Проблему токового ограничения при срабатывании современных аппаратов высокого напряжения (АВН) можно считать решенной. Как в упругих (газовых), так и в неупругих (вакуум) средах токоограничение обеспечивается за счет принудительного увеличения сопротивления столба дуги и отключения тока при первом же его переходе через нуль. Увы, но решение этой задачи породило не менее важную проблему – срез тока вблизи его нуля. Комбинация различных материалов, используемых в электрических контактах аппаратов, а также методов управления столбом дуги, позволяет снизить, но не решить окончательно проблему среза тока. Особенно эта проблема характерна для вакуумных дугогасительных камер (ВДК). В итоге энергия, накопленная в индуктивности токовой цепи, высвобождается практически мгновенно. Формой высвобождения этой энергии является импульс электромагнитного излучения (ЭМИ), от которого страдает в первую очередь аппаратура релейной защиты и автоматики (РЗА). Эта проблема традиционно решается за счет применения экранирующих материалов и пленок, например, медной фольгированной ленты Scotch™ 1181, а также разведения блоков с ВДК и аппаратурой РЗА внутри комплектных распределительных устройств.
Однако, помимо ЭМИ, коммутация сопровождается также и резким импульсным скачком коммутационного напряжения. В этом случае возрастает опасность пробоя изоляции, либо перекрытия по поверхности. При этом для ВДК наиболее велик риск именно перекрытия по внешней поверхности изоляции, т.е. по воздуху (см. рис. 1). Пробой вакуумной изоляции практически исключен.
В перспективе проблема среза тока будет решена за счет применения принципиально новых коммутационных аппаратов – синхронных выключателей, которые. Подобно выхлопным предохранителям, рвут ток четко в нуле, т.е. в тот самый момент, когда и величина энергии, запасенной в индуктивности коммутируемой цепи, равна нулю.Сейчас же, в условиях применения современных АВН, проблема требует практического решения. Хорошо с этой задачей справляются с помощью применения традиционных средств – токоограничивающих реакторов, разрядников, полупроводниковых ограничителей перенапряжений (ОПН). Но есть и еще одно решение, позволяющее увеличить стойкость самой ВДК к возможному перекрытию. То есть в данном случае, предлагается бороться с причинами, а не последствиями. Ведь в случае внезапного отказа ОПН или разрядника, что всегда случается так некстати, АВН и вся коммутируемая им сеть остается практически без защиты.Не секрет, что дуга образуется вследствие лавинного пробоя, причиной которого становится разряд в прикатодной зоне коммутационного аппарата. Именно там, в прикатодной зоне, наблюдаются самые большие градиенты напряженности электрического поля, которые, собственно говоря, и вызывают образование электрического разряда, переходящего в лавинный пробой. Для аппарата переменного тока оба его электрода могут быть как катодом, так и анодом. Все зависит от полярности напряжения, при которой происходит коммутация. Следовательно, самыми критическими областями являются места сочленения металла и внешней изоляции ВДК. Эти зоны и являются прикатодными во время коммутации. Специалисты компании 3М предлагают применять в местах сочленения проводника и изоляции специальные электроизоляционные ленты, стойкие к дуге и коронному разряду. К примеру, с целью понижения рисков пробоя или перекрытия по поверхности, для производящихся серийно ВДК Siemens Medium Voltage Switching Technologies (Wuxi) Ltd была использована стойкая к короне лента Scotch 23 (см. рис. 2).
Рис. 2. Лента Scotch 23 (черного цвета) намотана в области сочленения металла и изоляции ВДК Siemens Medium Voltage Switching Technologies (Wuxi) Ltd .
Лента Scotch 23 (рис. 3) это высокоэластичная изоляционная лента на основе этиленпропиленовой резины, обладающая отличными свойствами как диэлектрик, устойчивая к коронному разряду. Обладает способностью к самослипанию («холодная вулканизация»), за счет чего обеспечивается полная герметизация соединения. Она применяется для первичной изоляции и защиты от влаги кабельных муфт, герметизации электрических соединений, изоляции шин, концевого уплотнения высоковольтных кабелей. Лента Scotch 23 совместима со всеми твердыми диэлектриками, применяемыми для изоляции кабелей. Лента содержит разделительный лайнер, который отделяется при намотке и предотвращает загрязнение поверхности ленты при монтаже. Лента является химически и влагостойкой. Применяется на напряжении до 69 кВ, в том числе в качестве основной изоляции при сращивании высоковольтных кабелей. Ленту Scotch 23 можно наносить как в растянутом, так и в свободном состоянии. При этом физические и диэлектрические характеристики ленты не зависят от степени растяжения.
Рис. 3. Лента Scotch 23 производства компании 3М
Следует отметить, что проблема среза тока в АВН существует и в аппаратах с упругими газовыми средами коммутации, а также в маломасляных и баковых выключателях. А ведь коммутационные перенапряжения чреваты пробоем воздушной изоляции или перекрытием по поверхности не только коммутационной аппаратуры, но и статической арматуры – изоляторов, разрядников, ОПН, трансформаторных вводов, концевой кабельной заделки и пр. Многие из этих изделий монтируются на открытом воздухе в составе открытых распределительных устройств (ОРУ). На работе ОРУ сказывается активное влияние внешних факторов – температура, влажность, ультрафиолет. В таком случае, для противодействия появлению возможного разряда в прикатодной зоне компания 3М рекомендует применять специальную ленту Scotch 70 (рис. 4). Scotch 70 это самослипающаяся температуроустойчивая силиконовая лента для изоляции кабельных наконечников, деталей на трансформаторах и открытых установках. Лента имеет потрясающий диапазон рабочих температур -60..+180 С. Лента устойчива к атмосферным воздействиям, ультрафиолету, трекингу, электрической дуге. Сохраняет эластичность в течение длительного времени. Обладает высокой прочностью на разрыв и электрической прочностью. При намотке со средним растяжением слои ленты Scotch™ 70 слипаются друг с другом, образуя монолитную структуру. Благодаря этим уникальным свойствам лента идеально подходит для монтажа в электроустановках напряжением до и выше 1000 Вольт на открытом воздухе, а также во влажных и сырых помещениях.
Рис. 4. Лента Scotch™ 70 производства компании 3М
Грамотное применение короноустойчивых лент Scotch™ 23 и Scotch™ 70 команиии 3Мв аппаратуре высокого напряжения, как новой, так и эксплуатируемой, позволяет снизить риски отказов, вызванных пробоем или перекрытием по поверхности, повысить надежность системы в целом, продлить срок жизни оборудования, с которым эти ленты применяются.
