Поиск по сайту
Начало >> Книги >> Архивы >> Основы теории электрических аппаратов

Сухоразрядное напряжение изоляторов - Основы теории электрических аппаратов

Оглавление
Основы теории электрических аппаратов
Процессы нагревания электрических аппаратов
Нагревание проводников переменным током
Отвод тепла от нагретых тел
Конвекция
Теплоотвод при вынужденном движении жидкости
Теплопередача через жидкостные прослойки
Моделирование нагревания аппаратов, нагревание нетоковедущих частей аппаратов
Нагревание катушек электрических аппаратов
Понятие о термической устойчивости аппаратов
Нагревание контактов
Сваривание контактов
Износостойкость контактов
Неразмыкаемые контактные соединения
Нагревание неразмыкаемых контактных соединении при коротких замыканиях
Водяное охлаждение контактов
Сведения о физических характеристиках электрической дуги
Процессы на электродах дуги
Процессы ионизации в стволе дуги
Энергетический баланс дуги
Дуга переменного тока
Способы гашения дуги постоянного тока в аппаратах низкого напряжения
Гашение дуги в аппаратах постоянного тока высокого напряжения
Гашение дуги в выключателях переменного тока
Отключение малых индуктивных и емкостных токов в выключателях переменного тока
Отключение высокочастотных цепей в выключателях переменного тока
Применение дуги в автоматах гашения поля
Гашение дуги в выключателях переменного токая
Изоляция аппаратов высокого напряжения
Конструктивные промежутки изоляции аппаратов высокого напряжения
Бумажно-масляная изоляция
Основные типы изоляторов
Сухоразрядное напряжение изоляторов
Применение экранов в изоляции
Мокроразрядное напряжение изоляторов
Работа изоляции в районах с загрязненной атмосферой
Литература

Сухоразрядное напряжение

Как было указано ранее, сухоразрядное напряжение является одной из важнейших характеристик изоляторов. Оно несколько зависит от формы изоляторов, но в основном — от сухоразрядного расстояния, т. е. от кратчайшего расстояния между электродами по воздуху вдоль поверхности изолятора (lс— на рис. VIII.35). В случае сложных изоляторов (колонок) опорно-штыревого типа некоторые ученые рекомендуют включать в величину lс половину высоты промежуточных фланцев (рис. VIII.36, а), однако это предложение спорно. В случае колонок из опорно-стержневых изоляторов величина lС представляет собой сумму расстояний по фарфору (рис. VIII.36, б).
Опытные данные о величине сухоразрядного напряжения дают возможность достаточно надежно определить минимальное значение этой величины (рис. VIII.37). Однако возможно появление сухоразрядных напряжений, лежащих ниже кривой, показанной на рис. VIII.37, хотя вероятность их очень мала. Чтобы учесть такую возможность, рекомендуется найденное по этому рисунку значение сухоразрядного расстояния (для данной величины сухоразрядного напряжения) увеличивать примерно на 10%. Кривая (см. рис. VIII.37) может быть представлена эмпирической формулой
где lс— кратчайшее расстояние между электродами по воздуху вдоль поверхности изолятора, см.                                                                                                       
Определение сухоразрядного расстояния для колонки
Рис. VIII.36. Определение сухоразрядного расстояния для колонки опорно-штыревых (а) и опорно-стержневых (б) изоляторов
По поводу рис. VIII.37 необходимо сделать одно замечание. При l> 200 см кривая 1 справедлива для изоляторов, снабженных защитной арматурой. Если защитная арматура отсутствует, разрядное напряжение при lс >200 см значительно меньше (кривая 3 на рис. VII 1.37), что связано с развитием скользящих разрядов.

Рис. VIII.35. Определение сухоразрядного расстояния 1С для опорноштыревого изолятора
Импульсное разрядное напряжение опорных изоляторов имеет различную величину при положительной и отрицательной полярности импульсов. Оно ниже при положительной полярности. Его величину можно выразить эмпирической формулой

дающей среднее, или пятидесятипроцентное, значение импульсного разрядного напряжения. Минимальное значение лежит на 10—12% ниже. 
Сухоразрядное напряжение вводов существенно зависит от наличия или отсутствия ребер. Гладкие вводы с увеличением сухоразрядного расстояния повышают свое сухоразрядное напряжение по кривой (см. рис. VIII.37) до тех пор, пока не будет достигнуто напряжение скользящих разрядов. После этого в кривой наступает перелом и она начинает возрастать очень медленно, что связано с быстрым развитием скользящих разрядов. Это справедливо в случае гладких изоляторов, не имеющих ребер.

При наличии ребер такой перелом не появляется, так как ребра препятствуют развитию скользящих разрядов. Ход кривой разрядного напряжения в этом случае такой же, как у опорных изоляторов.
Действие ребер можно пояснить рис. VIII.38. На вертикальной поверхности изолятора направление движения скользящих разрядов совпадает с направлением тангенциальной составляющей напряженности поля. Здесь скользящие разряды развиваются свободно, что приводит к уменьшению сухоразрядного напряжения гладких изоляторов. Но на нижней поверхности ребер направление тангенциальной составляющей напряженности поля противоположно направлению движения скользящих разрядов, что тормозит их развитие.


Рис. VIII.37. Зависимость сухоразрядного напряжения от сухоразрядного расстояния:

Рис. VIII.38. Действие ребер проходного изолятора:
а — силовые линии электрического поля; б — направление движения скользящих разрядов; в — стержень ввода
1 — нижний предел Uс; 2 — среднее значение Uс; 3 — Uс при отсутствии защитной арматуры
Напомним, что скользящие разряды представляют собой частичную ионизацию воздуха вдоль поверхности диэлектрика. Они имеют вид ярко светящихся нитей, часто разветвляющихся и быстро перемещающихся по этой поверхности. Через них течет лишь незначительный ток, замыкающийся через емкость диэлектрика. Они возникают там, где силовые линии поля пересекают поверхность диэлектрика под большим или меньшим углом. Раз возникнув, нити скользящих разрядов очень быстро увеличивают свою длину с ростом напряжения. Развитие скользящих разрядов может привести в конце концов к перекрытию всей поверхности диэлектрика от одного электрода до другого, т. е. к полному разряду по поверхности диэлектрика. Напряжение начала скользящих разрядов можно определить эмпирической формулой
где с — удельная емкость поверхности изолятора.
В случае цилиндрической поверхности емкость, пф/см2,  а поэтому напряжение, кВ,
здесь ε — относительная диэлектрическая проницаемость материала изолятора; D u d — наружный и внутренний диаметры изоляторов.
Необходимо еще остановиться на влиянии окружающей среды на разрядное напряжение. Влияние плотности воздуха на сухоразрядное напряжение изоляторов аналогично влиянию ее на пробивное напряжение стержневых промежутков. Представим зависимость сухоразрядного напряжения изоляторов от относительной плотности воздуха в виде
где Uδ — разрядное напряжение при относительной плотности воздуха δ;U1 — тоже, при относительной плотности воздуха δ=1; k — поправочный коэффициент, который при частоте 50 гц можно определить по эмпирической формуле

При импульсах сказывается влияние типа изоляторов и полярности импульсов, а также плотности воздуха. Весьма приближенно можно выразить зависимость k — f(δ) в виде k = 0,3 -|-0,7 б . Следует указать, что при малых предразрядных временах влияние плотности воздуха уменьшается. Начиная с предразрядного времени 10 мксек это влияние следует уменьшать приблизительно пропорционально предразрядному времени.  
Известное влияние на сухоразрядное напряжение оказывает также абсолютная влажность воздуха. Зависимость сухоразрядного напряжения изоляторов от абсолютной влажности воздуха можно представить линейной функцией. Также, как и в случае конструктивных промежутков, влияние абсолютной влажности воздуха можно учесть поправкой ΔΑ, находимой по графику (рис. VIII.39). Тогда
(VIII. I)
Укажем, что пересчеты по уравнению (VII 1.1) возможны только при относительной влажности, не превосходящей 80—85%, иначе можно допустить значительную погрешность. При малых предразрядных временах влияние влажности, как и относительной плотности воздуха, уменьшается.
Все сказанное о влиянии плотности и влажности воздуха относится к изоляторам относительно небольших размеров, для которых имеется достаточный опытный материал. В случае весьма больших изоляторов на номинальные напряжения 500—750 кВ и выше исследования, проведенные в НИИПТ, а также в ЛПИ, привели к заключению, что разброс разрядных напряжений, вносимый влиянием атмосферных условий, весьма невелик и лежит в пределах погрешностей измерений. Поэтому нет необходимости учитывать эти влияния. Но надо помнить, что это справедливо в условиях Ленинграда, т. е. на высоте, незначительно превышающей уровень моря.

Рис. VIII.39. Поправка для учета влияния влажности воздуха: 1 — штыревые изоляторы, 50 гц; 2 — стержневые опорные изоляторы, 50 гц; 3 — вводы, 50 гц; 4 — штыревые опорные изоляторы. + 1,5/40 мксек; 5 — вводы, + 1,5/40 мксек

В горных районах неучет влияния плотности воздуха может привести к значительным ошибкам.

Рис. VIII.40. Разрядное напряжение вдоль диэлектрика в зависимости от давления:
1 — воздух; 2 — элегаз; 3 — пробивное напряжение элегаза
Разряд по поверхности диэлектриков в сжатых газах был до последнего времени мало исследован.    

Рис.

VIII.41. Разрядное напряжение изоляторов разных типов под маслом:
1 — цилиндрический изолятор с электродами по торцам; 2 — цилиндрический изолятор с электродами в виде колец; 3 — конический конец ввода

Наиболее обстоятельная работа по этому вопросу, как указано  ранее, была проведена аспирантом кафедры электрических аппаратов ЛПИ К. Зибером.
Он установил ряд новых и интересных зависимостей для воздуха и элегаза. Так, обнаружилось, что наличие ребер на образце типа опорного изолятора мало влияет на разрядное напряжение.

В случае гладкого цилиндрического образца с электродами, расположенными по его торцам, разрядное напряжение достигает максимума в том случае, когда верхний электрод в виде цилиндра, опирающегося торцом на образец, имеет диаметр, равный диаметру образца. Это показано на рис. VIII. 13, здесь же штриховой линией отмечено пробивное напряжение между электродами при отсутствии образца. Оно оказалось лежащим ниже максимума разрядного напряжения. Аналогичная картина наблюдается в сжатом элегазе.
Иное положение обнаружено на образцах в виде тяг с наложенными на них кольцевыми электродами (рис. VIII.40). В этом случае разрядное напряжение Up растет монотонно с давлением и лежит ниже пробивного Uпр.         
Разрядное напряжение по поверхности диэлектриков под маслом может быть проиллюстрировано рис. VIII.41. Оно достигает значительной величины в случае образцов типа опорных изоляторов (кривая 1) и непрерывно растет с длиной образцов. Это напряжение меньше в случае тяг с кольцевыми электродами (кривая 2) и еще меньше — в случае конического образца типа масляного конца ввода (кривая 3). Разрядное напряжение по поверхности изоляторов под маслом в 1,5—3 раза выше, чем на воздухе.



 
« Основные направления развития низковольтного аппаратостроения   Охлаждающие устройства масляных трансформаторов »
Карта сайта + все метки | Контакты
© Электроэнергетика При перепечатке и цитировании активная гиперссылка на сайт обязательна.