|
|
ТВН ШПОРА ЭКЗАМЕН. Особенности внешней и внутренней изоляции. Внешняя
7. Коронный разряд на ВЛЭП при постоянном и переменном напряжении. Способы ограничения потерь на корону (стр78)
Коронный разряд или корона – это самостоятельный разряд, возникающий в резконеоднородных полях.
На постоянном напряжении различают униполярную и биполярную корону. Если коронирует один провод — униполярная корона. При униполярной короне генерируемые короной заряды, имеющие тот же знак, что и коронирующий провод, под действием электрического поля устремляются к земле, где происходит их нейтрализация. При биполярной короне объемные заряды проводов различной полярности движутся навстречу друг другу. При встрече происходит рекомбинация ионов разных знаков. Часть ионов проникает в пространство вблизи противоположного провода, что приводит к усилению интенсивности коронирования. Это увеличивает потери на корону.
 
На переменном напряжении коронный разряд зажигается при достижении начального напряжения, равного напряжению зажигания короны UН при времени t1. Вокруг провода образуется зона ионизации, называемая чехлом короны (рис. 1.18, в) Из чехла короны положительные заряды (как на рис. 1.18, в) выносятся в окружающее пространство и образуют внешний объемный заряд (ОЗ). Процесс коронирования продолжается до тex пор, пока напряжение не достигнет UМАКС при t2 .
Н есмотря на повышение напряжения до UМАКС, напряженность на проводе остается постоянной и равной EН, из-за влияния объемного заряда. Затем напряжение начинает снижаться. Синхронно снижается и напряженность на проводе, что приводит к погасанию короны. Но после погасания короны (после t2 ) в пространстве вокруг провода остается положительны внешний объемный заряд, который еще удаляется от провода (рис. 1.18, в). Расстояние, на которое удаляется объемный заряд, зависит от напряжения на проводе и составляет
40–100 см. Разность потенциалов между проводом и ОЗ увеличивается по мере уменьшения напряженности на проводе до времени t3 . При t4 (рис. 1.18, а, в), когда напряжение достигает U0, которое значительно меньше UН, зажигается отрицательная корона. При этом отрицательно заряженные частицы начинают двигаться от провода во внешнюю область, а навстречу (к проводу) движутся положительно заряженные частицы из внешнего объемного заряда. Происходит рекомбинация заряженных частиц до полной компенсации положительного внешнего ОЗ.
Затем накапливается отрицательный ОЗ во внешней области. Все это происходит за время от t4 до t5 (рис. 1.18, а, в). В момент времени t5 (начало уменьшения напряжения) отрицательная корона гаснет. В дальнейшем все эти циклы повторяются и зажигание короны на обеих полярностях происходит при U0.
Между проводом и землей имеет место емкость С , которая заряжается и разряжается с частотой переменного тока. При этом между проводом и землей протекает емкостной ток iС (рис. 1.18, б): 
Возникновение коронного разряда в момент t1 приводит к появлению тока короны iК , который накладывается на емкостный ток линии и искажает синусоиду тока (рис. 1.18, б). Длительность пиков тока короны равна длительности ее горения, т.е. от t1 до t2 (или t4- t5, t6- t7).
При переменном напряжении коронирование проводов более интенсивное, чем при постоянном напряжении, и при прочих равных условиях потери энергии на корону существенно больше.
На характеристики коронного, разряда — начальное напряжение, потери энергии, радиопомехи, шум — значительное влияние оказывают погодные условия. Атмосферные осадки резко снижают начальное напряжение возникновения короны.
Ограничение потерь на корону. Потери на корону зависят от ЕМАКС поверхности провода, которая зависит от радиуса провода. Поэтому основным методом ограничения потерь на увеличение r.
Расширенные провода: имеют диаметр, при котором необходимое снижение Е, а для сокращения площади поперечного сечения делаются полыми или со стеклопластиковой сердцевиной.
Расщепление проводов фаз. Заряд каждого провода q1 - только часть общего заряда расщепленной фазы qф:  Если провода располагаются на равных расстояниях по окружности радиусом rp (радиус расщепления), то в трехфазной системе емкость расщепленной фазы определяется.
  
 -эквивалентный радиус одиночного провода,
8. Электропроводность твердых диэлектриков
1). Поверхностная - на поверхности твердого диэлектрика образуется тонкий слой адсорбированной влаги. Ионы, образующиеся в этой пленке под действием электрического ноля, перемещаются к электродам. Вблизи электродов поле усиливается, а в середине промежутка ослабляется. В итоге снижение эл. прочности промежутка. Удельная поверхностная проводимость γs (1/Ом).
2)Объемная-способность проводить электрический ток через объем. Удельной объемной проводимостью γv (Ом-1·м-1 )
3)Миграционная - в неоднородных диэлектриках.Движение под действием эл. поля свободных зарядов. Наблюдается в изоляции элементов высокого напряжения.
9. Поляризация твердых диэлектриков, диэлектрические потери
В электрическом поле диэлектрики поляризуются, приобретая наведенный электрический момент. Этот процесс обратим. Поляризация – изменение состояния диэлектрика при внесении его во внешнее электрическое поле, которое заключается в том, что весь объем диэлектрика приобретает электрический момент. Тв.диэлектрик электрически нейтрален.
Диэлектрик состоит из молекул, у которых в отсутствие эл. поля дипольный момент равен нулю (парафин).
В отсутствие поля молекулы хаотично (вода). При приложении эл. поля диполи поворачиваются по линиям поля.
3) Кристаллические диэлектрики - ионное строение. При поляризации происходит смещение положительных ионов по полю, а отрицательных – против поля.
4) Миграционная - в неоднородных диэлектриках и обусловлена движением в электрическом поле свободных зарядов (обычно ионов). Наблюдается в изоляции ВН, в которой обычно используются неоднородные диэлектрические материалы.
Двухслойный диэлектрик, расположенный между плоскими электродами.
Схема замещения по слоям (3.5, б)
Если соблюдается условие неоднородности диэлектрика  и соответственно  , то на границе раздела слоев накапливается заряд абсорбции qабс. С накоплением заряда абсорбции связаны явления, которые используются для оценки состояния неоднородной изоляции.
Диэлектрические потери – мощность, рассеиваемая в диэлектрике при воздействии на него электрического поля и вызывающего нагрев диэлектрика.
 
Полная мощность диэлектрических потерь
Мост Шеринга
10. Разряд вдоль поверхности твердых диэлектриков в однородном поле
Пробой такого промежутка может быть в любом месте, а разрядное напряжение будет таким же, как и для чисто воздушного промежутка. Это связано с адсорбцией влаги на поверхности диэлектрика и микрозазорами между диэлектриком и электродом. Ионы, образующиеся в этой пленке под действием электрического поля, перемещаются к электродам. В результате этого поле вблизи электродов усиливается, а в середине промежутка ослабляется. Усиление поля у электродов приводит к снижению электрической прочности промежутка. Уменьшение напряжения перекрытия изолятора при наличии микрозазора между диэлектриком и электродом или микротрещины на поверхности диэлектрика связано с увеличением в них напряженности поля вследствие различия диэлектрических проницаемостей воздуха и твердого диэлектрика.
 
Диэлектрическая проницаемость воздуха в 3-4 раза меньше, чем твердого диэлектрика, поэтому в микрозазоре произойдет местное усиление поля. Увеличение напряженности поля в микрозазорах приводит к возникновению там ионизационных процессов, продукты которых (ионы и электроны), попадая в основной промежуток, создают местное усиление поля, приводящее к уменьшению напряжения перекрытия.
Для увеличения разрядного напряжения промежутка: 1. Использовать малогигроскопичные диэлектрики или создать покрытия из малогигроскопичных материалов (например, глазуровка фарфора). 2. Обеспечить надежное, без микрозазоров, сопряжение тела изолятора с металлической арматурой, используя цементные заделки и эластичные прокладки.
11. Разряд вдоль поверхности твердых диэлектриков в резконеоднородном поле, разряд по увлажненной и загрязненной поверхности твердых диэлектриков
В конструкции рис.4.1,б, электрическое поле неоднородно. Поэтому UP ниже. При достаточно большой неоднородности поля возникает коронный разряд- наибольшая опасность для полимерной изоляции, особенно стримерная форма. Температура в канале стримера высока, соприкосновение его с поверхностью диэлектрика - образование трека. Трек – обугленный след с повышенной проводимостью. Длина трека со временем возрастает перекрытие изолятора потеря электрической прочности.
Рис. 4.1,в. Большая EH способствует сближению канала стримера с поверхностью диэлектрика. Электрическая прочность этой конструкции еще меньше. Каналы стримеров имеют большую C по отношению к внутреннему (противоположному) электроду. Поэтому через стримерные каналы проходит большой ток. При определенном значении напряжения ток возрастает настолько, что температура стримерных каналов становится достаточной для термической ионизации.
Скользящий разряд – разряд развивающийся вдоль диэлектрика, на поверхности которого Еn> Еt.
Рост длины изолятора L дает относительно малое повышение Up. Поэтому для увеличения Up проходных изоляторов уменьшают удельную поверхностную емкость путем увеличения диаметра изолятора у фланца, с которого можно ожидать развитие разряда. Используется также нанесение у фланца полупроводящего покрытия, что способствует выравниванию распределения напряжения по поверхности изолятора увеличение Up.
Особенности развития разряда по увлажненной и загрязненной поверхности
Атмосферные воздействия – дождь, грязь. В сухом состоянии изоляторы имеют Up, которые мало зависят от типа изоляторов и определяются длиной воздушного промежутка: для гирлянд подвесных или колонок опорных изоляторов воздушный промежуток равен длине гирлянды lГ=nH. Перекрытие изолятора под дождем связано с образованием на его поверхности проводящей пленки воды и подсушиванием отдельных участков поверхности токами утечки возникновение частичных дуг и их удлинение. Значение мокроразрядного напряжения существенно зависит от формы изолятора. Нижние поверхности изоляторов наружной установки практически не смачиваются дождем. Это ограничивает ток утечки и приводит к повышению мокроразрядного напряжения. Электрическую прочность гирлянд изоляторов под дождем принято характеризовать средней мокроразрядной напряженностью:
где Uмр – мокроразрядное напряжение гирлянды изоляторов. Емр зависит от типа изоляторов (тарельчатые подвесные изоляторы от 2,0 до 2,6 кВ/см). Развитие разряда в случае, когда поверхность изолятора загрязнена и увлажнена.
П о увлажненному слою загрязнения проходит ток утечки, нагревающий его. Плотность тока утечки неодинакова, то нагревание слоя загрязнения происходит также неравномерно (1). На участках с большей плотностью тока и меньшей толщиной слоя загрязнения, происходит интенсивное испарение воды и образуются подсушенные участки с повышенным сопротивлением (2). Почти все напряжение оказывается приложенным к подсушенным участкам, в результате чего они перекрываются искровыми каналами, называемыми частичными дугами (3) RИСКР1< RСУХ1, поэтому ток утечки возрастает (IУТ1УТ2) Возрастание тока утечки приводит к дальнейшему подсушиванию слоя загрязнения, а следовательно, и к увеличению его сопротивления. Интенсивное подсушивание поверхности изолятора у концов дуг приводит к их удлинению (4). Подсушивание всей поверхности ведет к снижению тока утечки, а увеличение длины частичных дуг – к его росту. Если результатом этого будет уменьшение тока утечки, то дуги погаснут, если же ток утечки будет расти, то частичные дуги будут удлиняться и перекроют весь изолятор. Перекрытие является случайным событием и характеризуется определенной вероятностью. Вероятность перекрытия изолятора повышается с ростом воздействующего напряжения, так как при этом возрастает ток утечки, что способствует удлинению частичных дуг до полного перекрытия изолятора. Следовательно, Up изоляторов будут тем выше, чем меньше ток утечки. Величина тока утечки определяется соотношением:
Таким образом, разрядное напряжение изолятора будет возрастать с увеличением длины пути утечки и уменьшением диаметра изолятора.
На рис. 4.6 приведены результаты испытания изоляторов, загрязненных цементом, при различном увлажнении. Снижение Uвр при возрастании J связано с увеличением проводимости слоя загрязнения, приводящим к возрастанию тока утечки, интенсивной подсушке поверхности изолятора и образованию частичных дуг. При интенсивности увлажнения, превышающей 10-12 мм/ч, количество влаги, поступающей в единицу времени, начинает превышать количество влаги, испаряющейся в единицу времени. Помимо этого происходит вымывание из слоя загрязнения растворимых веществ и вследствие этого рост удельного сопротивления загрязняющего слоя. Это затрудняет образование подсушенных участков на поверхности изолятора и приводит к росту разрядных напряжений.
17.Изоляция силовых кабелей различного класса напряжения
Кабельная линия: кабель, соединительные и концевые муфты, строительные конструкции, элементы крепления.
Плюсы:
– неподверженность атмосферным воздействиям;
– меньшая повреждаемость;
– скрытность трассы.
Силовые кабели высокого напряжения выполняются трех типов:
1) кабели с бумажной изоляцией и вязкой пропиткой на напряжение до 35 кВ (Е РАБ =2…3 кВ/мм);
2) кабели с бумажной изоляцией с пропиткой маслом под давлением — маслонаполненные кабели: 2…15 атм ; Е РАБ =3…15 кВ/мм;
3) кабели с монолитной полимерной изоляцией (полиэтилен, фторопласт и др.).
Кроме этого нашли применение кабели в трубах под давлением масла или газа. Разрабатываются криогенные кабели с охлаждением до температуры жидкого азота (77 К) или жидкого гелия (5 К). Кабели выполняются на напряжение до 500 кВ. Разрабатываются кабели на напряжение 750-1150 кВ.
На рис. 2.7 приведена схема устройства трехфазного кабеля с поясной изоляцией. Выпускаются на рабочее напряжение до 10 кВ. На 35 кВ выпускаются кабели с отдельно освинцованными жилами и броней из стальных лент типа АОСБ (А — алюминиевая жила, О — отдельно освинцованные жилы, СБ — броня стальными лентами).
Рис. 2.7. Схема устройства изоляции кабелей до 35 кВ: 1 — жила, 2 — фазная изоляция, 3 — поясная изоляция, 4 — герметичное покрытие, 5 — подушка, 6 — броня, 7 — антикорозионное покрытие, 8 — наполнитель (джут)
На рис. 2.8 приведена схема устройства маслонаполненного кабеля на рабочее напряжение 110 кВ. Как правило, выполняются однофазными в свинцовой оболочке с броней из круглых или плоских проволок. Например, типа МССК-110 — М — маслонаполненный; С — среднего давления; С — свинцовый экран; К — броня круглой стальной проволокой.
Рис. 2.8. Схема устройства изоляции кабеля 110 кВ: 1 — масляный канал, 2 — перфорированная токоведущая жила, 3 — бумажно-масляная изоляция, 4 — полупроводящий слой, 5 — герметичное покрытие, 6 — подушка, 7 -броня, 8 — антикорозийное покрытие, 9 — отверстия для прохода масла в изоляцию
18. Изоляция вращающихся машин
К вращающимся машинам высокого напряжения относятся: ТГ, ГГ, СК, Дв.
Устройство изоляции вращающейся машины высокого напряжения определяется конструкцией ее статорной обмотки. Изоляция статорных обмоток подразделяется на главную (корпусную) и продольную. Главная — изоляция между проводниками обмотки и корпусом(сталь статора), а продольная — между витками одной катушки и катушками в одном пазу.
Большое значение имеет регулирование электрического поля в изоляции статорной обмотки. Основная задача регулирования электрических полей — устранение частичных разрядов в воздушных зазорах между поверхностью изоляции и стенками пазов и устранение скользящих разрядов по поверхности изоляции в местах выхода обмоток из паза статора, где поле получается резконеоднородным. Для этого используются полупроводящие покрытия из железистой асбестовой ленты и различные лаки. На рис. 2.9 приведено устройство высоковольтной изоляции в пазу электрической машины.
Рис. 2.9. Схема устройства высоковольтной изоляции электрической машины: 1 — статор, 2 — проводник сплошной, 3 — проводник полый, 4 —витковая (продольная) изоляция, 5 — главная корпусная изоляция, 6 — полупроводящее покрытие, 7 — прокладки, 8 — клин
Полупроводниковое покрытие используется для защиты от механических повреждений и устранения ионизации между обмоткой и стенками паза.
Изоляционные материалы, которые используются в электрических машинах, изготавливают на основе слюды (миканит, микаленты, микафорий), широко используются компаунды (термопластичные), в качестве связующих применяют термореактивные лаки и смолы.
 |
|
|
Скачать 3.06 Mb.