Делитель напряжения. Диэлектрические материалы трансформаторное масло, смолы, компаунды, лаки, слоистые пластики, волоконные материалы
 Скачать 0.51 Mb.
|
|
Диэлектрические материалы: трансформаторное масло, смолы, компаунды, лаки, слоистые пластики, волоконные материалы В высоковольтном оборудовании используются газообразные, жидкие, твердые изоляционные материалы и их комбинации. Изоляция подразделяется на внешнюю (воздух и все, что находится в воздухе) и внутреннюю (эта изоляция отделена от окружающей среды корпусами и может быть газообразной, жидкой, твердеющей, твердой, комбинированной). Трансформаторное масло или изоляционное масло - это масло, которое стабильно при высоких температурах и обладает отличными электроизоляционными свойствами. Применяется в маслонаполненных трансформаторах, некоторых типах высоковольтных конденсаторов, некоторых типах высоковольтных выключателей и автоматических выключателей. Его функции заключаются в изоляции, подавлении коронного разряда и образования дуги, а также в качестве теплоносителя. Природные смолы — канифоль, шеллак, битум. Канифоль является составной частью электроизоляционных компаундов, применяемых для пропитки катушек, заливки пустот вокруг обмоток электрических аппаратов. Ее получают термообработкой сока хвойных деревьев. Шеллак — для изготовления шеллачных лаков для склейки слюды. Битумы используют для приготовления специальных составов для заливки кабельных муфт. Компаунды — электроизоляционные составы из нескольких исходных веществ. Они не содержат летучих растворителей, что обеспечивает монолитность компаунда после его отвердевания. По назначению компаунды делятся на пропиточные, заливочные и обмазочные. В исходном состоянии компаунды могут быть жидкими или твердыми. В жидкие компаунды перед употреблением вводят отвердитель, в результате чего они постепенно отвердевают, превращаясь в монолитный твердый диэлектрик. Твердые компаунды предварительно нагревают для получения массы с определенной вязкостью. Электроизоляционные лаки и эмали на основе пленкообразующих веществ применяются для пропитки обмоток в электрических машинах и аппаратах (пропиточные лаки); для создания на поверхности уже пропитанных обмоток влагостойких и маслостойких лаковых покрытий (покровные лаки); для склеивания электроизоляционных материалов (клеящие лаки). На основе полимеров получают слоистые пластики: гетинакс — изоляционные трубки, каркасы катушек; текстолит — детали переключателей, панели, каркасы; асботекстолит — плиты, детали с повышенной теплостойкостью. Волокнистые диэлектрики (бумага, картон, ткани и т.д.) используются в качестве изоляции только в пропитанном виде, так как они легко поглощают влагу. Волокнистые материалы обладают большой гибкостью и механической прочностью, их электрическая прочность невелика. Делители напряжения(Степа) Электропроводность твердых диэлектриков. Характеристики электропроводности. Диэлектрики — вещества, в которых могут длительно существовать электростатические поля. Эти материалы, в противоположность проводниковым, практически не проводят электрический ток под действием приложенного к ним постоянного напряжения. Однако все практически применяемые электроизоляционные материалы при приложении постоянного напряжения пропускают некоторый незначительный ток, так называемый ток утечки. Таким образом, удельное сопротивление электроизоляционных материалов не бесконечно, хотя и весьма велико. Электропроводность диэлектриков объясняется наличием в них свободных заряженных частиц (т. е. не связанных с определенными молекулами и могущих передвигаться под действием приложенного электрического поля): ионов, иногда электронов. Для твердых диэлектриков наиболее характерна ионная электропроводность. В диэлектриках с атомной или молекулярной решеткой электропроводность весьма мала и только примесная. Удельная электропроводность экспоненциально зависит от температуры
где Wa – суммарная энергия диссоциации и перемещения ионов, μ– подвижность заряда; n – концентрация носителей заряда [м-3]. В координатах ln g= f(1/T) эта зависимость представляется в виде прямой линии, либо в виде линии с изломом(рисунок 3.4), если имеются два различных механизма проводимости (примесный и собственный). Электронная электропроводность не сопровождается переносом вещества. Ионная – сопровождается. Следовательно, так можно экспериментально определить вид электропроводности.  Рис. 3.4. Зависимость удельной проводимости диэлектриков от обратной температуры: 1 – низкотемпературная область; 2 – высокотемпературная область В некоторых твердых неорганических диэлектриках, например в титаносодержащей керамике, возможна электронная или дырочная электропроводность. Электрофильтры. Принцип действия, основные характеристики, эффективность очистки пылегазовых смесей. Влияние концентрации частиц пыли на процессе в фильтре Во многих технологических процессах промышленные газы содержат мелкие твердые или жидкие частицы, от которых должны быть очищены. В других случаях требуется очистка газа от взвешенных частиц. Наиболее широкое распространение получили электрофильтры для санитарной очистки дымовых газов тепловых электростанций. Так при сжигании твердого топлива только на одном блоке мощностью 500 МВт образуется примерно 500 м3 дымовых газов в секунду, содержащих до 20 г/м3 взвешенных частиц золы. Это соответствует выбросам в атмосферу 360 тонн золы в час. Электрофильтр — это установка, в которой для отделения взвешенных частиц от газов используются электрические силы. В электрофильтре очистка газов от твердых и жидких частиц происходит под действием электрических сил. Частицам сообщается электрический заряд, и они под действием электрического поля осаждаются из газового потока. Процесс обеспыливания в электрофильтре состоит из следующих стадий: пылевые частицы, проходя с потоком газа электрическое поле, получают заряд; заряженные частицы перемещаются к электродам с противоположным знаком; осаждаются на этих электродах; удаляется пыль, осевшая на электродах. Основными элементами электрофильтра являются коронирующий и осадительный электроды. Первый электрод в простейшем виде представляет собой проволоку, натянутую в трубке или между пластинами, второй— представляет собой поверхность трубки или пластины, окружающей коронирующий электрод  1 — высоковольтные проволоки для коронного разряда; 2 — осадительные пластины; 3 — коронный разряд вдоль проволоки; 4 — заземление; 5 — пыль, собранная на пластинах Основные характеристики: 1. В электрофильтрах достигается высокая степень очистки газа до 99,9%; 2. Электрофильтры имеют очень низкое гидравлическое сопротивление потоку газа; 3. Электрофильтры позволяют улавливать взвешенные частицы в широком диапазоне размеров (от долей микрометров до десятков миллиметров); 4. Электрофильтры легко регенерируются 5. Весь процесс очистки газов электрофильтрами легко поддается автоматизации. Влияние концентрации частиц пыли на процессе в фильтре (Диспе́рсная систе́ма — образования из двух или большего числа фаз (тел), которые практически не смешиваются и не реагируют друг с другом химически. Дисперсная фаза – мелко раздробленные частицы, равномерно распределённые в дисперсионной среде.) При наличии дисперсной фазы в межэлектродном промежутке суммарный объемный заряд будет определяться уже не только объемным зарядом ионов, а и объемным зарядом заряженных частиц, находящихся в промежутке. При определенной концентрации дисперсной фазы объемный заряд частиц становится соизмеримым с объемным зарядом ионов и начинает существенным образом влиять на процессы развития разряда. Система уравнений описывающая процессы в межэлектродном промежутке может быть представлена в виде:  где u −средняя скорость движения газовой среды, индексы i и p относятся соответственно к ионам и частицам. Так как подвижность ионов k >>Bq, ток определяется в основном ионной составляющей. Объемный заряд частиц играет роль отрицательной обратной связи. Частицы пыли в поле коронного разряда приобретают заряд того же знака, что и знак короны. Подвижность заряженных частиц пыли мала по сравнению с подвижностью ионов. Заряженные частицы пыли создают собственное электрическое поле, вектор которого направлен встречно полю ионов коронного разряда, и это обстоятельство заставляет ионы замедлять свое движение от коронирующего электрода к осадительному электроду. Кроме того, электрическое поле объемного заряда частиц пыли снижает напряженность электрического поляна поверхности коронирующего электрода и тем самым уменьшает ток коронного разряда. В результате ток короны значительно уменьшается.  Изменение тока, концентрации и заряда частиц по длине электрофильтра Это явление − уменьшение тока короны − называется запиранием тока короны. При этом, как следствие, ухудшается зарядка частиц пыли. Изменение плотности ионного тока, концентрации частиц и их среднего заряда по длине электрофильтра, представленное на рис, демонстрирует процесс запирания коронного разряда при высоких входных концентрациях дисперсной фазы. На представленном рисунке можно выделить три характерные зоны: В зоне I происходит сравнительно быстрая зарядка частиц до заряда, при котором ток из-за запирания коронного разряда падает практически до нуля. Концентрация частиц из-за кратковременности этой стадии изменяется незначительно. В зоне II из-за осаждения частиц концентрация уменьшается, что приводит к частичному отпиранию тока короны и медленной подзарядке частиц, такой, что плотность объемного заряда частиц всегда остается близкой к запирающей. При приближении заряда к предельному скорость зарядки резко уменьшается. Начиная с этого момента (зона III электрофильтра) уменьшение концентрации не может быть скомпенсировано увеличением заряда частиц и коронный разряд постепенно отпирается, что сопровождается ростом тока. Методы измерения высоких импульсных напряжений. Виды делителей напряжения. Измерение импульсных напряжений в отличие от статических напряжений имеет ряд особенностей, вызванных тем, что воздействие от импульсного напряжения на разрядный промежуток длится ограниченное время: от нескольких микросекунд до десятков микросекунд. Установлено, что при приложении к разрядному промежутку импульсного напряжения достаточно малой длительности пробой не наступит тогда, когда напряжение достигнет значения, равному статическому пробивному или даже превышает его. Измерения импульсных напряжений: Шаровыми разрядниками Подключением осциллографа через делитель напряжения Пиковые вольтметры электронной системы Делители напряжения: Активные Емкостные омическо-емкостные Делитель, представляя собой цепочку последовательно включенных активных или реактивных сопротивлений, является своеобразным передаточным звеном в цепи измерения и определенным образом должен оказывать влияние на точность измерения.   Подвесные изоляторы ЛЭП. Типы, устройство, характеристики, распределение напряжения в гирлянде Нужны изоляторы для изолированного крепления проводов линий электропередачи или проводов контактных сетей или шин и проводов в распределительных устройствах. Подвесные– выполняются тарельчатыми изоляторами, которые собираются в гирлянды, в зависимости от класса напряжения присоединенных к ним электрических аппаратов. По материалу: Стеклянные Фарфоровые Полимерные Среди подвесных изоляторов наибольшее распространение получили изделия тарельчатого типа. Как правило, они применяются на воздушных ЛЭП напряжением более 35 кВ. В их конструкцию входит стеклянная или фарфоровая изолирующая часть, а также стержень и головки, изготовленные из металла. Для соединения всех элементов между собой применяется цементная связка. Сборка подвесных устройств производится в гирлянды поддерживающего и натяжного типа. Для первого варианта используются промежуточные опоры, для второго – анкерные. Количество изоляторов в отдельной гирлянде устанавливается в зависимости от напряжения на данной линии. К примеру, воздушные ЛЭП напряжением 35 кВ в каждой гирлянде содержат 3 изолятора, при 110 кВ их будет уже 6-8 штук, а при 220 кВ – 10-14 и далее в такой же пропорции. Технические характеристики подвесных изоляторов: Высота (в гирлянде), н (мм) Диаметр изолятора, D (мм) Диаметр стержня, d (мм) Длина пути утечки, мм, не менее Разрушающая механическая нагрузка, кН, не менее Масса, кг  Так же различают для районов с загрязненной атмосферой. Основной причиной неодинаковых напряжений на изоляторах можно считать наличие паразитных емкостей металлических частей изоляторов по отношению к земле и кпроводу. В гирлянде можно различить три вида емкостей: собственные емкости изоляторов C0 , емкости металлических частей по отношению к земле C1 и емкости по отношению к проводу C2. Порядок величин емкостей примерно таков: C0≈50 пФ, C1 ≈5 пФ, C2≈0.5 пФ.  Рис. 2. Гирлянда изоляторов и схема замещения гирлянды. а – гирлянда; б – схема замещения. В первом приближении емкостью изоляторов по отношению к проводу можно пренебречь, и тогда схема замещения гирлянды сухих изоляторов выглядит как на рис. 2.б. При переменном напряжении по емкостным элементам протекает емкостный ток, и ток первого снизу изолятора разветвляется на ток емкостного элемента по отношению к земле и ток оставшейся части гирлянды. Через второй снизу изолятор течет емкостный ток меньшей величины, и падение напряжения максимально на нижнем, ближайшем к проводу изоляторе, который находится в наихудших условиях. При числе изоляторов больше трех-четырех минимальное напряжение приходится, не на самый верхний изолятор. Наличие емкостей C2 приводит к некоторому выравниванию неравномерности падений напряжения и минимальное напряжение оказывается на втором-третьем (или далее, в зависимости от числа изоляторов в гирлянде) изоляторе сверху. С увеличением числа изоляторов в гирлянде неравномерность возрастает. Если не принять специальных мер, то на ЛЭП высокого напряжения (220 кВ и выше) часть изоляторов в гирляндах может оказаться под таким напряжением, что на них даже при рабочем напряжении и нормальных атмосферных условиях возникнет корона. Коронный разряд представляет собой разновидность тлеющего разряда при котором электрическая энергия преобразуется в тепловую и приводит к значительным потерям энергии. Кроме того корона является источником радио помех и причиной ускоренной коррозии арматуры изоляторов. Корона на изоляторе появляется при напряжении на нём около 25 – 30 кВ. Выравниванию распределения напряжения по изоляторам гирлянды способствует применение специальной арматуры в виде экранных колец, восьмёрок и овалов, укреплённых в месте крепления линейного провода. Такая защитная арматура увеличивает ёмкости С1 и тем самым уменьшает долю напряжения, на первые от провода изоляторы. Разряды в газах на импульсном напряжении. Время разряда, стандартный импульс, вольт-секундная характеристика. При кратковременных импульсах значение разрядного напряжения воздушных промежутков зависит от продолжительности воздействия. Если к промежутку приложено напряжение, достаточное для пробоя, то для развития и завершения разряда в промежутке необходимо определенное время tр, называемое временем разряда (см. рис. 1.14).  Развитие самостоятельного разряда начинается с появления в промежутке эффективного начального электрона, что является случайным событием. Время ожидания эффективного электрона tс подвержено разбросу и поэтому называется статистическим временем запаздывания разряда. Это первая составляющая времени разряда. Другой составляющей, имеющей также статистический характер, является время формирования разряда tф, т. е. время от момента появления начального электрона до завершения пробоя промежутка. Время tс + tф = tз называют временем запаздывания развития разряда. При достаточно большой длительности фронта импульса имеет значение также время t0, представляющее собой время подъема напряжения до значения UН. Таким образом, в общем случае время разряда определяется так:  Составляющие времени разряда tс и tф зависят от значения напряжения на промежутке. При увеличении напряжения повышается вероятность того, что появляющиеся в промежутке электроны станут эффективными и tс уменьшится. Сокращается также и tф, поскольку при большем напряжении возрастает интенсивность разрядных процессов и скорость продвижения канала разряда в промежутке. Поэтому чем выше разрядное напряжение, тем меньше время разряда. Зависимость максимального напряжения разряда от времени действия импульса называется вольт-секундной характеристикой изоляции. Поскольку начало и скорость развития ионизационных процессов зависят от значения напряжения, вольт-секундные характеристики зависят от формы импульса. С целью унификации испытаний и возможности сопоставления изоляционных конструкций установлен стандартный грозовой импульс с длительностью фронта (возрастания напряжения) фτ = 1,2± 0,4 мкс и длительностью импульса τи = 50 ±10 мкс . Он обозначается так: 1,2/50 мкс (рис. 1.15).  Для экспериментального определения вольт-секундной характеристики к исследуемому промежутку прикладываются импульсы стандартной формы. При каждом значении максимального напряжения импульса производится серия опытов. В силу статистического разброса времени разряда вольт-секундная характеристика получается в виде области точек (рис. 1.16), для которой указываются средняя кривая и границы разброса времени разряда.  |