Большая Советская Энциклопедия (ВЫ)

Высоких напряжений техника

Высо'ких напряже'ний те'хника, раздел электротехники , охватывающий изучение и применение электрических явлений, протекающих в различных средах при высоких напряжениях. Высоким считается напряжение 250 в и выше относительно земли. Экономически целесообразно строить мощные электрические станции вблизи мест добычи топлива или на больших реках и получаемую электрическую энергию передавать (например, по проводам) в промышленные районы, иногда значительно удалённые от основных источников энергии. Передача больших электрических мощностей на далёкие расстояния при низком напряжении из-за потерь практически невозможна, поэтому с развитием электрификации растут и рабочие (номинальные) напряжения электрических сетей. В СССР особенно быстро номинальные напряжения росли в период осуществления ГОЭЛРО и в середине 50-х гг. (рис. 1 ), при создании Единой высоковольтной сети (ЕВС) Европейской части страны.

  В развитии В. н. т. большую роль сыграли русские и советские учёные. В России первая лаборатория высокого напряжения была создана профессором М. А. Шателеном при Петербургском политехническом институте в 1911. В Советском Союзе работают десятки крупных лабораторий при научно-исследовательских институтах, заводах и вузах, изучающих проблемы В. н. т. Большие работы в этой области проведены Б. И. Угримовым, А. А. Смуровым, А. А. Горевым, А. А. Чернышёвым, Л. И. Сиротинским, В. М. Хрущовым и руководимыми ими научными коллективами, а также научной школой, возглавлявшейся академиком А. Ф. Иоффе. Издано большое количество монографий и учебников по В. н. т.

  Основной проблемой В. н. т. является создание надёжной высоковольтной изоляции, которая имела бы минимальные конструктивные размеры и малую стоимость. Каждая изоляционная конструкция обладает определёнными длительной и кратковременной электрическими прочностями, значения которых определяют габариты и стоимость изоляции (см. Изоляция электрическая ). Кратковременная электрическая прочность изоляции характеризует её способность выдерживать кратковременные повышения напряжения (перенапряжения), возникающие в электрических системах при различных переходных процессах (например, при включении или отключении отдельных элементов системы, при коротких замыканиях и т.д.) либо при ударах молнии в линии электропередачи или другие токоведущие части. Перенапряжения первого вида называются внутренними и обычно продолжаются сотые доли сек . Перенапряжения второго вида называются грозовыми, их длительность не превышает десятитысячных долей сек .

  Наиболее распространённым диэлектриком в электрических системах служит обычный воздух, окружающий провода линий электропередачи и другие элементы внешней изоляции электрических систем (например, опорные, проходные и подвесные изоляторы). Удельная электрическая прочность воздуха (отношение пробивного напряжения к расстоянию между электродами) резко падает с увеличением расстояния между электродами (рис. 2 ), поэтому габариты линий электропередачи должны расти быстрее, чем растёт номинальное напряжение. Это обстоятельство может положить предел увеличению рабочих напряжений воздушных линий электропередачи, который, по-видимому, составит около 1500 кв по отношению к земле (это соответствует номинальному напряжению 2000 кв для трёхфазных линий переменного тока и 3000 кв для линий постоянного тока). При таком напряжении по каждой линии можно передать электрическую мощность нескольких Гвт на расстояние порядка 1000 км и более. Дальнейшее повышение передаваемой мощности будет, по-видимому, достигнуто путём применения линий электропередачи нового типа, среди которых наиболее перспективны газонаполненные кабели , сверхпроводящие, или криогенные, кабельные линии, а также передача электрической энергии по волноводам при частотах порядка десятков Ггц .

  Электрическая прочность воздуха сильно зависит от продолжительности воздействия только при малых отрезках времени (меньше 100 мксек ), поэтому она приблизительно одинакова при грозовых и внутренних перенапряжениях. Это положение справедливо для сухих и чистых изоляторов, находящихся в воздушной среде. Если же поверхность изоляторов загрязнена и увлажнена дождём или туманом, то электрическая прочность изолятора снижается и зависит от длительности воздействия напряжения. Поэтому воздушные промежутки на линиях электропередачи (например, расстояние между проводом и землёй или элементами опоры) определяются только перенапряжениями, а количество и тип изоляторов, на которых подвешиваются провода, — также и рабочим напряжением. Величина перенапряжений, степень загрязнения изоляторов, сила ветра, который отклоняет провода от нормального положения и приближает их к опоре, меняются в широких пределах. Поэтому выбор изоляции для линий электропередачи осуществляется с применением методов математической статистики.

  Внутреннюю изоляцию электрических машин и аппаратов (например, изоляцию обмоток трансформатора относительно заземлённого сердечника или корпуса) обычно изготовляют с применением комбинации различных изоляционных материалов. Наиболее распространено сочетание изоляционного минерального масла и изделий из целлюлозы (бумага, электрокартон, прессшпан, бакелит и др.). При конструировании изоляторов принимают меры для выравнивания электрического поля путём, например, применения электродов закруглённой формы, использования различия в величинах диэлектрической проницаемости изоляционных материалов, принудительного распределения напряжения по объёму изоляции. Кратковременная удельная электрическая прочность внутренней изоляции, так же как и воздуха, уменьшается при увеличении расстояния между электродами, поэтому обычно выгодно разбивать изоляцию на ряд последовательно соединённых относительно тонких слоёв. Длительная электрическая прочность внутренней изоляции определяет срок её службы при нормальных эксплуатационных условиях. Основными факторами, приводящими к постепенному ухудшению первоначальных свойств изоляции, являются механические воздействия (например, вследствие электродинамических усилий между токоведущими частями при коротких замыканиях), повышение температуры, увлажнение и загрязнение, воздействие перенапряжений. Особое место занимают частичные разряды в образующихся в толще изоляции газовых включениях, которые могут оказаться одной из основных причин старения изоляции. Под нормальными эксплуатационными условиями понимается ограничение перечисленных выше факторов до определённого уровня, обеспечивающего расчётный срок службы изоляции. Для увеличения срока службы изоляции большое значение имеет система профилактических испытаний изоляции, во время которых путём измерения ряда характерных величин (сопротивление утечки, тангенс угла диэлектрических потерь, ёмкость при двух частотах или при двух температурах, интенсивность частичных разрядов и др.) можно оценить состояние изоляции и своевременно определять сроки и характер необходимого ремонта. В систему профилактических испытаний входит также испытание повышенным напряжением, обязательное после возвращения изоляции из ремонта.

  Необходимые габариты внутренней изоляции определяются уровнем воздействующих на неё грозовых и внутренних перенапряжений, т. е. её кратковременной электрической прочностью, которая для установок с номинальным напряжением 220—500 кв