Tecnología de alta tensión en electricidad, tipos de aislamiento de plantas y coordinación de aislamientos

Técnica de alto voltaje

La ingeniería de alta tensión es una de las principales disciplinas en una serie de especialidades eléctricas, eléctricas y electrofísicas.

Es ampliamente utilizado en muchos sectores de la economía nacional. Con respecto a los sistemas de potencia de alta tensión, esta disciplina estudia el aislamiento eléctrico y los procesos que ocurren en el aislamiento cuando se exponen a voltajes nominales (operativos) y sobrevoltajes.

Las instalaciones de alta tensión, en base a las características de los procesos en aislamiento eléctrico, incluyen instalaciones con una tensión nominal superior a 1000 V.

El curso de técnica de alta tensión se suele dividir en dos partes. La primera parte aborda temas relacionados con el diseño, la tecnología, las pruebas y la operación. aislamiento de instalaciones electricas… La segunda parte examina la ocurrencia de sobretensiones en las redes eléctricas y los métodos para su limitación.

Ambas partes de la tecnología de alto voltaje están estrechamente relacionadas entre sí, y la solución general a los problemas de una u otra parte debe llevarse a cabo en una relación mutua.

La gama de problemas abordados por la tecnología de alto voltaje incluye:

• campo eléctrico de alto voltaje;

• descarga eléctrica y surf en dieléctricos;

• aislamiento eléctrico y estructuras aislantes;

• métodos de protección contra sobretensiones y sobretensiones;

• cuestiones relacionadas con el equipo de laboratorios de alta tensión, mediciones de alta tensión, métodos de prueba preventiva de estructuras de aislamiento y aislamiento, corrientes de tierra y dispositivos de puesta a tierra.

Cada una de estas preguntas tiene sus propias características e importancia independiente. Sin embargo, todos ellos están destinados a resolver el problema principal de la tecnología de alto voltaje: creación y provisión de aislamiento eléctrico que funcione de manera confiable de instalaciones de alto voltaje (creación de estructuras de aislamiento con niveles de aislamiento técnica y económicamente racionales).

Por ejemplo, las fugas de gas tienen una gran importancia independiente, pero en las tecnologías de alta tensión se consideran en términos de propiedades de aislamiento, ya que los gases, especialmente el aire, están presentes en todas las estructuras de aislamiento.

Esta disciplina científica surge simultáneamente con la aparición de las primeras instalaciones de alta tensión, cuando el aislamiento eléctrico empieza a determinar la fiabilidad de su funcionamiento.

a medida que creces tensión nominal de las instalaciones los requisitos de aislamiento están aumentando.Estos requisitos están determinados en gran medida por los transitorios que ocurren en varias partes de las instalaciones eléctricas durante la conmutación de circuitos, fallas a tierra, etc. (sobretensiones internas) y descargas de rayos (sobretensiones atmosféricas).

Para resolver los problemas de la tecnología de alto voltaje, se necesitaban laboratorios especiales de alto voltaje para obtener altos voltajes de varios tipos y formas, así como dispositivos de medición de alto voltaje.

Por lo tanto, la ingeniería de alto voltaje considera el equipo principal de los laboratorios modernos de alto voltaje y las mediciones de alto voltaje.

Además, se considera el flujo de corrientes en el suelo (frecuencia industrial y pulso) desde el punto de vista de la disposición de puestas a tierra de trabajo y protección, necesarias para garantizar los modos de operación de las instalaciones de alta tensión y la seguridad de su mantenimiento. .

La ingeniería de alto voltaje es la única disciplina académica que examina exhaustivamente el desempeño de las estructuras de aislamiento en los sistemas eléctricos, razón por la cual es una de las disciplinas centrales para todas las carreras de ingeniería eléctrica y de ingeniería eléctrica.

Tipos de aislamiento para instalaciones eléctricas de alta tensión

Moderno sistemas de poder, que consta de una serie de centrales eléctricas (NPP, HPP, GRES, TPP), subestaciones, líneas eléctricas aéreas y de cable, contiene tres tipos principales de aislamiento de alta tensión: estación, subestación y aislamiento de línea.

Al aislamiento de gas incluyen el aislamiento de equipos eléctricos destinados a instalación interna, es decir, el aislamiento de máquinas rotativas (generadores, motores y compensadores), dispositivos eléctricos (interruptores, limitadores, reactores, etc.). transformadores y autotransformadores de potencia, así como estructuras aislantes eléctricas para instalación interna (sockets y aisladores de soporte, etc.).

Para aislamiento de subestaciones incluyen el aislamiento de los equipos eléctricos destinados a la instalación externa (en la parte abierta de la subestación), es decir, el aislamiento de los transformadores y autotransformadores de potencia, los dispositivos eléctricos externos, así como las estructuras de aislamiento eléctrico para la instalación externa.

Para aislamiento de línea incluyen aislamiento de líneas aéreas y aislamiento de líneas de cable.

El aislamiento eléctrico de las instalaciones de alta tensión se divide en externo e interno. Al aislamiento exterior incluir dispositivos y estructuras de aislamiento eléctrico en el aire, y al aislamiento interno — dispositivos y estructuras en un medio líquido o semilíquido.

El aislamiento de alto voltaje determina la confiabilidad de la operación de los sistemas de energía y, por lo tanto, está sujeto a requisitos de resistencia eléctrica cuando se expone a altos voltajes y sobretensiones, resistencia mecánica, resistencia a las influencias ambientales, etc.

El aislamiento debe soportar la tensión de funcionamiento durante mucho tiempo, así como el impacto diferentes tipos de sobretensiones.

El aislamiento externo destinado a la instalación externa debe funcionar de manera confiable bajo lluvia, nieve, hielo, diversos contaminantes, etc. El aislamiento interno, en comparación con el aislamiento externo, generalmente tiene mejores condiciones de trabajo.En áreas montañosas, el aislamiento externo debe funcionar de manera confiable a presión de aire reducida.

Muchos tipos de estructuras de aislamiento eléctrico deben tener una mayor resistencia mecánica. Por ejemplo, aisladores de soporte y manguito, manguitos, etc. debe resistir repetidamente el impacto de grandes fuerzas electrodinámicas durante cortocircuitos, aisladores de línea (guirnaldas) y estructuras de aislamiento eléctrico de alto soporte: carga de viento, ya que el viento puede crear alta presión.

La limitación de sobretensiones peligrosas para el aislamiento en diferentes modos de funcionamiento se lleva a cabo utilizando la ayuda dispositivos especiales de protección.

Los principales dispositivos de protección son pararrayos, pararrayos, capacidades de protección, supresión de arco y bobinas reactivas, pararrayos (cable y varilla), disyuntores de alta velocidad con dispositivos de cierre automático (AR).

Las medidas operativas razonables ayudan a garantizar un funcionamiento fiable del aislamiento cuando se utilizan limitadores y otros dispositivos de protección. Incluyen la coordinación del aislamiento, la organización de pruebas de aislamiento preventivas periódicas (para identificar y eliminar el aislamiento debilitado), la puesta a tierra de los neutros de los transformadores, etc. .

Coordinación de aislamiento

Uno de los principales problemas que se plantean en el diseño de aislamientos en tecnologías de alta tensión es la definición de los denominados "Nivel de aislamiento", es decir, el voltaje que puede soportar sin dañarse.

El aislamiento de las instalaciones eléctricas debe realizarse con un límite de rigidez eléctrica tal que no se produzca superposición (destrucción) ante cualquier posible sobretensión.Sin embargo, este aislamiento es demasiado engorroso y caro.

Por tanto, a la hora de elegir el aislamiento, se aconseja no ir en la línea de crear un límite a su fuerza eléctrica, sino en la de aplicar medidas protectoras que, por un lado, eviten la aparición de ondas de sobretensión peligrosas para el aislamiento, y por otro lado, protege el aislamiento de que se produzcan sobretensiones...

Por lo tanto, el aislamiento se selecciona en un cierto nivel, es decir. valor especificado para la tensión de descarga y ruptura, teniendo en cuenta las medidas de protección.

Nivel de aislamiento y las medidas de protección deben seleccionarse de tal manera que el aislamiento no se colapse bajo la influencia de las diversas formas de sobretensión que ocurren en una instalación dada, y al mismo tiempo tenga un tamaño y costo mínimos.

La conciliación del nivel adoptado de aislamiento y medidas de protección con las sobretensiones que afectan al aislamiento se denomina coordinación de aislamiento.

Los niveles de aislamiento para instalaciones con una tensión de 220 kV inclusive están determinados principalmente por los valores de las sobretensiones atmosféricas, es decir son significativamente más altos que los valores de las sobretensiones internas, y la coordinación del aislamiento en ellos se basa en las características del impulso.

Los niveles de aislamiento de las instalaciones de 330 kV y superiores vienen determinados principalmente por las sobretensiones internas, y la coordinación del aislamiento en las mismas se basa en la consideración de las posibles magnitudes de estas sobretensiones.

La coordinación del aislamiento depende en gran medida del punto neutro de la instalación. Las instalaciones con un neutro aislado requieren un mayor nivel de aislamiento que las instalaciones con un neutro conectado a tierra.