Развитие техники высоких напряжений. Применение высоких напряжений
Техника высоких напряжений – это раздел электротехники, который охватывает применение и изучение электрических явлений, протекающих в разнообразных средах при высоких напряжениях.
Возникновение техники высоких напряжений связано с необходимостью передачи больших электрических мощностей на значительное расстояние. В конце 19 века профессор Лачинов изложил идею о передаче электрической энергии на большие расстояния, заключавшуюся в повышении напряжения и уменьшении тока по мере увеличения дальности и передаваемой мощности.
Развитие техники высоких напряжений происходило в соответствии с ростом и изменением запросов энергетики. Возникла необходимость в создании промышленных высоковольтных установок постоянного, импульсного и переменного напряжения и установок для изучения и испытания изоляции в условиях воздействия высокого напряжения различных видов. В настоящее время номинальное напряжения линий электропередач достигло отметки в 1150 кВ, передаваемая мощность такой линий может составлять 6 ГВт. В Российской Федерации протяженность линий электропередач с номинальным напряжением от 35 до 1150 кВ составляет более 800 тысяч километров. Высокие напряжения широко используются в таких электротехнологиях, как:
- Очистка воды.
- Электрофильтры.
- Окраска.
- Электроимпульсных и электрогидравлических технологиях (резка горных пород, дробление, бурение и т.п.).
- В электрофизических установках (лазеры, ускорители, управляемый термоядерный синтез).
В высоковольтном оборудовании применяются твердые, газообразные, жидкие изоляционные материалы, а также их комбинации. Изоляция делится на внутреннюю (отделена от окружающей среды корпусами и может быть комбинированной, твердой, газообразной или жидкой и внешнюю.
Высоковольтная изоляция
Внешняя высоковольтная изоляция – это часть изоляционной конструкции, в которой изолирующей средой является атмосферный воздух.
Прочность высоковольтной внешней изоляции зависит от интенсивности мокрых осадков, а также температуры, давления и влажности атмосферного воздуха. Изоляционные конструкции, задачами которых является обеспечение изоляции кабелей, конденсаторов, трансформаторов, приборов, токоведущих элементов машины и т.п. относятся к внутренней изоляции. По конструктивному исполнению внутренняя изоляция может быть различной формы и выполнять функции теплоотводящей среды и крепежных деталей. По агрегатному состоянию внутренняя изоляция может быть твердой, жидкой, газообразной, а также комбинированной. Самое широкое распространение получили комбинированная изоляция на основе стеклопастов и слюдоластов, маслобарьерная изоляция, бумажно-масляная изоляция и т.п.
Использование в установках высокого напряжения жидких, твердых и газообразных диэлектрических материалов обусловлено рядом причин. Во-первых, у таких материалов гораздо выше электрическая прочность, чем у атмосферного воздуха, что способствует сокращению изоляционного расстояния. Во-вторых, у них есть функция механического крепления проводников, которые находятся под напряжением (касается только твердых диэлектриков). В-третьих, через изоляцию из данных материалов можно осуществлять отвод тепла, которое выделяется в результате прохождения рабочих токов. Применение жидких диэлектриков делает возможным (в ряде случаев) улучшать условия охлаждения, благодаря естественной или принудительной изоляционной жидкости.
Внутренняя изоляция отличается от внешней следующими особенностями:
- Из-за внешних тепловых, механических и электрических воздействий происходит снижение электрической прочности внутренней изоляции.
- Кратковременные изменения атмосферных условий практически не оказывают влияние на прочность внутренней изоляции.
- Электрическая прочность внутренней изоляции любого вида, за исключением чисто газовой, зависит от продолжительности воздействия напряжения.
- Разрушение и пробой внутренней изоляции представляет собой необратимое явление.
Самовосстанавливающаяся изоляция представляет собой изоляцию, которая полностью восстанавливает свои изолирующие свойства после полного разряда, причиной которого является приложение высокого напряжения. К данному виду изоляции относятся внешняя изоляция и внутренняя газовая и жидкая изоляция, в том случае, если происходит разрушение поверхности твердого диэлектрика. Изоляция, пробой которой является необратимым явлением относится к не самовосстанавливающейся. К данному виду изоляции относится большинство видов внутренней изоляции.
К изоляции высоковольтного оборудования предъявляются ряд требований: длительная электрическая прочность, хорошие тепловые свойства, технологичность, механическая прочность, экологичность и прочие специфические требования.
