Н.Н. РОДИОНОВ

ТЕХНИКА ВЫСОКИХ

НАПРЯЖЕНИЙ

Учебное пособие

Самара 2013

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

К а ф е д р а «Электроснабжение промышленных предприятий»

Н. Н. РОДИОНОВ

ТЕХНИКА ВЫСОКИХ

НАПРЯЖЕНИЙ

Учебное пособие Самара Самарский государственный технический университет Печатается по решению редакционно-издательского совета СамГТУ ББК УДК 621.3.048.

Б Родионов Н.Н.

Б 17 Техника высоких напряжений: учеб. пособие / Н.Н. Родионов. – Самара: Самар. гос. техн. унт, 2013. – 93 с.: ил.

Учебное пособие для теоретического и практического изучения дисциплины «техника высоких напряжений». С целью закрепления материала каждый раздел имеет базовую практическую часть:

контрольные вопросы многостороннего качественного характера, приводятся примеры решения задач, комплексы задач для самостоятельного решения. Даны примеры и условия решаемых вопросов, для их практического применения. Приводятся вспомогательные разделы: предисловие, введение и т.д.

Предназначено для подготовки бакалавров по направлению 140400 «Электроэнергетика и электротехника», профиль «Электроснабжение», может быть полезна специалистам-электрикам для подготовки курсового проекта и выпускной квалификационной работы.

Компетенции пособия: ОК-7, ПК-8, ПК-9, ПК-40, ПК-44.

Р е ц е н з е н т ы: канд. техн. наук О.В. Лысенко, технический директор ООО Сызранская горэлектросеть А.В. Овтин ББК УДК 621.3.048.

Б © Н.Н. Родионов, © Самарский государственный технический университет,

ПРЕДИСЛОВИЕ

В настоящее время неуклонно повышается роль техники высоких напряжений в различных отраслях промышленности и хозяйства России. Если после распада СССР ряд воздушных линий были переведены на пониженные напряжения, так например, с 1150 кВ и 750 кВ на 500 кВ; линии 500 кВ на 330 и 220 кВ, то в настоящее время они восстанавливаются в первоначальные условия. Готовятся линии и оборудование на сверхвысокие напряжения до 1180 кВ, Китай и Индия приняли решение о создании сети ВЛ напряжением 1000 – 1200кВ. Если для протяжённых территорий нашей страны такие напряжения вполне оправданы, то такие страны как Германия, Франция и даже Япония также считают их экономически целесообразными. Расширение производства, обновление и освоение технологических процессов, требуют развития и совершенствования высоковольтной техники [1].

В связи с введением двухуровнего высшего образования и пересмотра учебных планов, вновь определена дисциплина под названием «Техника высоких напряжений». Техника высоких напряжений представляет собой комплекс дисциплин (причем не только электротехнических), изучающих воздействие высокопотенциальных электрических а также магнитных полей на вещества, изделия, элементы конструкций; вопросы их технического использования в области электроэнергетики и смежных отраслях.

Среди этих дисциплин: методы расчета электрических полей, электрические разряды в газах, жидких и твердых диэлектриках, дисперсных системах, высоковольтные установки. Основные разделы, представляемые в данной работе, посвящены свойствам и характеристикам изоляционных конструкций электрооборудования высокопотенциального напряжения, при воздействии различных эксплуатационных факторах, а также надежной эксплуатации самих изделий. Требуется учитывать механическую прочность, тепловые процессы.

В последнее десятилетие, практически, не издавались учебные материалы: практикумы, учебные пособия, содержащие задачи и примеры; сборники целевых и развернутых задач по курсу «Техника высоких напряжений». Если такие попытки и имели место, то издания выпускались крайне ограниченным тиражом, предназначенным для данного учебного заведения.

Настоящее издание является попыткой создания учебного пособия с задачами и примерами по курсу ТВН. Пособие включает теоретические сведения по изучаемым разделам, пояснение формул, решения задач и примеров, вопросы для самопроверки и задачи для самостоятельного решения, в том числе и с целью контроля.

Включение значительного теоретического материала необходимо, т. к. данная дисциплина является практически первой связывающий изучаемый материал по специальности и осуществляющий переход к ведущим дисциплинам. Лекционный курс и рассматриваемые вопросы располагаются в учебных планах, программах и расписании далеко не синхронно, а представляемый теоретический раздел, дополненный вопросами, для самопроверки помогает студентам полнее изучить и закрепить теоретический материал. Приведенные примеры решения задач позволяют усвоить методические приемы и подходы, подготовить студентов к самостоятельной работе. В современных образовательных технологиях важное место отводится самостоятельной работе студентов под контролем преподавателя. Одной из форм такой работы является освоение методов расчета и выполнение самих расчетов, проводимых студентами самостоятельно и по индивидуальным заданиям. Такие задания представляются, практически, после каждого раздела и содержат достаточное количество вариантов.

Пособие содержит необходимый справочный материал, однако учитывая стремительное увеличение источников информации (справочники, каталоги и конечно Интернет), приветствуется их использование.

Сведения, излагаемые в пособии и в первую очередь теоретические, базируются на материале классических учебных и периодических изданий, информации проектных организаций и т. д.

Источники информации, используемые при написании учебного пособия, представлены в библиографическом списке и для упрощения изложения материала ссылки на них, практически, не делаются.

Все замечания и пожелания просим направлять по адресу:

446001, Самарская обл., г. Сызрань, ул. Советская, 45.

ВВЕДЕНИЕ

Дисциплина, введенная вновь в учебные планы под названием «Техника высоких напряжений», как это ни странно, требует пояснения, особенно для тех, кому она и предназначена. В последние двадцать лет дисциплина фигурировала под другим названием, а учебники и пособия издавались крайне малым тиражом, практические материалы полностью отсутствовали. Молодое поколение, которому предстоит изучать ТВН, знакомы с высоким напряжением по электрическим индукционным машинам, если им повезло в школе, грозовому атмосферному разряду и с «чем-то что порой гудит в железной коробке» с нарисованным черепом. Тем не менее явления, устройства и объекты ТВН необходимо знать будущим электроснабженцам, а кроме того особенности техники безопасности при их обслуживании.

Учитывая данные факторы, пособие построено по принципу первоначального знакомства с явлениями и конструкциями в теоретическом представлении, получение методических навыков и освоение самостоятельных решений, как правило, под контролем преподавателя.

Следует помнить и обращать внимание студентов, что учитывая своеобразную область высокопотенциальных полей, а в тоже время микроструктуру веществ закономерности и явления описываются полуэмпирическими и эмпирическими зависимостями, корреляциями. Прорабатывая вопросы основной тематики необходимо обращать внимание студентов, казалось на первый взгляд второстепенные факторы: диэлектрические характеристики материалов, температурные влияния, внешние воздействующие факторы, агрегатные состояния и т. п.

Рассмотрение теоретических вопросов, изложенных в данном пособии, не исключает использование фундаментальных учебников, периодической и справочной литературы, Интернета. Автор надеется, что всестороннее использование данного учебного пособия будет способствовать лучшему усвоению практического лабораторного курса и всей дисциплины.

Как упоминалось выше, первые разделы пособия акцентируют внимание на основных явлениях ТВН и понятиях дисциплины, отдавая предпочтение вопросам изоляционной техники и защите от перенапряжений.

СОДЕРЖАНИЕ

Предисловие…………………………………………………………………………. Введение……………………………………………….………………...….

РАЗДЕЛ ПЕРВЫЙ

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ЯВЛЕНИЯ

В ВЫСОКОВОЛЬТНОЙ ИЗОЛЯЦИИ

Глава первая. Основные характеристики электрической изоляции……………………………………….……………..…... 1.1.Основные определения и назначение изоляции……………………….... 1.2.Основные виды изоляции и их характеристики………………………… Глава вторая. Воздействие на изоляцию различных факторов………….….. 2.1. Старение изоляции. Общие закономерности………………………………... 2.2. Частичные разряды в газовых включениях внутренней изоляции……………………………………………………………………………. 2.3. Тепловое старение внутренней изоляции……………………………..…….. 2.4. Старение при механических нагрузках и увлажнение изоляции……………………………………………………………. 2.5. Вопросы для самопроверки…………………………………………………...

РАЗДЕЛ ВТОРОЙ

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ В ИЗОЛИРУЮЩЕЙ СРЕДЕ

Глава третья. Напряженность электрических полей различной конфигурации……………………………………………………….. 3.1. Характеристики электрического поля………………………………………. 3.2. Конфигурация электрических полей…………………………………........... 3.3. Задачи. Конфигурация электрических полей……………………………….. 3.4. Методика решения задач……………………………………………............... Глава четвертая. Развитие разряда и пробивные напряжения в электрических полях…………………………………………………………... 4.1. Развитие разряда в промежутках с однородным электрическим полем……………………………………………………………… 4.2. Развитие разряда в промежутках с неоднородным электрическим полем……………………………………………………………… 4.3. Задание. Однородное поле. Климатические факторы…………………….... 4.4. Методика решения задач……………………………………………………... 4.5. Учет атмосферных условий при определении разрядных и испытательных напряжений………………………………….…….. 4.6. Задание. Неоднородное поле. Климатические факторы…………………….

РАЗДЕЛ ТРЕТИЙ

ОСНОВНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

ИЗОЛЯЦИИ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК

Глава пятая. Разряд вдоль поверхности твердого диэлектрика в воздухе и в масле……………………………………………….. 5.1. Разряд вдоль поверхности диэлектрика в воздухе…………….……….…... 5.2. Разряд вдоль поверхности диэлектрика в масле………………….………... 5.3. Задание. Перекрытие диэлектрика по воздуху…………………………….... 5.4. Методика решения задач……………………………………………………... 5.5. Вопросы для самопроверки…………………………………………….……

РАЗДЕЛ ЧЕТВЕРТЫЙ

ТВЕРДАЯ ИЗОЛЯЦИЯ

Глава шестая. Развитие разряда и пробой твердых диэлектриков….……… 6.1. Пробой твердых диэлектриков…………………………………….….…....... 6.2. Задачи. Тепловой пробой диэлектриков…………………………………….. 6.3. Методика решения задач…………………………………………….……….. 6.4. Вопросы для самопроверки……………………………………….…………..

РАЗДЕЛ ПЯТЫЙ

ВЫСОКОВОЛЬТНЫЕ АППАРАТЫ И УСТРОЙСТВА

Глава седьмая. Атмосферные и внутренние перенапряжения………………. 7.1. Воздействие перенапряжений на высоковольтные аппараты……………………………………………………………………………. 7.2. Общие характеристики, классификация и применение нелинейных ограничителей перенапряжений…………………………………… 7.3. Основные эксплуатационные характеристики нелинейных ограничителей напряжений………………….………

7.4. Выбор ограничителей перенапряжений…………………….……….............. 7.5.Методические примеры расчета характеристик ОПН и выбора их типов………………………………….…….………………….. 7.6. Вопросы для самопроверки…………………………………………………... Глава восьмая. Основные виды и особенности изоляции, работающей, в высоковольтных электротехнических устройствах……………………….. Контрольный подраздел…………………………………………………………. Заключение……………………………………………………………….. Библиографическое описание…………………………………………………..…