Проблемы надежности работы
Чтобы получить более полное представление о надежности энергосистемы, необходимо понять основные причины сбоев системы и сбоев системы.
11 Основные причины сбоев в энергосистеме (на фото: две змеи, погибшие в электрической коробке)
Ниже приводится описание основных режимов отказа.
- Подземный кабель
- Ошибки трансформатора
- молниеносный
- Контакт с деревом
- птицы
- Бурундуки
- Змеи
- насекомые
- Медведи, бизон и крупный рогатый скот
- Мыши, крысы и суслики
- вандализм
1. Подземный кабель
Важнейшей проблемой надежности, связанной с подземными кабелями, является электрохимическое дерево. Деревообразование происходит, когда проникновение влаги в присутствии электрического поля снижает электрическую прочность изоляции кабеля. Когда диэлектрическая прочность будет достаточно деградирована, переходные процессы, вызванные молнией или переключением, могут привести к диэлектрическому пробою.
Электрохимическое дерево обычно влияет на экструдированный диэлектрический кабель, такой как сшитый полиэтилен (XLPE) и этилен-пропиленовый каучук (EPR), и в значительной степени объясняется изоляционными примесями и плохим производством.
Подземный отказ кабеля (ФОТО КРЕДИТ: scantekgroup.com.au)
Для уменьшения сбоев, связанных с электрохимическим древом, утилита может установить защиту от перенапряжений на столбах стояка (переходы от верхнего к подземному), может приобрести древовидный кабель и может проверить кабельные барабаны, прежде чем принимать их от производителя.
Существующий кабель можно протестировать и заменить, если проблемы обнаружены. Один из способов сделать это - применить испытание на устойчивость к постоянному току (приблизительно 3-кратное номинальное RMS-напряжение). Поскольку кабели проходят или не проходят этот тест, информация о состоянии повреждения кабеля не может быть определена.
Другим популярным методом тестирования кабелей является введение небольшого сигнала в один конец и проверка отражений, которые будут возникать в точках частичного разряда. Другие методы измеряют коэффициент мощности в диапазоне частот (диэлектрическая спектроскопия), анализируют образцы физической изоляции в лаборатории для полимерного разрушения (степень полимеризации) и используют кабельные инденторы для проверки твердости изоляции.
Отслеживание подземного кабельного сбоя (VIDEO)
Не могу посмотреть это видео? Нажмите здесь, чтобы посмотреть его на Youtube.
Не все отказы подземной кабельной системы связаны с изоляцией кабеля. Значительный процент наблюдается при сращиваниях, окончаниях и суставах. Основные причины связаны с проникновением воды и плохим качеством изготовления. Термоусадочные покрытия могут использоваться для водонепроницаемости этих соединений и повышения надежности.
Последней серьезной проблемой надежности подземного кабеля является выкапывание. Это означает, что оборудование для земляных работ прорезает один или несколько кабелей. Чтобы предотвратить выбросы, коммунальные службы должны побуждать общественность выявлять кабельные маршруты до начала раскопок участка. В экстремальных случаях, когда требуется высокая надежность, коммунальные предприятия могут размещать кабели в банках с воздухонепроницаемыми банками.
Вернуться к индексу ↑
2. Сбои трансформатора
Трансформаторы являются критическими связями в энергосистемах и могут занять много времени, если они потерпят неудачу. По вине возникают чрезмерные физические нагрузки на обмотки трансформатора и являются основной причиной сбоев трансформатора.
Перегрузки редко приводят к сбоям трансформатора, но они вызывают термическое старение изоляции обмоток.
Когда трансформатор нагревается, изоляция на обмотках медленно разрушается и становится хрупкой с течением времени. Скорость термического распада приблизительно удваивается на каждые 10 ° C. 10 ° C упоминается как «фактор Монтсинджера» и является эмпирическим правилом, описывающим теорию электролитической диссоциации Аррениуса.
Сбой силового трансформатора (фото: oriontechserv.com)
Из-за этого экспоненциального отношения перегрузки трансформатора могут привести к быстрому старту трансформатора. Когда термическое старение приводит к тому, что изоляция становится достаточно хрупкой, следующий ток повреждения, проходящий через трансформатор, будет механически встряхивать обмотки, трещина будет образовываться в изоляции, и это приведет к ошибке внутреннего трансформатора.
Экстремальные температуры горячего пятна в жидкостных трансформаторах также могут привести к сбою.
Это связано с тем, что горячая точка может вызвать образование свободных пузырьков, которые уменьшают диэлектрическую прочность жидкости. Даже если свободные пузырьки не образуются, высокие температуры увеличат внутреннее давление в баке и могут привести к переполнению или разрыву резервуара.
Неисправность автотрансформатора 230/69 кВ (VIDEO)
Не могу посмотреть это видео? Нажмите здесь, чтобы посмотреть его на Youtube.
Многие трансформаторы оснащены переключателями ответвлений (LTC) для регулирования напряжения. Эти механически движущиеся устройства исторически были склонны к отказу и могут существенно снизить надежность трансформатора.
Производители обратились к этой проблеме, и новые модели LTC с использованием вакуумных технологий преуспели в снижении частоты отказов.
Вернуться к индексу ↑
3. Молния
Удар молнии происходит, когда напряжение, создаваемое между облаком и землей, превышает электрическую прочность воздуха. Это приводит к массивному току, который обычно превышает 30 000 ампер. Хуже того, большинство ударов состоит из нескольких разрядов за долю секунды. Молния является основной надежностью для коммунальных предприятий, расположенных в высоких кероновых районах.
Изокереунистическая карта мира показана на рисунке 1 ниже.
Рисунок 1 - Количество грозовых дней в году
Молния может влиять на энергосистемы посредством прямых ударов (удар попадает в силовую систему) или путем косвенных ударов (штырь контактирует с чем-то в непосредственной близости и индуцирует волну движущегося напряжения на энергосистеме).
Удар молнии - башня трансмиссии
Молнию можно защитить от:
- Имея высокую систему BIL,
- Используя экранирующие провода,
- Использование ограничителей перенапряжений для зажима напряжения на оборудовании и
- Обладание низким сопротивлением.
Прямые удары практически невозможно защитить от системы распределения.
Вернуться к индексу ↑
4. Контакт с деревом
Деревья непрерывно растут, могут падать на проводники, могут падать ветви на проводники, могут толкать проводники вместе и могут служить воротами для животных. Вот почему многие коммунальные предприятия тратят больше на обрезку деревьев, чем на любую другую профилактическую деятельность.
Когда ветка дерева соединяет два проводника, неисправность не происходит немедленно.
Это связано с тем, что влажная ветка дерева обладает значительным сопротивлением. Небольшой ток начинает течь и начинает высыхать древесные волокна. Через несколько минут целлюлоза будет карбонизироваться, сопротивление будет значительно уменьшено, и произойдет короткое замыкание. Филиалы, обрезающие однофазный проводник, обычно не приводят к сбоям системы.
Дерево расстояния от воздушных линий (фото кредит: saskpower.com)
Ошибки из-за контакта с деревом могут быть уменьшены с помощью древовидного проводника. Это верхний провод с изолированной рубашкой, подобной кабелю. Деревопровод может быть эффективным, но неисправности, как правило, приводят к выгоранию проводника, поскольку они не будут двигать (двигаются вдоль проводника), как неисправности на оголенном проводнике.
Вернуться к индексу ↑
5. Птицы
Птицы являются наиболее распространенной причиной разломов животных как на передающих системах, так и на воздушных подстанциях. Различные типы птиц вызывают различные типы проблем, но их обычно можно классифицировать как гнездящихся птиц, птиц, птиц, хищников и дятлов.
Вложенные птицы обычно строят свои дома на передающих башнях и на подстанциях. Гнездовые материалы могут вызывать сбои, а экскременты птиц могут загрязнять изоляторы.
Вложенные птицы также привлекают хищников, таких как еноты, змеи и кошки. Эти хищники могут быть хуже проблемой надежности, чем сами птицы.
Сиэтл-Сити Легкие рабочие удаляют гнездо птицы-скопы возле реки Дуамиш, которая вызвала короткое замыкание (фото-кредит: hpowerlines.seattle.gov)
Петли птицы используют электрооборудование для отдыха или поиска добычи. Они могут быть отключены электрическим током путем соединения проводников с крыльями, а их экскременты могут загрязнять изоляторы. Для предотвращения птичьего воспламенения устройства защиты от руления могут быть размещены на привлекательных объектах. Для мест, которые обслуживают тысячи птиц, собирающих птиц, можно использовать более экстремальные методы сдерживания, такие как пиротехника.
Хищники - хищные птицы, такие как орлы, ястребы, ослы, совы и стервятники. Проблемы с надежностью аналогичны другим птицам-носящим и гнездящимся птицам, но может потребоваться специальное рассмотрение, поскольку большинство хищников защищены федеральным правительством.
Дятлы клюют дыры в лесу своими клювами, когда они ищут насекомых. Это не наносит вреда деревьям (кора восстанавливается), но может привести к разрушительному повреждению полюсов полезности. Это можно предотвратить, используя стальные столбы, используя репеллент, или обманом дятел, полагая, что уже есть резидентный дятел (дятлы вполне территориальные).
Вернуться к индексу ↑
6. Белки
Белки - это надежность для всех систем распределения электроэнергии вблизи лесистых территорий. Белки обычно не будут подниматься по полюсам полезности, но будут прыгать на них с близлежащих деревьев.
Белка перешла в линию электропередач в Трамбалле, штат Коннектикут, где расположен компьютерный центр Nasdaq, закрывая торговлю в течение 34 минут. Это был второй раз (фото: cantechletter.com)
Они вызывают сбои, перекрывая заземленное оборудование фазовыми проводниками. Проблемы с белками могут быть смягчены путем вырубки соседних деревьев доступа или установкой охранников животных на изоляторы.
Вернуться к индексу ↑
7. Змеи
Змеи являются серьезной проблемой надежности как на подстанциях, так и на подземных системах. Они могут протискиваться через очень маленькие отверстия, могут лезть почти на все, и имеют длину, чтобы легко разбить фазовые проводники.
Эта трехметровая кобра является виновником, который вызвал большой отказ электропитания в Модимолле. Сжигаемый выключатель можно увидеть на заднем плане (фото: diepos.co.za)
Змеи обычно ищут пищу (птицы на подстанциях и мышах в подземных системах), и удаление продовольствия часто может устранить проблему змеи. Также доступны специальные «змеиные заборы».
Вернуться к индексу ↑
8. Насекомые
Становится все более распространенным явлением для муравьев-муравьев строить гнезда в оборудовании, смонтированном на платформе.
Пожарные муравьи, гнездящиеся внутри трансформатора (фото: iaeimagazine.org)
Их гнездовые материалы могут вызывать короткое замыкание, муравьи могут съесть прочь изоляции проводника, и они делают техническое обслуживание оборудования проблемой.
Вернуться к индексу ↑
9. Медведи, бизон и крупный рогатый скот
Эти крупные животные обычно не вызывают коротких замыканий, но ухудшают структурную целостность полюсов, протирая по проводам парня. Медведи могут также разрушать деревянные столбы, используя их в качестве царапин, а черные медведи могут подниматься на деревянные столбы. Эти проблемы можно решить, разместив ограждения вокруг полюсов и анкерных проводников.
Вернуться к индексу ↑
10. Мыши, крысы и суслики
Эти грызуны вызывают сбои, грызуя изоляцию подземного кабеля. Они являются наиболее распространенной причиной сбоев, связанных с животными, на подземном оборудовании. Хуже того, они будут привлекать змей (также проблема надежности).
Шкафы оборудования должны быть плотно закрыты, чтобы предотвратить попадание этих мелких животных. Ультразвуковые приборы также могут использоваться для удержания грызунов (ультразвуковые устройства не будут удерживать змей).
Вернуться к индексу ↑
11. Вандализм
Вандализм может принимать самые разные формы: от людей, стреляющих изоляторами с винтовками, в профессиональных воров, похищающих проводник для металлолома. Решение этих проблем надежности будет сильно отличаться от ситуации к ситуации.
Вернуться к индексу ↑
Ссылка: Руководство по электротехнике - LL Grigsby (Книга с твердым переплетом из Amazon)