Гост р 55187-2012 вводы изолированные на номинальные напряжения свыше 1000 в переменного тока. общие технические условия

Газ в электрическом поле

Точно также как и любой диэлектрик, газ реагирует на электрическое поле. Молекулы газа, находясь в свободном движении, со скоростями большими чем у ионов в растворах и расплавах, можно сказать, что они более независимы, чем когда были в состоянии жидкости. Наличие электрического поля приводит к дипольной ориентации молекул газа (отдельных диполей). Они начинают поворачиваться так, чтобы скомпенсировать действие поля. Происходит это не сразу.

Потенциальная энергия поля будет преобразовываться в кинетическую энергию молекул газа. При достаточной напряжённости электрического поля будет происходить ионизация молекул газа. Электрический диполь в виде молекулы разорвётся на атомы и одному из них будет недоставать электрона. Образуется положительный ион — катион, который устремится к катоду источника поля. Вполне возможно, что на своём пути он захватит свободный электрон, но если таких разорванных диполей станет много, то и процесс разрыва молекул на атомы станет лавинообразным. В итоге проводимость газа значительно улучшится и через газ будет проходить больше электричества, сила тока будет стремительно возрастать. Графически этот процесс хорошо иллюстрируется вольт-амперной характеристикой (ВАХ). В конечном итоге в газе происходит разряд, который бывает разных видов, но об этом сказано ниже.

Физическая и химическая природа элегаза

С точки зрения химии элегаз представляет собой чрезвычайно инертное соединение. Он не реагирует на кислоты и щелочи, окислители и восстановители. Данное вещество обладает повышенной устойчивостью к расплавленным металлам, слаборастворимо в воде и вступает во взаимодействие только с органическими растворителями.

Для распада этого соединения необходима температура 1100 градусов и выше. Продуктами распада являются газообразные составляющие, обладающие токсичностью и специфическим резким запахом. Накапливаясь в помещении, элегаз может вызвать кислородную недостаточность. В целом он относится к малоопасным веществам с предельно допустимой концентрацией в помещении – 5000 мг/м3, а на открытом воздухе – 0,001 мг/м3.

Существенным недостатком элегаза является потеря его изоляционных качеств и переход в жидкое состояние под действием низких температур. Поэтому к температурному режиму элегазовых установок предъявляются дополнительные требования. Одним из наиболее подходящих вариантов выхода из подобных ситуаций служит смешивание элегаза с другими видами газов, например, с азотом. Другой способ заключается в использовании системы подогрева, существенно повышающей надежность оборудования при температурах минус 40 и ниже.

Физические свойства элегаза во многом зависят от равномерности и однородности электрического поля, выдаваемого распределительными устройствами. Неоднородные поля вызывают появление местных перенапряжений, которые, в свою очередь, приводят к возникновению коронирующих разрядов. Данные разряды способствуют разложению элегаза и образованию в этой среде низших фторидов, пагубно воздействующих на конструктивные элементы коммутационного оборудования.

В связи с этим, все делали и составные части должны иметь очень гладкие поверхности, на которых отсутствуют заусеницы, шероховатости и грязь, приводящие к созданию местных напряженностей электрического поля, снижению электрической прочности элегазовой изоляционной системы.

Процедуры оценки функционирования.

Исследования проводились совместно компаниями ABB, AREVA T&D — ныне: ALSTOM, SIEMENS, EnBW, E.ON Hanse, RWE и Solvay Fluor. Оценка функционирования была проведена в соответствии со стандартами ISO 14040-43. При этом к участию в созданном в рамках исследования, консультационном совете привлеклись ученые и другие заинтересованные стороны, а также учитывался критический анализ от внешних, независимых экспертов TÜV NORD CERT.

В ходе исследования, были собраны данные о широком диапазоне электрооборудования работающего в сетях среднего напряжения: трансформаторных подстанциях, RMU* и абонентских подстанциях. В собранных данных, приводится анализ ключевых понятий электротехники (в частности, активных потерь), данных об анализе разборок, а также об электрической нагрузке и сроках службы.

Чтобы определить количество (исследуемых) структур были приняты два разных подхода:

• Для системного подхода на уровне электрической сети были рассмотрены две репрезентативные модели электрических сетей: с одной стороны, городских и с другой стороны — сельских районов. Эти модели сети характерны для энергоснабжающих сетей и имеют большое количество RMU.

В основу анализа сети также включались активные потери кабелей, линий электропередачи и трансформаторов.

• На уровне распределительного устройства образец немецкого ассортимента распределительных устройств в диапазоне среднего напряжения был определен на основании статистического количества выпускаемого в настоящее время оборудования компаниями Zentralverband Elektrotechnik-und Elektronikindustrie (ZVEI). Этот ассортимент охватывает весь диапазон распределительных устройств и для использования в коммунальных сетях, и для сетей инфраструктуры и промышленности. Однако исследование на уровне распределительного устройства означает, что значение активных потерь в кабелях, линиях электропередач и на трансформаторах не будут учитываться.

Высоковольтное оборудование подстанций и распределительных устройств

С высоковольтным электрооборудованием обычный человек, не работающий в этой сфере, сталкивается только издалека, вход в данные электроустановки без соответствующей квалификации строго запрещен.

Перечень самых распространенных его элементов:

  1. Трансформаторы. Служат для понижения или повышения величины переменного напряжения за счет взаимоиндукции. Они не имеют вращающихся частей, кроме, естественно, дополнительной системы их вентиляции, так как при работе возможен их перегрев;
  2. Ячейки КРУ (комплектно распределительные устройства). Они рассчитаны на определенную величину напряжения и тока, которые нельзя превышать. Выполнены в виде шкафов, соединенных в один ряд. По назначению они бывают вводные, секционные и распределительные, которые непосредственно питают или другие подстанции потребителей или же непосредственно высоковольтные электрические машины.
  3. Вакуумные и масляные выключатели. Они устанавливаются как в ячейках КРУ, так и снаружи на открытых распределительных устройствах (ОРУ). Они могут включать и отключать напряжение даже под нагрузкой. В их цепи заведены всевозможные релейные защиты.
  4. Разъединители. Предназначены для создания видимого, а значит и надежного разрыва при отключении определенного участка цепи.
  5. Короткозамыкатели, а также отделители. Изготовлены и применяются для преднамеренного замыкания высоковольтной линии на землю, для защиты людей и участков цепи от повреждений при пробое опасного напряжения. Устанавливаются только в цепях с заземленной нейтралью.
  6. Разрядники. Они являются устройствами, ограничивающими величину напряжения при атмосферных явлениях (грозы с молниями) и коммутациях.
  7. Реакторы. Может быть дугогасящий, токоограничивающий. В цепях постоянного тока применяются сглаживающие реакторы для снижения пульсации, выпрямленного преобразователем, тока.
READ  Типы огнетушителей и их применение

Газовые разряды

В зависимости от условий, в которых находится газ, а также от характеристик источника тока, в газу могут происходит разряды разных типов, каждый из которых имеет свои особенности.

Дуговой разряд: представляет собой электрический пробой газа, которой в дальнейшем становится постоянным плазменным разрядом — дугой, образуется электрическая дуга. Дуговой разряд характеризуется более низким напряжением, чем тлеющий разряд. Поддерживается в основном за счёт термоэлектронной эмиссии, когда из электродов высвобождаются электроны. Старое название такой дуги «вольтова дуга». Отличительной особенностью такой дуги является высокая плотность тока и низкое напряжение, которое ограничено источником тока. Для того, чтобы создать такую дугу, электроды сближаются, происходит пробой, а затем они раздвигаются. Дуговой разряд используется в сварке, в плазменной резке, в электроэрозионной обработке.

Тлеющий разряд: представляет собой ток в ионизированном газе, а точнее сказать в низкотемпературной плазме. Тлеющий разряд образуется при прохождении тока через разряженный газ. Как только напряжение превосходит определённое значение, газ в колбе ионизирует и происходит свечение. Это уже по сути электрический ток не столько в газе, сколько в плазме. Цвет свечения газа (плазмы) зависит от вещества газа. Каждый газ излучает свой спектр видимого света. На этом основано использование яркой неоновой рекламы. Достаточно несколько сотен вольт напряжения источника, чтобы ионизировать газ и вызвать в нем тлеющий разряд. В аналитической химии, свойство газа излучать свой определённый спектр света используется для определения неизвестного состава газа. Это метод спектроскопии.

Искровой разряд: происходит при обычных условиях, при обычном атмосферном давлении, точно также как и тлеющий разряд происходит в следствие ионизации газа, но при высоком напряжении, в отличии от дугового разряда, где в первую очередь важна высокая плотность тока. Искровой разряд сопровождается характерным треском. Поджиг искрового разряда происходит как результат пробоя диэлектрика — газа. Например, такой разряд используется в свечах зажигания двигателей внутреннего сгорания. Для электрического пробоя в сухом воздухе необходима разность потенциалов из расчёта 3 кВ (3000 Вольт) на 1 мм воздушного зазора, соответственно для пробоя промежутка в 50 мм потребуется напряжение источника в 150 кВ.

Коронный разряд: происходит в сильном электрическом поле с высокой напряжённостью, достаточной, чтобы вызвать ионизацию газа (или жидкости). Электрическое поле при этом бывает не однородным, где-то напряжённость значительно больше. Образуется градиент (различие) потенциалов поля и там где потенциал больше, ионизация газа идёт сильнее, интенсивнее, затем поток ионов доходит до другой части поля, тем самым образуя поток электричества. В результате образуется коронный газовый разряд причудливых форм, в зависимости от геометрии проводников — источников напряжённости поля. Коронный разряд можно увидеть вблизи изоляторов высоковольтных линий, также он применяется в быту и промышленности, например в ксерокопировании, воздушные ионизаторы, в системах кондиционирования воздуха, производство озона.

Электрический ток в газах используется в настоящее время очень широко. Практически в каждом доме есть люминесцентные лампы, в которых происходит тлеющий разряд, на производствах, в гаражах, используется электрическая сварка с помощью дугового разряда, двигатели автомобилей работают благодаря искровому разряду, некоторые применяют ионизаторы и имеют лазерные принтеры, где используется коронный разряд.

Дата: 16.05.2015

Высоковольтные испытания и диагностика электрооборудования

Большую роль в правильной и не пожароопасной эксплуатации электрооборудования с высоким напряжением является его испытание, а также диагностика. От этих действий также зависит надежность всей сети и передачи электроэнергии, как товара, к потребителю.

Испытания проводятся в следующих случаях:

  • при вводе нового оборудования в работу и подключения к электросети высокого напряжения;
  • во время проведения капитального или текущего ремонта, с периодичностью которая определяется руководством предприятия или компании. Это зависит от различных внешних производственных и климатических факторов;
  • в межремонтный период если были выявлены или же замечены ненормальные режимы работы электрооборудования.
READ  Узо и дифзащита

Диагностика высоковольтного электрооборудования чаще всего включается в перечень работ по эксплуатации.

Испытание же предполагает проверку повышенным напряжением, для каждого вида оборудования и аппаратуры величина этого напряжения определяется согласно правилам ПУЭ и ПТЭЭП.

Промышленное получение элегаза

В основе промышленного метода производства элегаза заложена прямая реакция между газообразным фтором и расплавленной серой. В этом случае сера сжигается в потоке фтора при температуре 138-149С в специальной крекинг-печи, представляющей собой стальной горизонтальный реактор. Данное устройство состоит из камеры загрузки и камеры сгорания, разделенных между собой перегородкой. Камера загрузки оборудована люком, через который загружается сера и электрическим нагревателем для плавления.

В камере сгорания имеется сопло, охлаждаемое водой, через которое подается фтор. Здесь же установлена термопара и конденсатор для возгонов серы. Сама сера в расплавленном виде подается из камеры загрузки в камеру сгорания через специальное отверстие, расположенное в нижней части перегородки. Отверстие оказывается закрыто расплавленной серой, что предотвращает попадание фтора в камеру загрузки.

Данный реактор, несмотря на простую конструкцию, обладает некоторыми отрицательными качествами. Сера фторируется на поверхности расплава, из-за этого в большом количестве выделяется тепло. Под его воздействием, а также под влиянием фтора, происходит усиленная коррозия реактора на границе разделения производственного цикла. Поэтому, когда производительность реактора увеличивается, появляется необходимость в отводе тепла в большом количестве и выборе материала для реактора, устойчивого к коррозии.

Избежать подобных недостатков возможно с помощью других способов производства элегаза. Нередко используется реакция фтора и четырехфтористой серы совместно с катализатором, а также термическое разложение соединения SF5CI при температуре 200-300С. Данные способы считаются сложными и дорогостоящими, поэтому на практике используются довольно редко.

Плюсы и минусы шестифтористой серы

преимуществ у элегаза достаточно:

  • По электрической прочности элегаз выигрывает у воздуха в 2,5 раза. Воздух берется в сравнение, так как до элегазовых выключателей использовались воздушные. Выигрышно высокие значения диэлектрической и электрической прочностей позволяет уменьшить размеры электрооборудования без уменьшения эксплуатационных характеристик. Например, уменьшая размеры выключателей автоматически уменьшаются и габариты распределительного устройства. Также элегаз обладает способностью захватывать свободные электроны, образуя малоподвижные ионы, повышая этим электрическую прочность.
  • Меньшая скорость распространения звука — в три раза по сравнению с воздухом.
  • Элегаз не стареет и не требует частой замены. Даже, если произошел дуговой разряд, то газ распадается, однако, потом заново рекомбинирует и вновь находится в рабочем состоянии.

существует и пара недостатков, ведь ничего не бывает идеального:

из-за долгого разложения он внесен в список парниковых газов и хотя его роль в общей картине невелика, из-за промышленного использования на него наложено это клеймо.
при высоких температурах элегаз переходит в жидкое состояние и выделяются ядовитые продукты его разложения, поэтому важно следить за его температурой
в помещениях без должного вентилирования SF6 может накапливаться, и, собравшись в достаточном количестве, вызывать кислородное голодание у обслуживающего персонала. Поэтому важно следить и за концентрацией данного вещества без цвета и запаха.
если его вдохнуть, то Ваш голос преобразится на время в мощный бас, однако, злоупотреблять этим не стоит.
высокая стоимость.
при использовании в электрооборудовании необходимо следить за чистотой и герметичностью оборудования и самого газа.

Заводы высоковольтного оборудования

«Завод высоковольтного оборудования» (ЗВО) предлагает клиентам коммутационную, распределительную аппаратуру с рабочим напряжением до 220 000 Вольт. Это динамично развивающееся предприятие, которое поставляет оборудование для различных промышленных сфер применения (нефтегазовая промышленность, машиностроение, металлургия, транспорт и сельское хозяйство).

Специалисты и персонал тщательно подобраны, они выполняют контроль над качеством выпускаемого оборудования на всех этапах изготовления.

Производство высоковольтного оборудования является основным направлением деятельности компании «Высоковольтный союз». Этот завод является одним из самых крупных производителей электротехнической аппаратуры класса 6-110 кВ. В составе его входят как производственные предприятия, так и региональные представительства, на которые возложены функции по реализации изготовляемой продукции, а также задачи, связанные с оказанием услуг сервисного характера.

Компания «Сименс» уже много лет является мировым лидером по производству высоковольтного оборудования для ОРУ и ЗРУ.

Инновационные технологии, применяемые для изготовления каждого даже самого незначительного элемента, гарантируют высокое качество, надежность и эксплуатационную безопасность, а также длительный безаварийный срок службы.

Больше о высоковольтном оборудовании: подстанциях, устройствах, производствах, обслуживании, можно узнать на выставке «Электро».

Высоковольтные конденсаторыНизковольтное оборудованиеРегулирующая аппаратура

Дугогасительные качества элегаза

При всех одинаковых условиях элегаз обладает значительно большей дугогасительной способностью, по сравнению с обычным воздухом. Основными факторами являются состав плазмы, плотность элегаза, а также теплоемкость, тепло- и электропроводность, находящиеся между собой в температурной зависимости.

При достижении состояния плазмы, наступает распад молекул элегаза. Когда температура достигает 2000 К, происходит резкое увеличение теплоемкости из-за молекулярной диссоциации. Поэтому в температурном промежутке между 2000 и 3000 К теплопроводность плазмы во много раз увеличивается по сравнению с обычным воздухом. При достижении температуры 4000 К диссоциация молекул начинает уменьшаться.

READ  Шабад м.а. трансформаторы тока в схемах релейной защиты. часть первая. экспериментальная и расчетная проверки

Одновременно в дуге элегаза образуется атомарная сера. Ее низкий потенциал ионизации вызывает такую концентрацию электронов, которая способна поддерживать дугу даже при температуре 3000 К. Дальнейшее повышение температуры приводит к падению теплопроводности плазмы, в результате этот параметр становится таким же, как и у воздуха. Далее вновь происходит увеличение теплопроводности.

За счет этих процессов сопротивление и напряжение горящей дуги в элегазе снижается примерно на 20-30% относительно дуги, возникающей в воздухе. Подобное состояние удерживается вплоть до температур от 8 до 12 тыс. градусов. Когда температура плазмы начинает снижаться до 7000 К и далее, в ней соответственно уменьшается концентрация электронов, что приводит к падению электрической проводимости плазмы.

При достижении 6000 К ионизация атомарной серы сильно снижается, а захват электронов свободным фтором, наоборот, усиливается. В этом процессе участвуют также низшие фториды и молекулы элегаза. Диссоциация молекул завершается при температуре 4000 К, после чего начинается их рекомбинация. Это приводит к еще большему снижению плотности электроном, поскольку происходит химическое соединение атомарной серы с фтором.

В данном температурном диапазоне характеристики теплопроводности плазмы еще сохраняются на высоком уровне, охлаждение дуги продолжается за счет удаления из плазмы свободных электронов. Их захватывает атомарный фтор и молекулы элегаза. Постепенно происходит увеличение и полное восстановление электрической прочности промежутка дуги.

Дискуссии об экологических аспектах.

Сразу же после подписания Киотского протокола, немецкие производители и операторы распределительных устройств и оборудования, использующие элегаз (SF6) и компании — производители элегаза — Solvay Fluor и Derivate GmbH & Co. KG заявили о поддержке требований о недопущении и сокращении выбросов в течение всего срока эксплуатации продукта, а также о контроле над выбросами SF6. Правительство Германии поддержало это добровольное обязательство в 1997 году.

Производители электрооборудования, поставщики электроэнергии и Solvay Fluor подготовили предварительную оценку функционирования энергосистем еще в 1999 году. В исследовании использовался анализ городской электросети. Результаты предварительной оценки функционирования энергосистемы показали, что использование элегазовой изоляции высоковольтного оборудования в городской энергосистеме является выгодным даже с учетом экологических аспектов.

Вскоре возникла необходимость проведения детального изучения последствий применения элегаза в распределительных устройствах, работающих в диапазонах среднего напряжения. Министерство Германии по делам окружающей среды в рамках Национальной программы по защите климата, определило, что исследование использования элегаза SF6 в установках среднего напряжения есть актуальным и соответствующим этой программе. Поэтому, для получения достоверной информации об экологических последствиях применения элегаза в распределительных устройствах, работающих в диапазоне среднего напряжения, в 2003 году проводились соответствующие исследования.

Что такое газ?

Поток электричества, то есть электрический ток, может существовать не только в металлах, электролитах и расплавах, он может быть также и в газах. Что из себя представляет газ? Это одно из фазовых состояний вещества, когда молекулы газа свободны и хаотичны в своём движении, когда объем вещества можно сжать, когда вещество подвижно и т.д. Газ состоит из молекул, а молекулы в свою очередь обычно состоят из атомов. В итоге каждая такая молекула газа представляет из себя электрический диполь.

Вот такое собрание электрических диполей в виде молекул газа не обязано в своём составе иметь ни свободные электроны, ни свободные ионы, однако всё-таки некоторое их незначительное количество имеется. Газ является в своём обычном состоянии диэлектриком, то есть он представляет из себя изолятор, изолирует лучше чем проводит ток.

Мы с вами дышим атмосферным воздухом, который представляет из себя смесь газов, большая часть которого молекулы азота N2 (78,09 % объёма). Водяной пар, как впрочем и любой другой также являются газами. Газы нас окружают повсюду. Каждое вещество при определённом давлении и температуре находится в устойчивой газовой фазе.

В технических устройствах и приборах специально создаются условия отличные от нормальных, для существования вещества в газовой фазе. Нормальные условия — это обычное атмосферное давление и температура от 0° до 20°C, в зависимости от технической сферы применения. В люминесцентных лампах находится газ, но его условия отличаются от нормальных, там разряженный газ, так как давление ниже атмосферного. Баллон с пропаном или кислородом содержит в себе «газ», но он сжиженный, в сжатом виде, давление там выше одной атмосферы, оно может быть 16-200 атмосфер. Всё, что выше одной атмосферы — это сжиженный газ, а всё что ниже — разряженный газ. Это искусственно создаваемые условия техническими средствами.

В зависимости от температуры, давления в объёме газа и от свойств вещества газа — он будет иметь различные свойства по проводимости электричества, а также по условиям ионизации.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: