Kompaktiranje 400 kV nadzemnih vodov z vidika zmanjševanja vpliva prehodnih prenapetosti na izolacijiPodkoritnik, Simon (Avtor) Papič, Igor (Mentor) nadzemni vodatmosferske razelektritvekompaktiranjeprenapetostikoordinacija izolacijepreskušanjesimulacije.Tematika doktorske disertacije sega na področje prehodnih prenapetosti s strmim čelom in kompaktiranja 400 kV nadzemnih vodov za slovensko področje, kjer je zaenkrat to še neuporabljeno orodje. Kompaktiranje prinaša zmanjševanje glave (lahko tudi povečanje) stebra nadzemnega voda in posledično približevanje faznih vodnikov. To prinaša, še posebej na najvišjem prenosnem nivoju, takšne spremembe, ki lahko neposredno vplivajo na število preskokov na izolaciji nadzemnega voda, katerih vzrok so prehodne prenapetosti. Te şmo razvrstili na tiste, ki jih ponazarjajo stikalne prenapetosti in atmosferske razelektritve ter so ključne pri obravnavi 400 kV izolacijskega nivoja. Na podlagi minimalnih dozemnih in medfaznih razdalj smo s stališča vzdržnih napetosti preverili razdalje in geometrijo iskrišča dvosistemskega kompaktiranega nadzemnega voda v izvedbi s podpornimi izolatorji. Pri obravnavi prehodnih prenapetosti s strmim čelom, ki lahko privedejo do porušitve izolacije in preskokov, smo namenili posebno pozornost udaru strele kot osrednjemu dejavniku. Tu je treba za vsako področje, kamor se nadzemni vod vključuje, preveriti bistvene parametre amplitude toka strele, pogostost pojavljanja in obliko tokovnega udara. Da smo lahko parametre analizirali, je bilo treba uporabiti razvite napredne sisteme za lokalizacijo atmosferskih razelektritev (v Sloveniji sistem SCALAR). S tem nam je bil omogočen vpogled v klasifikacijo atmosferskih razelektritev in možnost določitve časov trajanja samega pojava s ključnimi podatki o lastnostih strel, ki so potrebni za analize zanesljivosti obratovanja ob uporabi koordinacije izolacije. Udari strel v nadzemni vod se lahko zaključijo na tri načine, vendar sta le dva izrazita in ju moramo upoštevati v primeru neposrednega udara v fazni vodnik ali v zaščitno vrv. Zato smo analizirali različne pristope zaključevanja udarov strel v objekte, saj ti definirajo izpostavljenost objekta neposrednemu udaru. Določanje obnašanja nadzemnega voda pod vplivom zunanjih dejavnikov sloni na elektrogeometrijskih modelih, ki so analitična orodja, s katerimi smo raziskovali možnosti za udare strel v nadzemni vod. Modeli temeljijo na pojmu udarna razdalja. Lider, ki napreduje iz oblaka proti zemlji, se mora s konico približati objektu na zemlji na neko kritično razdaljo (udarno razdaljo), ki je potrebna, da pride do končnega preskoka in povratnega udara toka. Zaradi udarov strel in prenapetosti se potencial spreminja tako na strani vodnikov kot tudi na stebru nadzemnega voda, ki v normalnih razmerah ni pod napetostjo, pač pa je ozemljen. Izolator mora zato vzdržati prenapetosti, ki so posledica potencialnih razlik med obema. Kadar je vzdržna napetost izolacije prekoračena, pride do preskoka. Kompozitni izolatorji, ki se jih uporablja pri kompaktiranih vodih, zlahka vzdržijo napetostne obremenitve znotraj materiala, se pa zato preskok zgodi zaradi razelektritve ob zunanji strani, po površini ali nad izolatorjem v zraku. V vlažnih pogojih in predvsem v primeru onesnažene površine izolatorja se lahko oblok pojavi po površini, vendar to ne velja za prehodne prenapetosti, ampak za časne, ki pa niso problematične za ta napetostni nivo in smo jih zato dokazano izločili iz obravnave. To izhaja iz dejstva, da je zaradi direktne ozemljene nevtralne točke transformatorjev faktor zemeljskega stika najnižji od vseh napetostnih nivojev prenosnih sistemov pri nas. Zaradi zniževanja električnega polja in navideznega podaljšanja iskrišča na izolaciji za omejevanje prenapetosti in odmikanja obloka v primeru preskokov stran od izolatorja (termične obremenitve) imamo običajno na izolatorjih nameščene zaščitne obroče z rogljiči. Ker je preskočna razdalja med elektrodama rogljičev najmanjša, je vmes električno polje najmočnejše in zaradi tega pride do preskoka na tem mestu. Zato je potrebno pri analizah prenapetosti na izolaciji ustrezno modeliranje iskrišča. Tu smo preverili različne modele, ki takšna iskrišča opisujejo, med njimi najbolj ključni model, ki temelji na U-t karakteristiki preskoka, model integralnih metod in fizikalne modele. Slednjim smo namenili kar nekaj pozornosti, saj upoštevajo vse tri stopnje razvoja razelektritve, od pojava korone, razvoja strimerjev, do končnega liderja in preskoka. Pomemben parameter, ki smo ga morali obravnavati, so tudi valovne impedance voda in sklopni faktor. Slednji vpliva na velikost inducirane napetosti v vodnikih, ko pride do udara strele v zaščitno (ozemljeno) vrv, in je povezan z geometrijo razdalj med vodniki. Impedanca nadzemnega voda pa definira, kako se bo prenapetostni val preoblikoval, omejil ali ojačal. Pri tem nismo pozabili na pomembno vlogo specifične upornosti zemlje in ozemljitvene upornosti stebra, ki sta drug z drugim neodtujljivo povezana in skrbita za odvajanje elektrine v zemljo. Pri modeliranju iskrišča je več pristopov, ki jih lahko uporabimo. Prvi je statični (poenostavljen) in drugi dinamični model ozemljila. Ta je pomemben in naprednejši, saj upošteva proces ionizacije zemlje, ki je odvisna od specifične upornosti zemljine in bolje ponazarja razmere v primeru odvajanja elektrine v zemljo. Obstaja veliko postopkov za izvedbo analiz prenapetosti, a je pri tem smiselno imeti tudi takšnega, ki bi bil za slovenske razmere najprimernejši. V ta namen smo zato izdelali poenostavljen postopek, kjer smo združili določene modele in predstavili kako s tem omogoča dober vpogled v zanesljivost nadzemnega voda oziroma izpostavljenost prehodnim prenapetostim s strmim čelom. Simulacije in uporaba naprednih metod omogočajo sicer dober vpogled zanesljivosti navidezne izolacije, a preskusi so tisti, ki potrjujejo in dokazujejo realne razmere na vodu. V ta namen smo skonstruirali prototip kompaktirane izolatorske verige in uporabili tako standardne kot nestandardne pristope k preskušanju. Želeli smo se približati obliki udarnega vala, katerega analizo opravimo preko neposrednega opazovanja udarov strel (SCALAR). Prav tako smo namenili pozornost pojavljanju korone, ki predstavlja proces ionizacije zraka v okolici kovinskega spončnega materiala in vodnikov pri visoki napetosti. V grobem lahko pojav korone pri izmenični napetosti razdelimo na pozitivno in negativno polperiodo, ker se pojavi ionizacije odvijajo v nanosekundnem področju. Ta pojav povzroča več posledic, ena glavnih je pojav radiointerferenčne motnje, ki jo merimo (RIV − radiointerferenčna napetost), in hrup na vodu. Zvočna širokopasovna komponenta korone nastane kot posledica mikrorazelektritev na površini kovinskih delov, kadar je vrednost električnega polja na dani lokaciji manjša od kritične. Poleg RIV merimo še same delne razelektritve oziroma tokovne »pulze«, ki se dogajajo v zraku in jih moramo omejiti. Optimizacija izolatorske verige je zelo pomembna in jo lahko izvajamo na več načinov. Ena izmed zelo uporabnih za naš primer je optimizacija iskrišča s spreminjanjem geometrije. S tem lahko neposredno vplivamo na navidezno podaljšanje izolatorske verige in posledično zvišanje kritične poljske jakosti. Tako dobimo optimalno obliko 400 kV kompaktirane izolatorske verige.20242024-03-05 07:55:00Doktorsko delo/naloga154829sl