полезную ориентацию в начале проекта и определить ряд предварительных решений;
• анализировать характеристики отключения и адекватность решений по изоляции существующих систем.
Важно подчеркнуть, что этот упрощенный метод имеет ограничения, которые могут привести к завышению или занижению размеров изоляции, и поэтому он считается недостаточно точным для окончательного процесса проектирования.С другой стороны, он дает представление о различных параметрах, которые необходимо учитывать при определении размеров изоляторов для HVDC с точки зрения загрязнения.
Первая часть связана с определением степени загрязнения площадки, которая является эквивалентным значением ESDD при эталонном значении NSDD 0,1 мг/см2.Второй шаг – настроить это значение индивидуально для каждого типа рассматриваемого изолятора, чтобы можно было определить требуемый USCD.
Обзор процесса определения степени загрязнения DC представлен на рис. 4. Целью такой оценки объекта является получение точной картины степени загрязнения рассматриваемой области на основе данных, собранных за относительно длительный период.Первоначальная оценка обычно основывается на:
1. Собраны данные о производительности существующих линий или подстанций, предпочтительно с питанием от постоянного тока, хотя данные о переменном токе также могут быть полезны;
2. Идентификация типа (т. е. A или B, как определено в IEC 60815-1) и состава загрязняющих веществ (т. е. тип солей, нерастворимых отложений и т. д.);
3. Измерение количества присутствующих загрязнений;
4. Характеристика климата, особенно при длительном засушливом сезоне;
5. Оценка географических, топологических и геологических особенностей для выявления возможных источников загрязнения;
6. Исследование существующих и обозримых будущих источников загрязнения и землепользования.
Для критически важных установок, таких как преобразовательные подстанции, приведенная выше информация может оказаться недостаточно точной, поэтому необходима более подробная оценка.В идеале это включает в себя установку экспериментальных станций в репрезентативных местах, оснащенных отдельными изоляторами с питанием от постоянного тока, чтобы получить оценку долговременного накопления загрязнения.Альтернативный подход, но с повышенной неопределенностью, заключается в том, чтобы основывать оценку серьезности на месте на измерениях, проведенных на изоляторах, находящихся под напряжением или не находящихся под напряжением.В таком случае возникает необходимость оценить вклад электростатического поля в накопление загрязнений на изоляторах постоянного тока, находящихся под напряжением.Это делается с помощью коэффициента накопления постоянного/переменного тока Kp (применимо как к значениям ESDD, так и к значениям NSDD).Этот коэффициент может варьироваться от 1 до 10, но для упрощенного процесса определения размеров более типичны значения от 1 до 3.
Как только становятся доступными результаты измерения жесткости на площадке, максимальное значение среднего значения ESDD, измеренного на изоляторах, преобразуется в эквивалентную жесткость лабораторных испытаний.С этой поправкой признается, что искусственные испытания отличаются от естественных загрязнений по ряду важных аспектов, а именно:
• Тип соли
Лабораторные испытания обычно проводятся с морской солью (NaCl), тогда как естественные слои загрязнения часто содержат менее растворимые соли, такие как гипс (CaSO4).До сих пор не существует широко применимой методологии для количественной оценки этого эффекта, кроме проведения специальных испытаний на перекрытие изоляторов с естественным загрязнением, поэтому примите Kc = 1.
• Количество нерастворимого материала, присутствующего в слое загрязнения
Стандартные лабораторные испытания обычно подвергают изолятор воздействию слоя загрязнения с плотностью нерастворимых отложений (NSDD) 0,1 мг/см2.При эксплуатации уровни NSDD обычно варьируются от 0,01 до 10 мг/см2.Измеренное ESDD нормировано на значение NSDD 0,1 мг/см2 с коэффициентом Kn.Эти поправки приводят к оценке эквивалентной серьезности места при NSDD = 0,1 мг/см2, определяемой как серьезность места DC.
Требуемые размеры изолятора (особенно путь утечки) определяются исходя из имеющегося опыта эксплуатации или результатов испытаний.Если такие данные недоступны, можно провести репрезентативные испытания изоляторов-кандидатов для определения их статистических характеристик пробоя.Под термином «репрезентативное испытание» понимается любое лабораторное испытание, предназначенное для максимально точного воспроизведения условий естественного загрязнения с точки зрения 1. серьезности загрязнения (т. е. ESDD и NSDD), 2. его состава (т. е. типа соли, а также -растворимые компоненты), 3. однородность отложений и 4. тип условий смачивания.В качестве альтернативы можно также использовать результаты стандартных лабораторных испытаний на загрязнение, но тогда становится необходимым ряд корректировок степени жесткости DC.Эти регулировки зависят от конкретного типа изолятора и поэтому выполняются отдельно для каждого изолятора, который будет использоваться (см. рис. 5).
Рис. 5: Часть 2 упрощенного процесса определения размеров — определение необходимого USCD.(Эта часть процесса выполняется отдельно для каждого типа изолятора).
Кратко изменения можно описать следующим образом:
• Неравномерность слоя загрязнения
Напряжение пробоя неравномерно загрязненных изоляторов может быть значительно выше, чем у равномерно загрязненных.Этот эффект корректируется коэффициентом Kcur.
• Диаметр изолятора
Изоляторы большего диаметра собирают меньше загрязнений, чем изоляторы малого диаметра.Этот эффект корректируется коэффициентом Kd.
• Статистические соображения
Этот поправочный коэффициент Ks выбирается для получения достаточно низкого риска пробоя.
Применение этих различных поправочных коэффициентов приводит к расчетной жесткости постоянного тока, которая соответствует степени загрязнения, при которой затем могут быть выполнены репрезентативные лабораторные испытания.На этом этапе также можно сделать первую оценку расстояния утечки (унифицированного удельного пути утечки: USCD), необходимого для проекта, на основе графиков на рис. 6. Показаны два графика, один для материалов, передающих гидрофобность (HTM ), такие как силиконовый каучук, а другой - для изоляторов, отличных от HTM, таких как стекло или фарфор.
Рис. 6: Медианные характеристики пробоя постоянного тока (наихудший случай) для изоляторов с переносом гидрофобности (HTM) и материалов с переносом негидрофобности, определенные по результатам лабораторных испытаний твердого слоя.
Эти графики справедливы как для линейных, так и для подстанционных изоляторов, имеющих относительно небольшой диаметр.Изоляторы большего диаметра обычно имеют более низкое напряжение пробоя, чем изоляторы меньшего диаметра, и поэтому требуют более длинных путей утечки.Этот эффект корректируется с помощью коэффициента Cd.В настоящее время не считается необходимым делать поправку на влияние диаметра, когда речь идет о гидрофобных изоляторах.
Установки постоянного тока на больших высотах требуют регулировки расстояния утечки для более низкого напряжения пробоя при низкой плотности воздуха.
Для установок на большой высоте можно учитывать дополнительный поправочный коэффициент, чтобы скорректировать расстояние утечки для более низкого напряжения пробоя в условиях низкой плотности воздуха.Это корректируется коэффициентом Ca.
В качестве подтверждения применимости упрощенного метода фактические характеристики отключения были проанализированы для различных установок в сравнении с представленными расчетными кривыми.Это оказалось трудным, поскольку подробная информация о характеристиках простоев и соответствующих уровнях загрязнения для эксплуатируемых систем HVDC обычно не публикуется.Тем не менее, была найдена некоторая полезная информация, и результаты этого анализа представлены отдельно для подстанций (рис. 7), линий (рис. 8) и изоляторов HTM (рис. 9).На этих графиках проводится следующее различие:
• Расчетные значения
Эти точки данных представляют минимальные значения пути утечки, реализованные в реальных системах HVDC, но для которых данные о производительности еще недоступны.
• Хорошая производительность
Указывает минимальные значения пути утечки, реализованные в реальных системах HVDC, для которых имеются сообщения о положительном опыте эксплуатации.
• Flashovers
Указывает минимальные значения длины пути утечки, реализованные в реальных системах HVDC, для которых имеются сообщения об отрицательном опыте эксплуатации.
Рис. 7: Станции постоянного тока: накопленный опыт эксплуатации изоляторов преобразовательных станций без HTM.Данные нормированы упрощенным методом.
Рис. 8: Воздушные линии постоянного тока: накопленный опыт эксплуатации изоляторов без HTM.
Рис. 9: Изоляторы HTM: накопленный полевой опыт.
Данные на этих рисунках в основном подтверждают пригодность упрощенного метода, рекомендованного для получения реалистичной первой оценки размеров изоляции, необходимой для установок высокого напряжения постоянного тока.
Эта статья является копией из INMR (https://www.inmr.com), не для коммерческого использования, а только для технического обучения и общения.
