Физические и химические причины повреждения элементов электрических сетей
Элементы электрических сетей работают в условиях большого числа видов эксплуатационных воздействий: механических усилий на провода и опоры, приложения электрического напряжения к изоляционным материалам, теплового влияния электрического тока на проводники и изоляционные материалы, химического и электрохимического влияния активных сред на материалы проводников, изоляционных изделий и других элементов сети.
В процессе эксплуатации объекта запас прочности его элементов постоянно снижается.
Элементом с наибольшей скоростью старения в распредсетях является древесина опор.
Главное ее функциональное свойство — механическая прочность. Древесина должна выдерживать, не ломаясь, воздействие нагрузок от веса самой опоры и от вешних факторов: ветра, гололеда, тяжения проводов и тому подобное. При этом древесина может испытывать растягивающее или сжимающее усилия, работать на изгиб или скалывание. Прочность древесины зависит от влажности и плотности.
Ухудшение механических свойств деревянных опор связанно с загниванием.
Особенно подвержены гниению деревянные конструкции у поверхности земли (на уровне переменной влажности и достаточного доступа воздуха). Это загнивание крайне неблагоприятно, так как распространяется в сечении опоры, где на волокна древесины действуют наибольшие механические усилия.
Сильно поддаются гниению и горизонтальные элементы элементы опор, где вода скапливается в трещинах, вырубках, отверстиях.
Основной принцип защиты лесоматериала от гниения заключается в том, что в древесину вводятся антисептики — вещества, которые ее отравляют и делают непригодной для питания грибов. На практике применяются два основных вида антисептиков.
Маслянистые антисептики (креозотовое масло, антраценовое масло) в процессе пропитки под давлением поступают в поры высушенной до 20-ти процентов влажности древесины.
Водорастворимые антисептики (донолит, уралит и др.) в процессе продолжительной диффузии поступают в свежую (сырую) древесину по водным каналам пор, оставаясь при высыхании на стенках этих каналов. Срок службы качественно пропитанных опор может достигать для отдельных пород и сортов древесины 30-ти лет.Деревянные опоры имеют также другой существенный недостаток — способность к возгоранию. Причинами возгорания могут быть пожары на лесных трассах, поражение опоры молнией, токи коротких замыканий.
Возгорание опор в сетях 10 кВ происходит при протекании токов короткого замыкания на землю в следующей электрической цепи: внутренний проводящий канал или поверхность поврежденного изолятора — крюк или штырь — стойка опоры — приставка. При этом огонь первоначально образуется в сочленении с наибольшим переходным сопротивлением. Имеются случаи возгорания опор ВЛ 0,4 кВ от накаленного током КЗ заземляющего спуска ПЗ.
Железобетонные опоры воздушных линий более долговечны и требуют незначительных затрат при эксплуатации.
Однако, в развитых распредсетях с большими токами замыкания на землю имеются случаи повреждения ж/б стоек из-за местного их перегрева токами замыкания в точках сочленения деталей и в грунте.
Опоры, на которых имело место однофазное замыкание на землю, должны тщательно осматриваться с целью выявления повреждений, снижающих механическую прочность опоры.
Большая доля отказов связана с повреждением изоляции воздушных линий, кабелей и оборудования.
Обычно разрушение изоляции элемента происходит в результате набора факторов: термического воздействия (при повышающих температурах), воздействия электрического напряжения, механических сил, влияния влаги и загрязнений.
Пробой фарфорового изолятора редко вызывает его разрушение и характеризуется обычно малозаметными оплавленными каналами, направленными через толщу изолятора к штырю или крюку по самому короткому пути.
Значительно число отказов в распределительной сети вызвано повреждением изоляции маслонаполненного оборудования (силовых и измерительных трансформаторов, масляных выключателей, конденсаторов). Эти повреждения чаще всего являются следствием старения изоляционного масла.
Обрывы и другие повреждения проводов вызывают также значительное число отказов. Не изолированные провода ВЛ находятся в условиях многочисленных эксплуатационных воздействий, способствующих их старению и ухудшению основных свойств: механической прочности и проводимости. Ухудшение этих свойств связано с перегрузкой проводов по току, в том числе при длительных коротких замыканиях, несоответствием норме стрел провеса, частым влиянием погодных аномалий (гололед, ветер, мороз). Кроме того, провода повреждаются токами молнии и токами сопровождения промышленной частоты, при схлестывании проводов, пробое изоляторов, падении опор, при касании ветвями и падении деревьев. Провод подвержен местным перегревам в соединениях.
Наиболее активно разрушает коррозия стальные провода.
Для предохранения стальных элементов ВЛ (проводов, заземляющих спуском оттяжек и так далее) от коррозии применяется покраска специальными лаками и эмалями. В последние годы для этой цели нашли применение «преобразователь ржавчины» и защитные антикоррозионные электротехнические смазки.
Разнообразны и сложны процессы при повреждении кабелей. Основной вид повреждения кабелей с бумажной изоляцией — потеря диэлектрической прочности жильной и поясной изоляции в совокупности с ее пропиточным составом.
В сети 0,4 кВ с глухо-заземленной нейтралью защита, как правило, отключает кабель до возникновения многофазного КЗ.
В сети 10 кВ с изолированной нейтралью защита работает только после повреждения изоляции двух или трех жил от длительного термического действия тока замыкания на землю.
Ускоренному перерастанию однофазного замыкания в многофазное способствует и повышенное напряжение на «живых» фазах при «земле» в сети 10 кВ. Образованию первоначального канала тока утечки может предшествовать сильный перегрев соединений жил кабеля с большими переходными сопротивлениями (соединительных гильз и наконечников).
При отказе защит и недопустимом нагреве бумажная изоляция обугливается по всей длине. Выдавливается и часть кабельной пропитки. кабель становится непригодным для эксплуатации.
Пластмассовая изоляция кабелей при отказе защит расплавляется и полностью теряет свои изоляционные свойства.
Причины повреждения кабелей:
— низкое качество изготовления кабеля и кабельных материалов на заводах-изготовителях;
— недостатки монтажа;
— отсутствие полноценной диагностики и системы профилактического и качественного ремонта;
— недостатки эксплуатации (перегрев токами, повышенное сетевое напряжение, внешние воздействия);
— естественное старение кабелей, наступающее обычно после 25-ти лет нормальной эксплуатации.