Жоғары кернеу техникасы

Жоғары кернеу техникасы – электртехниканың әр түрлі ортада электр кернеуінің мәні үлкен болған (1 кВ-тан астам) кезінде өтетін электрлік құбылыстарды зерттейтін қолданбалы бөлімі. Жоғары кернеу техникасы айналысатын негізгі мәселе – ток беру желілерінің, электр машиналары мен қондырғыларының сенімді ұзақ мерзімдік жұмысын қамтамасыз ететін және асқын кернеулерге төтеп бере алатын жоғары вольттік оқшаулама жасау. Электр энергиясын алыс қашықтықтарға жеткізу жоғары кернеулерді қолдану арқылы жүзеге асырылады. Қашықтық пен берілетін қуаттар үлкен болған сайын жоғары кернеуді қолдану экономикалық тұрғыдан тиімді болады. Жоғары (110 – 220 кВ), аса жоғары (330 – 1150 кВ) және асқын (1000 кВ-тан артық) кернеулі айнымалы ток желілері мен қосалқы электр стансаларына, тұрақты ток электр берілістеріне арналған аппараттарды жасау, игеру және оларды дұрыс пайдалану мұндай кернеулерге төтеп бере алатын оқшаулама түрлерін жасауды талап етеді. Жұмыс барысында электрлік оқшаулама әр текті кернеулердің әсеріне ұшырайды. Солардың ішінде, әсіресе, асқын кернеулер оқшауламаға үлкен қауіп төндіреді.

Асқын кернеулер коммутациялық (ішкі) және Атмосфералық (сыртқы) түрлерге бөлінеді. Біріншісі, электр энергетикалық жүйе режимінің күрт өзгеруі (қысқа тұйықталулар және оларды ажыратып тастау, жүктеменің күрт азаюы, т.б.) кезінде туатын өтпелі процестер жүруінен пайда болады. Бұл асқын кернеулер оқшауламаға қысқа мерзімде (секундтың жүзден бір бөлігінен ондаған секунд бойы) әрекет етеді, олардың шамасы номиналь кернеулерден бірнеше есе асуы мүмкін. Атмосфералық асқын кернеулер: найзағайдың электр қондырғысына тікелей түсуі кезінде (нысан арқылы найзағай тогының өтуінен) пайда болатын көтерілген асқын кернеу және найзағай кезіндегі электр разряды тудыратын электрмагниттік өрістің күрт өзгеруінен электр жабдықтарында индукцияланатын тума асқын кернеу болып ажыратылады. Атмосфералық асқын кернеулердің әрекет ету уақыты өте қысқа импульс түрінде өтеді (секундтың бірнеше бөлігінен жүз миллионнан бір бөлігіне дейін), бірақ олардың шамасы арнайы қорғаныс шараларын қарастырмаған жағдайда миллиондаған вольтқа жетуі мүмкін. Мұндай жоғары кернеулерге ешқандай оқшаулау құралымы төтеп бере алмайды.

Сондықтан олардың шамаларын арнайы құрылғылар (разрядтауыштар, асқын кернеулерді шектеуіштер) көмегімен оқшауламаға қауіпсіз деңгейге дейін шектейді. Кез келген оқшауламалық жүйеде оқшауламаның құрамдас бөлігі ретінде ауа немесе газ қолданылады. Мысалы, әуе электр желілерінің сымдары, тарату құрылғыларының, трансформаторлар мен жоғары вольтті басқа да аппараттардың шиналары бір-бірінен ауа кеңістігі арқылы, ал құралымдық бөліктері бір-бірінен қатты диэлектриктен (электртехникалық фарфор, шыны, целлюлоза өнімдері, пластмасса, т.б.) жасалынған оқшаулатқыштар көмегімен оқшауланады. Сонымен бірге ауа немесе белгілі бір газ көптеген электр жабдықтарының (кабельдердің, конденсаторлардың, трансформаторлардың, т.б.) негізгі оқшауламалаушы материалы ретінде де жиі қолданылады. Соңғы жылдары оқшаулама техникасында электрлік беріктігі (диэлектрикті тесіп өтетін кернеу шамасының электродтардың ара қашықтығына қатынасы) жоғары газдар – элегаз (алты фторлы күкірт – SҒ6) және фреон (дихлордифторметан – ССҚ2Ғ2) кеңінен қолданылуда. Олардың электрлік беріктігі ауамен салыстырғанда 2,4 – 2,6 есе артық. Мұнайдан алынатын және синтет. сұйық диэлектриктер электр жабдықтары мен аппараттарының ток өтер бөліктерін оқшаулау, салқындату мақсаттарында кеңінен қолданылады (трансформатор, конденсатор, кабель майлары, т.б.). Жоғары кернеу техникасының басқа бір маңызды мәселесі – жоғары вольттік қондырғыларда пайда болатын тәждік разряд пен жоғары жиілікті сәуле шығаруды зерттеу.

Аса жоғары кернеулі әуе желілері сымдарындағы тәждік разряд есебінен едәуір энергия босқа шығындалады әрі байланыс желілері мен арналарына кедергі жасайтын жоғары жиілікті радиобөгеуілдер мен акустикалық шуыл пайда болады. Аталған шығындарды шектеудің бірден-бір жолы – сымдардың диаметрлерін өсіру және олардың кеңістікте өзара орналасу ара қашықтықтарын дұрыс таңдау. Ол үшін аса жоғары кернеулі желілерде біртұтас сымның орнына фазалары бірнеше сымға тарамдалған (фазадағы сымдардың өзара қашықтығы, әдетте, 40 – 50 см) құралымдар қолданылады (330 кВ кернеулі фаза – 2 сымға, 500 кВ кернеулі фаза – 3 сымға, 750 кВ кернеулі фаза – 4 сымға, 1150 кВ кернеулі фаза – 8 сымға тарамдалады). Мысалы, Қазақстанда салынған 500 кВ-тық әуе желілерінің фазалары 3 сымнан, ал кернеуі 1150 кВ-тық “Екібастұз – Көкшетау – Қостанай” әуе желісінің фазалары 8 сымнан құралған. Тұрақты ток желілерінде тәждік разряд әсерінен босқа шығындалатын энергия айнымалы токтағыдан едәуір аз. Сондай-ақ, тұрақты ток желілерінде асинхронды жұмыс істейтін электр жүйелерін өзара қосу мүмкіншілігі бар. Тұрақты ток желілерін пайдалану тек экономикалық тұрғыдан ғана тиімсіздеу.

Жоғары кернеу техникасына сонымен бірге жоғары кернеулі сынақтық және өлшеуіштік құрылғылардың қондырғыларын құрастыру да жатады. Жоғары кернеу техникасының жеке бір саласы – газдарды тазалау жүйелерінде, бояу және басқа жұмыстарда пайдаланылатын электрондық иондық технология. Мысалы, жоғары кернеулі тәждік разряд көмірмен жұмыс істейтін электрстансаларынаа, металлургия, цемент, химия және басқа бірқатар кәсіпорындарда ауаны тазартатын электр сүзгілерде қолданылады. Қазақстанда Алматы энергетика және байланыс институтының жоғары кернеулер техникасы лаб-нда жоғары және аса жоғары кернеулерге арналған әр түрлі оқшауламаларды, оқшаулатқыштарды сынауға және зерттеулерге арналған сынақ кернеуі 1000 кВ-қа дейінгі импульстік кернеулер генераторы, 300 кВ-қа дейінгі тұрақты ток генераторы және кернеуі 350 кВ-қа дейінгі айнымалы ток генераторы орнатылған.

Дереккөздер:

Қазақ ұлттық энциклопедиясы