Ответы на ТВН. Вопросы к экзамену по дисциплине Электроэнергетика
 Скачать 1.48 Mb.
|
|
В изоляционной конструкции (см. рис. 3.8, б) поле неоднородное, следовательно, как и в случае чисто воздушного промежутка, разрядное напряжение меньше, чем в однородном поле. Влияние гигроско- пичности диэлектрика и микрозазоров здесь качественно такое же, как и в конструкции на рис. 3.8,а, но оно слабее выражено, т. к. электрическое поле и без того существенно неоднородно. При достаточно большой неоднородности поля в этой изоляционной конструкции, как и в чисто воздушном промежут- ке, возникает коронный разряд. Образующиеся при этом озон и окислы азота воздействуют на твердый диэлектрик. Наибольшую опасность коронный разряд представляет для полимерной изоляции, особен- но если он имеет стримерную форму. Температура в канале стримера достаточно высока, и соприкосно- вение его с поверхностью диэлектрика может приводить к термическому разложению диэлектрика и образованию обугленного следа с повышенной проводимостью. Длина этого следа (трека) со временем возрастает, что приводит к перекрытию изолятора с необратимой потерей им электрической прочности. Всe сказанное справедливо и для конструкции на рис. 3.8, в. Большая нормальная составляющая элек- трического поля способствует сближению канала стримера с поверхностью диэлектрика, что повышает вероятность повреждения диэлектрика. Электрическая прочность этой конструкции еще меньше, чем конструкция на рис. 3.8,б. Каналы стримеров, развивающихся вдоль поверхности диэлектрика, имеют значительно большую емкость по отношению к внутреннему (противоположному) электроду, чем в конструкции с преобладанием тангенциальной составляющей поля. Поэтому через стримерные каналы проходит сравнительно большой ток. При определенном значении напряжения ток возрастает настоль- ко, что температура стримерных каналов становится достаточной для термической ионизации. Терми- чески ионизированный канал разряда, развивающегося вдоль диэлектрика, на поверхности которого нормальная составляющая напряженности поля превышает тангенциальную составляющую, называют каналом скользящего разряда. Проводимость канала скользящего разряда значительно больше проводимости канала стримера, поэто- му падение напряжения в канале скользящего разряда меньше, а на неперекрытой части промежутка – больше, чем в каналах стримера. Увеличение напряжения на неперекрытой части промежутка приводит к удлинению канала скользящего разряда и полному перекрытию промежутка при меньшем значении напряжения между электродами. Длина канала скользящего разряда зависит от его проводимости, а следовательно, от значения тока в нем. В свою очередь, ток зависит от напряжения между электродами, изменения напряжения и емкости канала стримера относительно противоположного электрода. Влияние этих параметров отражено в эм- пирической формуле Теплера, согласно которой длина канала скользящего разряда: 4 5 2 1 dt du U С l СК ⋅ ⋅ ⋅ = χ , где χ 1 – коэффициент, определяемый опытным путем; С – удельная поверхностная емкость (емкость поверхности диэлектрика, по которой развивается разряд относительно противоположного электрода; U – приложенное напряжение. Выражение для нахождения разрядного напряжения: 4 , 0 0 2 , 0 ⋅ ⋅ ⋅ = ε ε χ d L U Р , которое называется формула Теплера. где d S C ⋅ ⋅ = 0 ε ε . d – толщина диэлектрика, а площадь S принята d равной 1 см 2 , и считать значение dU/dt постоянным, что в первом приближении соответствует постоянству частоты приложенного напряжения. Из формулы Теплера следует, что рост длины изолятора дает относительно малое повышение разряд- ного напряжения. Поэтому для увеличения разрядных напряжений проходных изоляторов уменьшают удельную поверхностную емкость путем увеличения диаметра изолятора у фланца, с которого можно ожидать развития разряда. Используется также нанесение у фланца полупроводящего покрытия, что способствует выравниванию распределения напряжения по поверхности изолятора и, следовательно, приводит к увеличению разрядных напряжений. Разряд по увлажненной и загрязненной поверхности твердых диэлектриков. К атмосферным воздействиям, приводящим к значительному снижению напряжений перекрытия (раз- рядных напряжений) изоляторов, относятся дождь и увлажненные загрязнения их поверхности. Рассмотрим развитие разряда в случае, когда поверхность изолятора загрязнена и увлажнена. Под действием приложенного к изолятору напряжения по увлажненному слою загрязнения проходит ток утечки, нагревающий его. Так как загрязнение распределено по поверхности изолятора неравномер- но и плотность тока утечки неодинакова на отдельных участках изолятора из-за сложной конфигурации его поверхности, то нагревание слоя загрязнения происходит также неравномерно. На тех участках изо- лятора, где плотность тока наибольшая, происходит интенсивное испарение воды и образуются подсу- шенные участки с повышенным сопротивлением. Распределение напряжения по поверхности изолятора меняется. Почти все напряжение, воздействующее на изоляцию, оказывается приложенным к подсу- шенным участкам. В результате этого подсушенные участки перекрываются искровыми каналами, называемыми частичными перемежающими дугами. Сопротивление искрового канала меньше сопро- тивления подсушенного участка поверхности изолятора, поэтому ток утечки возрастает. 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. Подсуши- вание всей поверхности ведет к снижению тока утечки, а увеличение длины частичных дуг – к его ро- сту. 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. Так как параметры частичной дуги и количество дуг, одновременно существующих на поверхности изолятора, случайны, то и пере- крытие также является случайным событием, характеризуемым определенной вероятностью. Вероят- ность перекрытия изолятора повышается с увеличением воздействующего напряжения, т. к. при этом возрастает ток утечки, что благоприятствует удлинению частичных дуг до полного перекрытия изоля- тора. Из приведенной картины развития разряда следует, что разрядные напряжения изоляторов будут тем выше, чем меньше ток утечки: У У R U I = где I У – ток утечки по изолятору; R У – сопротивление утечки по поверхности изолятора. Если слой загрязнения имеет толщину Δ с удельным объемным сопротивлением ρ, то для цилиндриче- ского гладкого изолятора диаметром D имеем: ∆ ⋅ ⋅ ⋅ = ⋅ = D L S l R π ρ ρ ∆ ⋅ ⋅ D π - площадь кольца, ∆ - толщина. Следовательно, разрядное напряжение изолятора будет возрастать с увеличением длины пути утечки и уменьшением диаметра изолято- ра: ∆ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = D L I U ПР π ρ Так как процессы подсушки поверхности изолятора происходят от- носительно медленно, то при кратковременных перенапряжениях они не успевают развиться и напряжение перекрытия бывает выше, чем при длительном воздействии напряжения. 12. Распределение напряжения по гирлянде изоляторов, выбор числа изоляторов в гирлянде. Переменное и импульсное напряжение распределяются по изоляторам гирлянды неравномерно, и чем больше изоляторов в них, тем неравномерное распределение напряжения. С 1 С 2 К а) x L К К К К К К С 1 С 1 С 1 С 1 С 1 С 2 С 2 С 2 С 2 С 2 R R б) Рис. 1.1. Гирлянда изо- ляторов (а) и схема замещения гирлянды (б) K – собственные емкости изоляторов; 1 С – емкости металлических элементов изоляторов относительно заземленных частей сооружения (опоры, заземленных тросов и т.д.); 2 С – емкости этих же элементов относительно частей установки, находящихся под напряжением (проводов, арматуры); R - сопротивления утечки по поверхности изоляторов. Общая ёмкость изоляторов гирлянды С г =К/n, где n – число изоляторов в гирлянде. Если: С г >>С 1 и С 2 , то распределение напряже- ния равномерно. Если: С г ≈ С 1 и С г ≈ С 2 , то распределение напря- жения неравномерно. Если: С 2 =0, а С 1 ≠ 0, то наибольшее падение I k K C 1 U 0 I c 1 1 U/U 0 x ∞ = R 1,0 0 ; 0 2 1 = = С С 0 ; 0 2 1 = ≠ С С напряжения на первом проводе от изолятора. Если: С 2 ≠ 0, а С 1 = 0, то наибольшее падение напряжение на первом изоляторе от траверсы. В реальных условиях С 1 >С 2 поэтому ∆ U 1max на первом от провода изоляторе и уменьшается с удалением от него, но при приближении к траверсе опять несколько возрастает. При удалении от первого изолятора падение напряжения снижается, а при приближении к траверсе па- дение напряжения увеличивается. При увлажненном загрязнении поверхностей изоляторов, а также под дождём распределение напряже- ния вдоль гирлянды выравнивается, поскольку в этих случаях оно определяется главным образом со- противлениями утечки изоляторов. Выбор числа изоляторов: L у – Длина пути утечки изолятора – наименьшее расстояние по поверхности изолирующей части между двумя электродами. Разряд на отдельных участках изолятора может отрываться от поверхности и развиваться в воздухе. В результате этого влагоразрядные напряжения оказываются пропорциональны на L у , а эффективной длине утечки: K L L у эф = К – коэффициент эффективности изолятора. В качестве характеристики надёжности изоляторов при рабочем напряжении принята удельная эффек- тивная длина пути утечки: U L раб наиб эф эф = λ λ эф – нормируется в зависимости от степени загрязненности атмосферы и номинального напряжения установки. Для надёжной эксплуатации при рабочем напряжении геометрическая длина пути утечки изоляторов должна определяться как: U К L раб наиб эф у λ ≥ Число изоляторов гирлянде должно быть: L U K у раб наиб эф n 1 λ ≥ L у1 – геометрическая длина пути утечки одного изолятора U раб наиб – наибольшее рабочее междуфазное напряжение, т.е. линейное. 13. Регулирование электрических полей во внутренней изоляции. Внутренняя изоляция – те элементы или участки электроизоляционной конструкции, в пределах кото- рой изоляционные промежутки между проводниками заполнены газообразными, жидкими или тверды- ми диэлектрическими материалами или их комбинацией, но не атмосферным воздухом. Целью регулирования электрических полей является повышение эффективности использования изо- ляции. Для надежной эксплуатации изоляции необходимо, чтобы максимальные напряженности поля не превосходили допустимого значения ДОП МАКС Е Е ≤ . Если выразить Е макс через коэффициентом неод- нородности электрического поля k н = Е макс /Е ср и среднюю напряженность поля Е ср =U/d (U – рабо- ченн напряжение, d – толщина изоляции), то получим ( ) ДОП Н Е d U К ≤ ⋅ или ( ) H ДОП K Е U d ⋅ ≥ где Едоп - допустимая напряженность, соответствующая отсутствию разрядных процессов в изоляции при данном виде воздействующего напряжения U возд (импульсном, одноминутном испытательном, ра- бочем). Последнее означает, что при заданном значении ДОП Е необходимая толщина изоляции пропорциональ- на коэффициенту неоднородности поля. Иными словами, толщина изоляции минимальна, если поле од- нородно. Поэтому основной задачей регулирования электрических полей является снижение коэффи- циента неоднородности. Следует заметить, что уменьшение толщины изоляции может повлиять на некоторые другие характери- стики аппаратуры, поскольку при этом могут улучшиться условия ее охлаждения. В резко неоднородных электрических полях (k н > 3) принципиально допустимы разрядные процессы в малых объемах изоляции при условии, что выделяемая при этом энергия недостаточна для разрушения изоляции. Для снижения степени неоднородности поля (уменьшения k н ) или уменьшения областей с особенно большими напряжённостями поля применяется регулирование электрических полей. Регулирование по- лей позволяет уменьшить толщину изоляции при сохранении её электрической прочности. В зависимо- сти от конструкции и технологии изготовления изоляции применяют различные способы регулирова- ния. 1. Скругление краев электродов. При отсутствии скругления острые края электродов имеют очень ма- лый радиус кривизны и k н достигает 5.. 10, т. е. поле резконеоднородное. При r > 0,5*S – поле слабонеоднородное, а при r/S > 1,0 - k н не превышает 1,3. (Здесь r - радиус скругле- ния; S- расстояние между электродами. 2. Полупроводящее покрытие. Применяется, когда электрод с острой кромкой находится в газе или жидкости и примыкает к твердому диэлектрику. При этом эффект от скругления электрода будет наименьший из-за щели, где напряженность поля увеличивается из-за различия проницаемости двух сред. Регулирование электрического поля с помощью полупро водящего покрытия.а — устройство изоляции (на участке АВ — покрытие); б — схема замещения; в — изменение напряженности Ех вдоль поверхности твердой изоляции. 3. Дополнительные электроды. Такой способ регулирования электрического поля у острого края элек- трода наиболее удобен в случае многослойной изоляции (бумажнопропитанной, маслобарьерной). До- полнительные электроды выполняются из тонкой металлической фольги. Дополнительные электроды широко используются для регулирования электрических полей в проходных изоляторах и кабельных муфтах. Регулирование электрического поля у края электрода в плоской изоляции с помощью дополнительных электродов 1 — основные электроды; 2— дополнитель- ные электроды В рассмотренном случае и при наличии дополнительных электродов электрическое поле у края верхне- го электрода остается резконеоднородным. Кроме того, появляются новые участки с резконеоднород- ным полем у краев дополнительных электродов. Однако размеры каждой области с повышенной напряженностью оказываются меньшими. Это затрудняет появление разрядов и позволяет повысить допустимое напряжение. Конструкция, показанная на рис., называется конденсаторной разделкой края электрода. 4. Градирование изоляции применяется, как правило, в изоляционных конструкциях с электродами в виде соосных цилиндров, например в кабелях ВН, и позволяет выравнивать эл. поле в радиальном направлении. Регулирование поля достигается за счёт изменения диэлектрической проницаемости слоев изоляции Дополнительные электроды широко используются для регулирования электрических полей в проход- ных изоляторах и кабельных муфтах. Градирование изоляции применяется, как правило, в изоляционных конструкциях с электродами в виде соосных цилиндров, например в кабелях высокого напряжения, и позволяет выравнивать электрическое поле в радиальном направлении. Регулирование поля достигается за счет изменения диэлектрической проницаемости слоев изоляции. Без градировании n ε ε ε ε = = = = 3 2 1 ,С градированием n n r r r r ε ε ε ε = = = = 3 3 2 2 1 1 Регулирование электрического поля путем градирования изоляции.а — схема градированной изоляции: б – изменение напряженности в изоляции без гради- рования и при градировании. Все рассмотренные способы применяются для регулирования электрических полей в изоляции, работающей при переменном напряжении, а некоторые, например скругление краев электродов, — и при постоянном напряжении. Виды внутренней изоляции: 1) Бумажная пропитанная изоляция. Сначала изоляция подвергается сушке под вакуумом, затем пропитке, а после этого она прессуется для исключения газовых включений; 2) Маслонаполненная изоляция (например, бак трансформатора); 3) Маслобарьерная изоляция. Между электродами устанавливаются барьеры из картона для повышения разрядного напряжения; 4) Изоляция на основе слюды. Слюда обладает высокойнагревостойкостью, используется во вращающихся машинах. Из слюды и пропитки на основе би- тумных компаундов получают компаундированную изоляцию. Её недостаток – она термопластична (размягчается при нагревании). Термореактивная изоляция слюда пропитана эпоксидными смолами. Плюсы: не размягчается под действи- ем температуры. 4) |