Теорія високих напруг
Конфігурація електричних полів. Іонізаційні процеси в газі. Утворення стримера. Закон Пашена. Вплив часу прикладання напруги на електричну міцність газової ізоляції. Розряд вздовж провідної та забрудненої поверхні ізолятора. Вимірювання високих напруг.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | дипломная работа |
| Язык | украинский |
| Дата добавления | 31.08.2012 |
| Размер файла | 8,3 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Все сказане справедливе і для конструкції на рис. 1.19, в. Велика нормальна складова електричного поля сприяє зближенню каналу стримера з поверхнею діелектрика, що підвищує ймовірність пошкодження діелектрика. Електрична міцність цієї конструкції ще менша, ніж конструкції на рис. 1.19, б. Канали стримерів, що розвиваються вздовж поверхні діелектрика, мають значно більшу ємність по відношенню до внутрішнього (протилежного) електрода, ніж в конструкції з переважанням тангенціальної складової поля. Тому через стримерні канали проходить порівняно великий струм. При певному значенні напруги струм зростає настільки, що температура стримерних каналів стає достатньою для термічної йонізації. Термічно йонізований канал розряду, що розвивається вздовж діелектрика, на поверхні котрого нормальна складова напруженості поля перевищує тангенціальну складову, називають каналом ковзаючого розряду.
Провідність каналу ковзаючого значно більша провідності каналу стримера. Тому падіння напруги в каналі ковзаючого розряду менше, а неперекритої частини проміжку більше, ніж в каналах стримера. Збільшення напруги на неперекритій частині проміжку призводить до видовження каналу ковзаючого розряду і повного перекриття проміжку при меншому значенні напруги між електродами.
Довжина каналу ковзаючого розряду залежить від його провідності, а отже, від значення струму в ньому. В свою чергу струм залежить від напруги між електродами, зміни напруги і ємності каналу стримера відносно протилежного електрода. Вплив цих параметрів відображено в емпіричній формулі Теплера, згідно з якою довжина каналу ковзаючого розряду:
де - коефіцієнт, що визначається дослідним шляхом; - питома поверхнева ємність (ємність поверхні діелектрика, по котрій розвивається розряд, відносно протилежного електрода); - прикладена напруга.
З при підстановці замість відстані між електродами по поверхні діелектрика, можна визначити значення напруги , необхідної для перекриття ізолятора. Якщо ж прийняти , де - товщина діелектрика, а площ прийнята рівною 1 см2 і рахувати значення постійним, що в першому наближенні відповідає постійності частоти прикладеної напруги, з отримаємо вираз для знаходження розрядної напруги:
який називається формулою Теплера.
З випливає, що зростання довжини ізолятора дає відносно мале підвищення розрядної напруги. Тому для збільшення розрядних напруг прохідних ізоляторів зменшують питому поверхневу ємність шляхом збільшення діаметра ізолятора біля фланця, з котрого можна чекати розвиток розряду. Використовується також нанесення біля фланця напівпровідного покриття, що сприяє вирівнюванню розподілення напруги по поверхні ізолятора і, як наслідок, призводить до збільшення розрядних напруг.
При постійній напрузі питома поверхнева ємність практично не впливає на розвиток розряду і значення розрядної напруги виявляється близьким до розрядної напруги чистого повітряного проміжку.
1.14.1 Розряд вздовж провідної та забрудненої поверхні ізолятора
В умовах експлуатації поверхні ізоляторів завжди забруднюються. Як правило, сухі забруднення, що мають високий опір і не впливають на розподіл напруги по поверхні ізолятора, помітно не понижують його розрядної напруги. Зволоження шару забруднення мрячним дощем чи росою призводить до зменшення опору шару забруднення, зміни розподілення напруги по поверхні ізолятора і в результаті - до зниження його розрядної напруги.
Механізми перекриття ізолятора під дощем і при забрудненій і зволоженій поверхні схожі. Розглянемо розвиток розряду у випадку, коли поверхня ізолятора забруднена і зволожена.
Під дією прикладеної до ізолятора напруги по зволоженому шару забруднення проходить витік струму, що нагріває його. Оскільки забруднення розподілене по поверхні ізолятора нерівномірно і густина витоку струму неоднакова на окремих ділянках ізолятора через складну конфігурацію його поверхні, то нагрівання шару забруднення також відбувається нерівномірно. На тих ділянках ізолятора, де густина струму найбільша, відбувається інтенсивне випаровування води й утворюються підсушені ділянки з підвищеним опором. Розподілення напруги по поверхні ізолятора змінюється. Майже вся напруга, що діє на ізоляцію, виявляється прикладеною до підсушених ділянок. В результаті цього підсушені ділянки перекриваються іскровими каналами, які називаються частковими чергуючими дугами. Опір іскрового каналу менший за опір підсушеної ділянки поверхні ізолятора, тому витік струму зростає. Зростання витоку струму призводить до подальшого підсушування шару забруднення, а як наслідок, і до збільшення його опору.
Інтенсивне підсушування поверхні ізолятора біля кінців дуг призводить до їх видовження. Підсушування всієї поверхні призводить до зниження витоку струму, а збільшення довжини часткових дуг до його росту. Якщо результатом цього буде зменшення витоку струму, то дуги згаснуть, якщо ж витік струму буде рости, то часткові дуги будуть видовжуватися і перекриють весь ізолятор. Оскільки параметри часткової дуги і кількість дуг, що одночасно існують на поверхні ізолятора, випадкові, то перекриття також є випадковою подією, що характеризується певною ймовірністю. Ймовірність перекриття ізолятора підвищується зі збільшенням впливаючої напруги, оскільки при цьому зростає витік струму, що сприяє видовженню часткових дуг до повного перекриття ізолятора.
З наведеної картини розвитку розряду випливає, що розрядні напруги ізоляторів будуть тим вищі, чим менший витік струму:
де - струм витоку по ізолятору; - опір витоку по поверхні ізолятора.
Якщо шар ізоляції має товщину з питомим об'ємним опором , то для циліндричного гладкого ізолятора діаметром :
де - довжина шляху витку.
З і випливає, що:
Отже, розрядна напруга ізолятора буде зростати з зі збільшенням довжини шляху витоку і зменшенням діаметра ізолятора:
Оскільки процеси підсушування поверхні ізолятора відбуваються достатньо повільно, то при короткочасних перенапругах вони не встигають розвиватися і напруга перекриття буває вищою, ніж при тривалій дії напруги.
Мокророзрядна напруга ізолятора залежить від характеристик шару забруднення, його кількості та складу, а також інтенсивності і виду зволоження. Велике різноманіття видів забруднення, що трапляються в умовах експлуатації, не дозволяє вибрати єдине, «стандартне» забруднення, котре можна було б наносити на поверхню ізоляторів при визначенні мокророзрядних напруг. Найбільш правильно розрядні напруги в нормальних умовах забруднення і зволоження можуть бути визначені з досвіду експлуатації.
1.15 Пробій рідких діелектриків
Рідкі діелектрики, володіючи значно більш високою міцністю порівняно з газами, знайшли широке застосування як високовольтна ізоляція в різноманітних пристроях: трансформаторах, кабелях, передаючих лініях, конденсаторах, вимикачах, розрядниках і т.д.
Рідкі діелектрики можна класифікувати за їх природі на такі групи:
1) вуглеводні мінеральні - продукти перегонки нафти і кам'яного вугілля;
2) вуглеводні рослинні (рицинова, лляна і інші оливи);
3) хлоровані вуглеводні ароматичного ряду (хлордифеніл, совтол);
4) кремнійорганічні сполуки.
Крім цього, рідкі діелектрики можуть бути полярними і неполярними, в зв'язку з цими в них суттєво змінюються властивості, котрі наведені в таблиці 1.4.
Таблиця 1.4 - Властивості діелектриків
|
Вид діелектрика |
, |
|||
|
Неполярні |
1,8…2,5 |
|||
|
Слабополярні |
||||
|
Сильнополярні |
У промисловості мають справу з технічно чистими рідкими діелектриками, в котрих вплив сторонніх домішок обмежено деякою мінімальною концентрацією. У зв'язку з цим в теоріях пробою технічно чистих рідин розглядають вплив сторонніх домішок, що неминуче з'являються при експлуатації. Найважливіші сторонні домішки в рідких діелектриках:
а) вода;
б) гази;
в) волокна целюлози;
г) вуглець;
д) продукти розкладу використовуваного рідкого діелектрика.
Порівняно з повітрям (газом) пробивні напруги оливи мають дуже великий розкид. Відхилення від середнього складає 50% і більше, а середньоквадратичне відхилення 10…15%.
Визначення електричної міцності оливи згідно ГОСТ 6581-75 здійснюється у стандартному пробійнику при прикладанні змінної напруги.
На пробій рідких діелектриків істотний вплив має багато факторів, які можуть, як понижати пробивну напругу (забруднення, зволоження тощо), так і збільшувати його (очищення, бар'єри, тиск і т.д.). Основні фактори, що змінюють :
1) забруднення і зволоження (збільшення забруднення оливи знижує , мізерна кількість вологи () різко знижує );
2) в'язкість (зменшення в'язкості знижує );
3) температура (зі збільшенням температури зменшується; на імпульсній напрузі цей вплив незначний; для технічно чистої оливи залежність носить складний характер);
4) тиск (для технічно чистої оливи збільшення тиску призводить до збільшення , оскільки збільшується тиск в газових бульбашках);
5) наявність бар'єрів (бар'єри можуть суттєво підвищити , особливо в різконеоднорідному полі);
6) час дії напруги (з збільшенням дії напруги зменшується; чим чистіший діелектрик, тим менший цей вплив; на імпульсній напрузі коефіцієнт імпульсу в декілька разів більший, ніж для газових діелектриків);
7) форма, площа електродів і відстань між ними (форма електродів складає поля різної ступені неоднорідності при , чим більший коефіцієнт неоднорідності, тим нижча ; зі збільшенням площі електродів зменшується; збільшення відстані збільшує );
8) полярність електродів при несиметричній їх формі (при від'ємній полярності пробивні напруги більші, ніж при додатній; цей ефект тим більший, чим більш полярний діелектрик).
Пробій рідких діелектриків - явище складне, що пояснюється складним складом рідких діелектриків та багатьма факторами, що впливають на розвиток пробою (забруднення, форма, розміри і матеріал електродів, температура, тиск і ін.). Для добре очищених рідин величина електричної міцності досягає 1000 кВ/см.
1.15.1 Вплив вологи і мікродомішок
Волога в оливі може перебувати в трьох станах: в молекулярно-розчиненому стані, у вигляді емульсії (дрібні кульки води розміром 2…10 мкм), і у вигляді водяного відстою на дні баку. Розчинність води в рідких діелектриках залежить від температури. Наприклад, в мінеральній оливі при 20?С може розчинятися ~40·10-6 води за об'ємом, а при 80?С ~400·10-6.
Наявність вологи в обох станах відбивається на електричній міцності оливи, особливо в присутності волокон. Причому найбільш сильно впливає емульґована волога. Внаслідок великої діелектричної проникності (для води , для волокон целюлози ) частинки вологи і волокон втягуються в область найбільшої напруженості електричного поля, поляризуються і витягуються вздовж силових ліній поля. Це призводить до утворення «містків», котрі збільшують локальну густину струму, нагрів, сильне збільшення місцевої напруженості поля в місцях розриву містків, внаслідок чого починаються йонізаційні процеси і може відбутися пробій всього міжелектродного проміжку.
Залежність пробивної напруженості трансформаторної оливи від вмісту вологи (рис1.20) (мільйонні частки вологи в одиниці об'єму оливи) показують, що наявність 40-50 млн. часток зменшує електричну міцність оливи приблизно в 10 разів.
Рисунок 1.20 - Залежність електричної міцності трансформаторної оливи від вмісту вологи (грам тонна): І - зона розчинності вологи; ІІ - емульґована волога
Зниження електричної міцності в області малих концентрацій визвано впливом розчиненої вологи, а в області великих концентрацій - емульґованої вологи.
Наявність вологи і волокон слабко відображається на міцності рідких діелектриків при коротких імпульсах напруги (одиниці-десятки мікросекунд), оскільки частинки домішок не встигають переміститися на значну відстань і вплинути на розвиток розряду в рідині.
Загальна кількість води, котра може бути в оливі в молекулярно-рочиненому й емульсійному вигляді, обмежена. При вмісті води більше 0,02% волога випадає у вигляді відстою на дно. Хоча сам відстій і не впливає на електричну міцність, його поява свідчить про суттєве погіршення ізоляційних властивостей олив.
Особливо різке зменшення розрядних напруг відбувається за наявності в оливі гігроскопічних забруднень у вигляді волокон паперу, картону, пряжі, що значно полегшують утворення провідних містків. Ці забруднення проникають в оливу в процесі експлуатації з елементів твердої ізоляції, що міститься в оливі.
1.15.2 Вплив тиску
Пробивна напруга як технічних, так і очищених рідких діелектриків при промисловій частоті 50 Гц сильно залежить від тиску. Це пов'язано з наявністю і утворенням в рідині при високій напрузі бульбашок газу, що є джерелами розвитку пробою. А електрична міцність газу залежить від тиску (закон Пашена).
На рис 1.21 представлено залежності пробивної наруги трансформаторної оливи від тиску нижчого за атмосферний. При понижених напругах з оливи починають виділятися розчинені в ній гази, і її міцність різко падає (рис. 1.21, крива 1).
Рисунок 1.21 - Залежність пробивної напруги трансформаторної оливи від тиску: 1 - недегазована олива; 2 - дегазована олива
Видно, що залежність пробивної напруги від тиску помітно збільшується з підвищенням ступеня очищення оливи (рис. 1.21, крива 2), що вказує на великий вплив газоподібних домішок.
При тисках, вищих за атмосферний (рис. 1.22), електрична міцність оливи збільшується, що також свідчить про наявність газу в оливі та його вплив на електричну міцність оливи.
Рисунок 1.22 - Залежність пробивної напруги парафінової оливи від тиску (50 Гц)
При імпульсних впливах тиск має менший вплив на електричну міцність рідких діелектриків.
1.15.3 Вплив температури
Електрична міцність рідких діелектриків значною мірою залежить від їх чистоти. Для чистих сухих рідин значний вплив температури спостерігається в області інтенсивного випаровування та кипіння (рис. 1.23, крива 1).
Рисунок 1.23 - Залежність електричної міцності трансформаторної олії від температури: 1 - суха олія; 2 - технічна олія з домішками вологи
Для технічно чистих рідин з домішками вологи залежність електричної міцності від температури достатньо складна. З рис. 1.23, крива 2 видно, що має місце мінімум та максимум електричної міцності. Зниження температури від точки максимуму призводить до зменшення до мінімуму, що пов'язано з переходом розчиненої вологи в емульгований стан. Подальше пониження температури (менше 0?С) викликає замерзання краплинок води і, як наслідок, підвищення . В льоду діелектрична стала приблизно рівна діелектричній постійній оливи (), що зменшує вплив вологи на електричну міцність оливи.
Зменшення електричної міцності для сухої та технічної оливи при температурі вище (рис 1.23) зумовлено інтенсивним випаровуванням та кипінням рідини.
1.15.4 Вплив часу дії напруги
Електрична міцність твердих діелектриків суттєво залежить від тривалості прикладання напруги , і чим більше домішок у рідині (особливо вологи і волокон), тим сильніша ця залежність (рис. 1.24).
Рисунок 1.24 - Залежність пробивної напруги від часу впливу для трансформаторної оливи. Електроди: вістря-площина; відстань між електродами 20 см; додатна полярність напруги
Експериментальні результати по пробою рідких діелектриків показують наявність, як мінімум, двох областей, пов'язаних з часом дії напруги (рис. 1.24), поява котрих пояснюється різними механізмами пробою. При дії імпульсів напруги тривалістю (область І) вплив домішок значно послаблений, тобто вони не встигають переміститися на значні відстані. Початкова стадія розряду в рідині виникає при напруженостях 100 кВ/см. В цьому випадку починають проявлятися процеси електронної емісії. Можливі процеси авто- та термоелектронної емісії з катоду, а також процеси автойонізації рідини біля анода. Всі перелічені явища можуть брати участь в ініціюванні розряду. Утворення газових бульбашок біля електрода може мати місце як за рахунок розкладу вуглеводнів рідкого діелектрика, так і за рахунок закипання рідини під дією виділеної енергії в локальних зонах електрода («теплова» теорія пробою). В газових бульбашках розвивається ударна йонізація, утворюється китичний стримерний канал, котрий розвивається до протилежного електрода. Різке збільшення електричної міцності при пов'язане з запізненням розвитку розряду, коли час дії напруги стає сумірним з часом формування розряду. Збільшення часу дії напруги призводить до швидкого зниження внаслідок впливу вологи і волокон, а також утворення газових бульбашок. При подальшому збільшенні часу дії напруги вирішальний вплив на зниження починають впливати теплові процеси. При подальшій дії напруги (область ІІ) присутність вологи, газу, забруднення в рідкому діелектрику сильно понижує його електричну міцність, причому найбільш небезпечним є емульгований стан вологи. Пробій наступає внаслідок утворення ланцюгів з дрібних поляризованих частинок включень, котрі витягуються вздовж силових ліній. Ці лінії утворюють провідний канал, по котрому протікає струм, що розігріває воду і рідину, що прилягає до каналу, до кипіння. Пробій рідини відбувається по утвореному каналу.
1.15.5 Вплив матеріалу, геометрії електродів, відстані між ними і полярності
Геометрична форма електродів створює електричні поля різного ступеня неоднорідності, і чим більший коефіцієнт неоднорідності, тим нижча пробивна напруга. Навіть незначне збільшення радіусу кривизни електродів у різконеоднорідних полях дає більш суттєве збільшення порівняно з повітрям. Збільшення відстані між електродами призводить до збільшення пробивної напруги (рис. 1.25).
На величину пробивної напруги при незмінній має вплив площа електродів і об'єм рідини між електродами: збільшення площі електродів і об'єму рідини викликає зниження . Стан поверхні електродів також впливає на електричну міцність рідких діелектриків. Забруднення, окислення і погане полірування поверхні електродів знижують . В міру збільшення відстані між електродами вплив матеріалу електрода зменшується і при відстані декількох міліметрів практично припиняється. Вплив матеріалу електродів на рідких діелектриків здійснюється через емісію електронів з катода.
Рисунок 1.25 - Залежність пробивної напруги від відстані між електродами і полярності для трансформаторної оливи, електроди вістря-площина: 1 - додатна полярність вістря; 2 - від'ємна полярність вістря; постійна напруга
Як випливає з рис. 1.25, пробивна наруга залежить від полярності електрода-вістря при несиметричній системі електродів. Найбільш яскраво ця закономірність проявляється для полярних рідин. Наприклад, для води збільшення при від'ємній полярності вістря досягає 2,0-2,5 раза порівняно з додатною полярністю.
1.15.6 Бар'єрний ефект
Бар'єри з твердого ізоляційного матеріалу, що встановлюються в оливі між електродами, досить широко застосовуються для підвищення електричної міцності оливної ізоляції.
При наявності бар'єрів електрична міцність розрядного проміжку значно зростає. Це обумовлюється двома факторами. Бар'єр є непроникним для йонів рідини. Тому йони, рухаючись від одного електрода до іншого осідають на бар'єрі, «розтікаються» по його поверхні та заряджають її. Завдяки цьому, електричне поле в проміжку стає більш рівномірним, що призводить до збільшення розрядної наруги. Крім цього, бар'єр ускладнює утворення суцільних провідних містків з волокнистих речовин, що містяться в оливі. Дія бар'єрів більш ефективна в нерівномірних полях. При короткочасних імпульсних впливах напруги бар'єри менш ефективні, ніж на постійній чи змінній напрузі.
На рис. 1.26 представлено відносна зміна пробивної напруги ( - пробивна напруга оливного проміжку; - пробивна напруга того ж проміжку з бар'єром) залежно від положення бар'єра ( - відстань між електродами, постійна, а - відстань від вістря до бар'єра) в оливному проміжку, що утворений електродами вістря-площина при впливу змінної наруги з частотою 50 Гц.
Рисунок 1.26 - Вплив бар'єра на пробивну напругу оливного проміжку: електроди вістря-площина; наруга 50 Гц;
Бар'єр - плоский електрокар тон товщиною 5 мм. Відстань до бар'єра вимірюється від вістря. В даній системі координат пробивна напруга оливного проміжку без бар'єра рівна 1. Наявність бар'єра призводить до збільшення пробивної напруги. Максимальний ефект відповідає відстані до бар'єра , що добре корелює з аналогічним ефектом для газу.
Оливобар'єрна ізоляція широко застосовується у високовольтній техніці при виготовленні трансформаторів, вводів, реакторів і т.п.
1.16 Пробій твердої ізоляції
Електрична міцність твердої ізоляції вища, ніж газоподібної і рідкої .
Електрична міцність твердої ізоляції залежить від:
1) форми електричного поля;
2) вигляду напруги і полярності;
3) часу впливу напруги;
4) однорідності діелектрика;
5) електрофізичних характеристик (полярний-неполярний, , , і ін.);
6) температури.
Розрізняють три види пробою діелектрика:
1) електричний - ;
2) тепловий ;
3) старіння і менше.
Тверда ізоляція включає в собі всі види твердих діелектриків від плівок до товстої монолітної.
У табл. 1.5 наведені деякі електричні характеристики твердої ізоляції, котрі можуть бути зажадані в процесі її експлуатації.
Таблиця 1.5 - Характеристики ізоляції
|
Електричні характеристики |
Механічні характеристики |
Теплові характеристики |
Хімічні характеристики |
Інші |
|
|
, |
Твердість Гнучкість Еластичність |
Теплопровідність Теплоємність Теплове розширення |
Стабільність Розчинність Дія на ін. діелектрики |
Питома вага Абсорбція вологи Дія опромінення Мікроорганізми |
Найбільш сильний вплив на електричну міцність твердої ізоляції мають час прикладання напруги, температура, товщина. Залежність пробивної напруги від часу прикладання напруги називається вольт-секундною характеристикою. Вона наведена на рис. 1.27.
Рисунок 1.27 - Вольт-часова характеристика твердої ізоляції: І- електричний пробій, запізнення каналу розряду; ІІ - електричний пробій, , не залежить від температури; ІІІ - тепловий пробій, , різке зниження у часі; IV - старіння, мало змінюється, а час до пробою значно зростає
На кривій виділяють 4 області. Області І та ІІ відповідають електричному пробою. Час прикладання напруги . Різке зростання пробивної напруги в І області обумовлено запізненням розвитку розряду відносно часу прикладання напруги. Область ІІІ характеризується різким спадом пробивної напруги, що говорить про переважну роль теплових процесів. Область IV - повільне зниження пробивної напруги зі збільшенням часу дії пов'язано з повільними процесами старіння, деградації твердої ізоляції. Електрична міцність твердої ізоляції зростає зі зменшенням її товщини і особливо швидко в області мікронних товщин. Цей ефект використовують в ізоляції конденсаторів, кабелів, вводів і ін. Вплив температури наглядно ілюструє рис. 1.28, де наведена залежність електричної міцності порцеляни від температури. Видно, що до температури пробивна напруженість порцеляни практично не змінюється (область А). Подальше збільшення температури призводить до різкого зменшення (область Б).
Рисунок 1.28 - Залежність пробивної напруги від температури для порцеляни (50 Гц)
Розвиток теплового пробою в твердому діелектрику в загальних рисах може бути представлений у вигляді такої послідовності:
де - напруга, прикладена до ізоляції; - струм, що протікає через ізоляцію; - температура ізоляції; - провідність ізоляції; - діелектричні втрати ізоляції.
Суть теплового пробою ізоляції можна представити у вигляді рис. 1.29, де - тепло, що виділене в ізоляції за рахунок джоулевих та діелектричних втрат, - відведене від ізоляції тепло в навколишнє середовище.
Виділене тепло визначається, як
а відведене тепло, як
де - кутова частота; - ємність виробу; - діелектричні втрати в ізоляції; - коефіцієнт теплопередачі; - площа поверхні ізоляції; - температура навколишнього середовища; - температура всередині діелектрика.
Рисунок 1.29 - Зміна виділеного і відведеного тепла в ізоляції при різних напругах
Вимірювання прикладеної напруги до ізоляції призводить до зміни втрат в ній. На рис. 1.29 , , - тепло, виділене при , а - тепло, що відведене від ізоляції.
Для при - немає нагріву.
Для при - тепловий пробій.
Для - завжди тепловий пробій.
- точка теплової рівноваги. Робоча температура.
1.16.1 Часткові розряди
Під дією високої напруженості електричного поля в ізоляції в місцях з пониженою електричною міцністю виникають часткові розряди (ЧР), котрі представляють собою пробій газових включень, локальні пробої малих об'ємів твердого діелектрика. Умови виникнення ЧР визначаються конфігурацією електричного поля ізоляційної конструкції та електричними характеристиками розглядуваної області ізоляції.
ЧР зазвичай не призводить до наскрізного пробою діелектрика, однак призводить до місцевого руйнування ізоляції, а при тривалому існуванні можуть призвести до наскрізного пробою.
Виникнення ЧР завжди свідчить про місцеву неоднорідність діелектрика. В зв'язку з цим реєстрація характеристик ЧР дозволяє оцінювати якість виготовлення ізоляції та виявляти місцеві дефекти.
Характеристики ЧР достатньо добре корелюють з розмірами і кількістю дефектів, тобто дозволяють судити про ступінь дефектності ізоляційної конструкції.
Вивчення характеристик ЧР залежно від різних умов роботи стало питанням першочергової важливості для кабелів, конденсаторів, трансформаторів та ін. пристроїв - там, де застосовується шарова ізоляція при змінній, постійній та пульсуючій напрузі.
При розгляданні механізму виникнення ЧР скористаємося еквівалентною заступною схемою діелектрика з загальною ємністю (рис.1.30).
Рисунок 1.30 - Заступна схема твердого діелектрика: - ємність бездефектної ізоляції; - ємність повітряного включення; - ємність діелектрика послідовно з включенням; - напруга пробою повітряного включення
ЧР виникають тоді, коли напруга на ввімкненні досягає пробивного значення - напруга запалювання у вмиканні. Напруженість електричного поля у включенні пов'язана з напруженістю в решті частини діелектрика, як
де - напруженість електричного поля в діелектрику; - відносна діелектрична проникність діелектрика; - відносна діелектрична проникність включення.
Виходячи з , напруженість електричного поля у газовому включенні (і в будь-якому іншому, де ) завжди вища, ніж в решті діелектрика.
Епюри напруги на включенні у процесі прикладання змінної напруги наведені на рис. 1.31.
Рисунок 1.31 - Епюри напруги на повітряному включенні в твердому діелектрику: 1 - напруга на зразку; 2 - напруга на включенні; - напруга на зразку, при котрому відбувається пробій повітряного проміжку
При розмірі включення десятки мікрометрів і тиску, близькому до атмосферного, пробивна напруга лежить поблизу мінімуму кривої Пашена, слабо змінюється зі зміною розмірів включення складає 250…300 В.
Найбільшу небезпеку ЧР представляють на змінній чи імпульсній напрузі.
Руйнуюча дія ЧР на діелектрики обумовлено наступними факторами, що виникають при пробої включення:
1) вплив ударних хвиль;
2) теплова дія;
3) бомбардування зарядженими частинками;
4) вплив хімічно активними продуктами розряду (озон, окисли азоту);
5) вплив випромінювання;
6) розвиток деревовидних пагонів - дендритів.
Залежно від величини розряду , що вимірюється при ЧР, можлива класифікація ЧР по :
1. При підвищенні деякого порогу напруги в ізоляції виникають ЧР з інтенсивністю . Такі ЧР не викликають швидкого руйнування ізоляції і в багатьох випадках можуть бути допустимі. Такі розряди називаються початковими.
2. Подальше зростання напруги чи збільшення розмірів включень в процесі тривалої роботи ізоляції призводить до різкого зростання інтенсивності ЧР, причому насамперед зростає до величини . Їх виникнення різко скорочує строк служби ізоляції і вони не повинні допускатися при робочих умовах. Такі розряди називаються критичними.
На постійній напрузі інтервал між ЧР у включенні складає секунди-десятки секунд, що на декілька порядків більше, ніж на змінній напрузі промислової частоти. Це дозволяє збільшити робочі напруженості електроізоляційних конструкцій постійної напруги порівняно з змінною.
Розвиток ЧР при імпульсній напрузі принципово не відрізняється від змінної напруги. Часто основною причиною пробою ізоляції при багатократній дії імпульсної напруги є ЧР.
2. Високовольтна ізоляція
Високовольтна ізоляція поділяється на внутрішню і зовнішню. Зовнішня перебуває в контакті з атмосферою, внутрішня - всередині геометричного об'єму. Розрізняється також ізоляція для зовнішнього і внутрішнього встановлення (зовнішня - поза приміщеннями, внутрішня - відмежована від зовнішніх впливів).
Розрізняють короткочасну пробивну напругу та тривалу . На ізоляцію впливають грозові та комутаційні імпульси, випробувальні напруги, а повинна впливати тривалий час (20-30 років) без пробоїв.
При тривалому впливу відбувається старіння ізоляції.
Причини старіння:
1) електричні - часткові розряди, трекінг, зміна , ;
2) теплові - прискорення хімічних реакцій, збільшення , зменшення ;
3) механічні - тріщини, утома, руйнування;
4) хімічні - окислення, утворення радикалів і т. п.;
5) зовнішнє середовище - волога, ультрафіолетові промені, температура.
2.1 Високовольтні ізолятори
За призначенням ізолятори розділяють на лінійні та станційно-апаратні, котрі, в свою чергу, поділяються на опорні та прохідні.
2.1.1 Лінійні ізолятори
Лінійні ізолятори застосовуються для кріплення та ізолювання проводів і линв повітряних ліній електропередачі. За конструктивним виконанням вони поділяються на шпиньові та підвісні.
Шпиньові ізолятори виготовляються з електротехнічної порцеляни чи скла і монтуються на опорах з допомогою шпинів або гаків. Випускаються різноманітного конструктивного виконання. Позначання, наприклад ШФ10-В - шпиньовий, порцеляновий, номінальна напруга 10 кВ, конструктивне виконання В (всього існує три варіанти конструктивного виконання - А, Б, В). Випускаються промисловістю на напругу до 35 кВ.
Підвісні ізолятори застосовуються для напруг більше 35 кВ. Поділяються на тарілчасті (суставні) та стрижневі. Виготовляються з електротехнічної порцеляни, скла та полімерних матеріалів. На рис. 2.1 наведено конструкцію підвісного тарілчастого ізолятора.
Рисунок 2.1 - Підвісний суставний ізолятор з конусною головкою: 1 - тарілка ізолятора; 2 - чавунна шапка; 3 - сталевий стрижень; 4 - цементна замазка; 5 - головка ізолятора; 6 - замок
Шапка 2 і стрижень 3 забезпечують суставне з'єднання одного ізолятора з іншим при збиранні в гірлянду ізоляторів. Ізолятори зазнають тільки розтягуючи зусилля, але завдяки конструктивному виконанню головка 5 ізолятора працює на стиск і тому витримує дуже великі механічні навантаження (до 30-50 Тс). Позначення ізолятора, наприклад, ПСГ6-А - підвісний, скляний, грязестійкий. Мінімальне руйнуюче навантаження 6 тонн-сила.
Підвісні стрижневі ізолятори виготовляють з електротехнічної порцеляни, скла, ситалу, скловолокна з полімерним покриттям. Один ізолятор може замінити гірлянду з 7 тарілчастих ізоляторів на напругу 110 кВ. Суставно кріпиться за допомогою двох шапок з замками на кінцях ізолятора. Достоїнством стрижневих ізоляторів є непробивність, крім того, за рахунок малого діаметра ізолятора підвищуються градієнти електричного поля по поверхневому перекриттю. Позначення ізолятора, наприклад, СФ-110/2,25 - стрижневий, порцеляновий, номінальна напруга 110 кВ, мінімальне руйнуюче навантаження 2,25 тонн-сили.
2.1.2 Станційно-апаратні ізолятори
Опорні ізолятори призначені для кріплення шинопроводів, деталей апаратів та ізолювання їх від заземлених конструкцій і між собою. Виготовляють для зовнішнього та внутрішнього встановлення на напругу до 110 кВ. На більшу напругу опорні ізолятори збираються в колони.
Опорні ізолятори для зовнішнього встановлення поділяються на шворневі та стрижневі. Шворневі ізолятори використовують у тих випадках, коли потребується велика механічна міцність на згин. Виготовляються з електротехнічної порцеляни. Позначення, наприклад, ОНШ-35-2000 - опорний, зовнішнього встановлення, шкворневий, номінальна напруга 35 кВ, мінімальне руйнуюче навантаження 2000.
Опорно-стрижневі ізолятори виготовляються на напругу 35-150 кВ з електротехнічної порцеляни. Кінці ізолятора армовані чавунними фланцями. Позначення, наприклад, ОНС-110-1000 - опорний, зовнішнього встановлення, стрижневий, номінальна напруга 110 кВ, мінімальна механічна стійкість 1000 кГ-сила.
Прохідні ізолятори і вводи використовуються там, де струмоведучі частини проходять через стіни, перекриття споруд, загородження електрозлагод чи вводяться всередину металічних корпусів обладнання. Прохідними ізоляторами називаються ізолятори на напругу до 35 кВ, на напругу 110 кВ і вище - вводами. Вводи мають більш складну конструкцію ізоляції та виконуються з оливобар'єрною ізоляцією (до 150 кВ) чи з паперовооливною ізоляцією (220 кВ і вище).
Прохідні ізолятори на високі напруги до 35 кВ включно виготовляються з електротехнічної порцеляни, скла, бакелітового паперу. На рис 2.2 наведено конструктивну схему прохідного ізолятора.
Рисунок 2.2 - Конструктивна схема прохідного ізолятора: 1 - струмоведучий стрижень (труба); 2 - заземлений фланець; 3 - тверда ізоляція; 4 - шляхи пробою(); 5 - високовольтні фланці
Для збільшення напруги перекриття на зовнішній поверхні ізолятора роблять ребра, а також збільшують діаметр ізолятора біля заземленого фланця. Прохідні ізолятори маркують по напрузі, струмі та згинальному механічному навантаженні. Наприклад, П-10/400-750, що означає: прохідний ізолятор, , ,
Вводи - це прохідні ізолятори на 110 кВ і вище. Вони містять зовнішню та внутрішню ізоляцію складної конструкції. Зовнішньою ізоляцією є порцелянова покривка. Внутрішня - ділянки ізоляції в тілі вводу. Вводи бувають двох типів - оливобар'єрні та паперовооливні (для ).
1) Оливобар'єрний ввід 110-150 кВ конденсаторного типу (рис. 2.3). щоб підвищити , а) розбивають проміжок на малих проміжків бар'єрами 5; б) вирівнюють поле металічними обкладинами (фольга на бар'єрах). У результаті підвищується в раза.
Рисунок 2.3 - Конструктивна схема оливобар'єрного вводу: 1 - струмопровід (стрижень); 2 - високовольтний фланець; 3 - заземлений фланець; 4 порцелянова покривка; 5 - бар'єри з обкладинами; 6 - олива
Обкладини вирівнюють поле в радіальному й аксіальному напрямках. Найбільш важливим є вирівнювання поля в аксіальному напрямкові для зменшення довжин вводу, для цього уступи роблять однаковими. На рис 2.4 наведено епюри розподілу напруженостей електричного поля в радіальному (а) і аксіальному (б) напрямках оливобар'єрного вводу.
Струмоведучий стрижень обмотується декількома шарами паперу. Основну електричну міцність ізоляції вводу забезпечує олива, що міститься всередині покривки.
2) Паперовооливний ввід конденсаторного типу на клас напруги . Ввід виготовляється шляхом намотування на струмоведучий стрижень (чи трубу) ізоляційного тіла з паперу. Через кожні 2-4 мм намотування в тіло закладаються конденсаторні обкладки з алюмінієвої фольги для вирівнювання поля в осьовому та радіальному напрямках. Після намотування тіло просочується оливою у вакуумі, а після збирання ввід герметизується.
а) б)
Рисунок 2.4 - Розподіл напруженості електричного поля в радіальному (а) і аксіальному (б) напрямках вводу: - радіус струмопроводу (стрижня); - радіус першої обкладки (фольги); - радіус другої обкладки (фольги); - радіус обкладки біля фланця (заземлено); - довжина уступу ізоляції біля стрижня; довжина уступу на першому бар'єрі; - довжина уступу на другому бар'єрі; - довжина уступу на бар'єрі біля фланця
2.2 Ізоляція високовольтних конденсаторів
Призначення конденсаторів:
1) покращення ;
2) високочастотний зв'язок;
3) компенсація зсуву по фазі між струмом та напругою;
4) випрямляючі установки - фільтри і ін.;
5) високовольтні імпульсні установки.
Як ізоляція використовується: газ, рідини, тверді органічні матеріали. Тверда ізоляція у високовольтних конденсаторах найчастіше органічна - папір, плівки з просочуванням оливою. Конденсатор характеризується питомою енергією, що запасається, Дж/дм2:
Високовольтні конденсатори різноманітного призначення, різних номінальних напруг і реактивної потужності влаштовані однаково: складаються з пакетів секцій, що з'єднані послідовно-паралельно й розміщені в герметизованому корпусі, що залитий просочувальною рідиною.
Основним елементом будь-якого силового конденсатора є секція - спірально намотаний рулон зі стрічок діелектрика й алюмінієвих обкладок, що виконують роль електродів. Секція після намотування сплющують для зменшення об'єму.
Рисунок 2.5 - Влаштування секції високовольтного конденсатора: 1 - фольга; 2 - діелектрик (шари паперу, плівкаи); 3 - виводи
2.3 Ізоляція трансформаторів
У силових трансформаторах ізоляція складається з різноманітних за конструкцією елементів, що працюють у різних умовах. Повітряні проміжки між вводами й по поверхні - зовнішня ізоляція. Ізоляційні ділянки розміщені всередині баку трансформатора й усередині вводів - внутрішня ізоляція. Внутрішня ізоляція ділиться на головну й повздовжню. Головна ізоляція - між різними обмотками, стінками баку, магнітопроводом та ін. Повздовжня ізоляція між елементами однієї і тієї ж обмотки: між витками, шарами, котушками.
У високовольтних силових трансформаторах як головна використовується оливобар'єрна ізоляція. Повздовжня ізоляція виконується паперово-оливною. Кількість бар'єрів залежить від номінальної напруги трансформатора.
На рис. 2.6 наведено схематичне улаштування головної ізоляції високовольтного трансформатора.
Високовольтні обмотки виконуються котушкового типу чи неперервного циліндричного багатошарового намотування.
Трансформатори до 35 кВ виконуються з ізольованою нейтраллю. Трансформатори вище 110 кВ - із заземленою нейтраллю.
Рисунок 2.6 - Схема влаштування ізоляції високовольтного трансформатора: 1 - магнітопровід, 2 - низьковольтна обмотка (НВ), 3 - високовольтна обмотка (ВВ), 4 - бар'єр, 5 - щитки електроізоляції, 6 - олива
2.4 Ізоляція кабелів
Основне призначення кабелів - передача електричної енергії від підстанції до споживачів.
Силові кабелі високої напруги виконуються трьох типів:
1) кабелі з паперовою ізоляцією і в'язким просочуванням на напругу до 35 кВ (робоча напруженість );
2) кабелі з паперовою ізоляцією з просоченням оливою під тиском - оливонаповнені кабелі: 2…3 атм - низький тиск (); 4…5 атм - середній тиск (); 8…15 атм - високий тиск ();
3) кабелі з монолітною полімерною ізоляцією (поліетилен, фторопласт і ін.)
Окрім цього, застосовуються кабелі в трубах під тиском оливи чи газу. Розробляються кріогенні кабелі до охолодження до температури рідкого азоту (77 К) чи рідкого гелію (5 К). кабелі виконуються на напругу до 500 кВ. Розробляються кабелі на напругу 750-1150 кВ.
На рис. 2.7 наведена схема улаштування трифазного кабелю з поясною ізоляцією. Випускаються на напругу до 10 кВ. На 35 кВ випускаються кабелі з окремо освинцьованими жилами та бронею зі стальних стрічок типу АОСБ (А -алюмінієва жила, О - окремо освинцьовані жили, СБ - броня зі стальних стрічок).
На рис. 2.8 наведено схему улаштування оливонаповненого кабелю робочою напругою 110 кВ. Як правило, виконуються однофазними в свинцевій оболонці з панциром із круглих чи плоских дротів. Наприклад, типу МССК-110 - М - оливонаповнений; С - середнього тиску; С - свинцевий екран; К - панцир із круглого сталевого дроту.
Рисунок 2.7 - Схема улаштування ізоляції кабелів до 35 кВ: 1 - жила, 2 - фазна ізоляція, 3 - поясна ізоляція, 4 - герметичний покрив, 5 - подушка, 6 - панцир, 7 - наповнювач (джут)
Рисунок 2.8 - Схема улаштування ізоляції кабеля 110 кВ: 1 - оливний канал, 2 - перфорована ізольована жила, 3 - паперово-оливна ізоляція, 4 - напівпровідний шар, 5 - герметичний покрив, 6 - подушка, 7 - панцир,8 - антикорозійне покриття, 9 - отвір для проходу оливи в ізоляцію
2.5 Ізоляція електричних машин
До обертальних машин високої напруги належать турбо- і гідрогенератори, синхронні компенсатори та двигуни великої потужності з номінальною напругою 3 кВ і вище. Вони виконують важливі функції в енергосистемах і на промислових підприємствах. До їх ізоляції пред'являються дуже високі вимоги. Гідрогенератори розробляються й виготовляються на напругу до 220 кВ. Улаштування ізоляції обертальної машини високої напруги визначається конструкцією її статорної обмотки. Ізоляція статорних обмоток поділяється на головну (корпусну) і поздовжню. Головна - ізоляція між провідниками обмотки і корпусом, а поздовжня - між витками однієї котушки і котушками в одному пазові.
Велике значення має регулювання електричного поля в ізоляції статорної обмотки. Основна задача регулювання електричних полів - усунення часткових розрядів у повітряних проміжків між поверхнею ізоляції і стінками пазів та усунення ковзаючих розрядів по поверхні ізоляції в місцях виходу обмоток з пазу статора, де поле виходить різконеоднорідним. Для цього використовуються напівпровідні покриття із залізистої азбестової стрічки та різноманітні лаки. На рис. 2.9 наведено улаштування високовольтної ізоляції в пазу електричної машини.
Рисунок 2.9 -Схема улаштування високовольтної ізоляції електричної машини: 1 - статор, 2- провідник суцільний, 3 - провідник порожнистий, 4 - виткова (поздовжня) ізоляція, 5 - головна корпусна ізоляція, 6 - напівпровідне покриття, 7 - щільниці (перекладки), 8 - клин
Ізоляційні матеріали, котрі використовуються в електричних машинах, виготовляються на основі лосняка (міканіт, мікастрічки, мікафорій), широко використовуються компаунди (термопластичні), як зв'язувальний застосовуються термореактивні лаки й смоли.
2.6 Профілактика ізоляції
2.6.1 Задачі та цілі профілактики
Профілактика - система заходів, з допомогою яких забезпечується надійна робота ізоляції у процесі експлуатації. Профілактика проводиться з метою виявлення дефектів, що виникають в ізоляції у процесі експлуатації. Послаблення електроізоляційних властивостей відбувається за рахунок:
а) загального старіння;
б) появи місцевих дефектів.
Загальне старіння охоплює великий об'єм ізоляції.
Місцеві дефекти з'являються у вигляді зосереджених тріщин, повітряних включень, часткових зволожень.
У більшості випадків ці дефекти не можуть бути виявлені в результаті простого огляду ізоляції, тому для їх виявлення необхідна визначена система профілактичних випробувань. Профілактичні випробування ізоляції різко знижують аварії в енергетичних системах через своєчасне виявлення дефектної ізоляції. Для кожного виду ізоляції характерні певні види дефектів; вивчення їх фізичних властивостей і причин появи також входить в задачі профілактики ізоляції. Це дозволяє більш правильно організувати експлуатацію обладнання і розробляти найбільш ефективні методи профілактичних випробувань.
1) створення нормальних умов роботи ізоляції;
2) знаходження дефектів та їх усунення;
3) вивчення фізичних властивостей і причин появи дефектів;
4) розроблення ефективних методів профілактики.
В таблиці 2.1 приведені основні методи профілактичних випробувань ізоляції та їх коротка характеристика.
Таблиця 2.1 - Профілактичні випробування ізоляції
|
№ п/п |
Метод випробування ізоляції |
Дефекти, що виявляються цим методом |
Загальна характеристика методу |
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
|
1 |
Вимірювання опору ізоляції |
Наскрізні провідні шляхи чи пробій |
Один з основних методів |
|
|
2 |
Вимірювання |
Процеси йонізації та старіння ізоляції в цілому |
Один з основних методів |
|
|
3 |
Вимірювання ємності |
Загальне зволоження ізоляції |
В основному для контролю вологості трансформаторів та електричних машин |
|
|
4 |
Визначення наявності часткових розрядів |
Процес йонізації в повітряних порожнинах |
Додатковий метод (отримує все більше поширення) |
|
|
5 |
Вимірювання розподілу напруги |
Частковий пробій, не наскрізні шляхи витоку |
Основний метод для гірлянд ізоляторів |
|
|
6 |
Прикладання підвищеної напруги |
Місцеві дефекти при зниженні електричної міцності |
Контроль мінімального запасу електричної міцності |
2.6.2 Вимірювання опору ізоляції (струмів витоку)
Цей метод через свою простоту знайшов широке застосування на практиці і є одним з основних методів контролю якості ізоляції.
Відомо, що будь яка ізоляція має певну величину опору, хоча і достатньо велику. Тому при прикладанні напруги через ізоляцію, крім струмів на зарядження геометричної ємності та абсорбційних струмів, протікає стум, що визначається електропровідністю діелектрика. Зі збільшенням дефектності ізоляції струм витоку зростає. Це явище і покладено в основу даного методу.
Опір ізоляції рівний:
На постійній напрузі буде змінюватись в часі, оскільки на величину струму будуть впливати процеси повільної поляризації. На рис. 2.10 показаний характер зміни струму через ізоляцію і опір ізоляції в часі.
Рисунок 2.10 - Зміна струму витоку і опору ізоляції в часі
Дослідним шляхом встановлено, що для більшості ізоляційних конструкцій час досягнення усталеного значення струму витоку менше ніж 1 хвилина, тобто, до цього часу після прикладання напруги також досягає усталеного значення.
Різке падіння показує на задавнений розвиток дефекту в ізоляції, чи на наявність наскрізного провідного шляху, чи пробою. Зазвичай висновок про ізоляцію складається на основі порівняння з результатами попередніх вимірювань чи заводських даних.
Вимірювання опру ізоляції виконується з допомогою спеціальних приладів - мегомметрів, в котрих шкала проградуйована в МОм чи кОм.
Конструкції вітчизняних мегомметрів для вимірювання різноманітні. Найбільшого застосування знайшли індукторні (з ручним приводом) типу М-110 на 500 В, МОМ-5 на 1000 В і МС-06 на 2500 В. в теперішній час знаходять широке застосування електронні мегомметри, наприклад ЕСО210.
2.6.3 Вимірювання tgд
Діелектричні втрати і ізоляції характеризуються кутом діелектричних втрат. Якщо звернутися до рис. 2.11, то визначається відношенням активної складової струму в діелектрикові до ємнісної складової:
де - активна складова струму через діелектрик; - реактивна складова через діелектрик.
Рисунок 2.11 - Векторна діаграма струмів через діелектрик з втратами
Вимірювання величини , а не величини самих діелектричних втрат:
має наступні переваги:
1) величина як характеристика матеріалу не залежить від розмірів об'єкта, але дозволяє знайти виникаючі в ізоляції дефекти, особливо, якщо вони розповсюджені по всьому об'єму;
2) величина може бути безпосередньо виміряна мостом змінного струму.
Метод контролю ізоляції шляхом вимірювання кута діелектричних втрат є самим ефективним і поширеним. Він дозволяє виявити наступні дефекти: зволоження, повітряні (газові) включення з процесами йонізації, неоднорідності й забруднення та ін.
Вимірювання ведеться при напрузі і частоті 50 Гц за допомогою високовольтних мостових схем (міст Шерінга). Оцінювання стану ізоляції за значенням передбачається нормативами майже для всіх видів ізоляції. В залежності від конструктивних особливостей об'єкта (заземлений один електрод чи ні) використовується нормальна чи перевернута схеми моста Шерінга.
За нормальною схемою зазвичай виконуються виміри в лабораторіях, а також вимірювання міжфазної ізоляції (кабель, трансформатор і т. п.).
Випускаються мости типу МДП, котрі дозволяють вимірювати при ємностях об'єктів від 40 до 20000 пФ.
При роботі з перевернутою схемою потрібно мати на увазі, що від вимірювальних віток і конденсатора (вимірюваний об'єкт) йдуть провідники, що перебувають під високою напругою.
Для вимірювань за перевернутою схемою застосовується малогабаритний переносний міст МД-16, котрий дозволяє вимірювати при ємностях об'єкта від 30 до 40000 пФ.
2.6.4 Методи виявлення часткових розрядів
1. Метод вимірювання електромагнітних хвиль, що випромінюються частковими розрядами (індикатори радіовипромінювання - ІРВ). ІРВ називають дефектоскопами.
Цей метод заснований на радіоприйомі електромагнітних випромінювань при ЧР в ізоляції. Він найчастіше використовується для виявлення дефектних ізоляторів на лініях електропередачі.
Недоліками цього методу є: погана перешкодостійкість (перешкоди створюються короною проводів і ін.); відсутність якісної оцінки.
2. Метод діелектричних втрат, заснований на визначенні точки перегину на кривій залежності тангенса діелектричних втрат від напруги на діелектрику (рис. 2.12), котра називається кривою йонізації. Злам на цій кривій співпадає з виникненням часткових розрядів в об'ємі ізоляції.
Рисунок 2.12 - Крива йонізації
До недоліків даного методу можна віднести не здатність зареєструвати зосереджені дефекти і місце їх знаходження. В теперішній час метод реєстрації точки перегину на кривій йонізації витісняється методами реєстрації високочастотних складових струму чи напруги часткових розрядів.
2.6.5 Методи реєстрації високочастотних складових часткових розрядів (індикатори часткових розрядів -ІЧР)
Бажаним є створення такої техніки для визначення часткових розрядів, котра дозволила б реєструвати самі слабкі часткові розряди і забезпечувала б кількісні зміни енергії, що розсіюється одиничними розрядами. Ця вимога зараз втілюється в індикаторах часткових розрядів, котрі безпосередньо вмикаються в коло розряду. Вони складаються з приймального контуру, підсилювача і вимірювального приладу. В основу покладено вимір розряду, який здається:
де - ємність ізоляції.
Вимірюються пульсації напруги , котрі через підсилювач подаються на пластини ЕО. По моменту виникнення пульсації на екрані осцилографа визначають напругу виникнення йонізації, а по амплітуді імпульсів і їх частоті - інтенсивність часткових розрядів. Існує декілька варіантів схеми.
а) схема з активним опором (рис. 2.13).
Рисунок 2.13 - Схема для виявлення часткових розрядів з допомогою активного опору: - захисний опір, - випробуваний об'єкт, - розділювальна ємність
Опір вмикається послідовно з вимірюваним об'єктом і падіння напруги на ньому реєструється індикатором часткових розрядів. За осцилографом судять про наявність часткових розрядів. Недоліком цього методу є мала перешкодостійкість.
На осцилографі можна побачити картину, що наведена на рис. 2.14.
Рисунок 2.14 - Вигляд осцилограм при різній інтенсивності часткових розрядів
б) Схема з індуктивністю і ємністю (рис 2.15).
Як було показано вище, при виникненні ЧР з'являються високочастотні коливання амплітудою . Індикатор часткових розрядів (ІЧР) підімкнений до об'єкта через розділювальну ємність , котра служить загороджувальним фільтром для струмів робочої частоти.
Подобные документы
Основи функціонування схем випрямлення та множення напруги. Особливості однофазних випрямлячів змінного струму високої напруги. Випробувальні трансформатори та методи випробування ізоляції напругою промислової частоти. Дефекти штирьових ізоляторів.
методичка [305,0 K], добавлен 19.01.2012Дослідження властивостей електричних розрядів в аерозольному середовищі. Експериментальні вимірювання радіусу краплин аерозолю, струму, напруги. Схема подачі напруги на розрядну камеру та вимірювання параметрів напруги та струму на розрядному проміжку.
курсовая работа [1,9 M], добавлен 26.08.2014Рівні ізоляції повітряних проміжків при змінній і постійній напругах, по поверхні твердої ізоляції. Вольт-секундні характеристики ізоляторів. Опір ізоляції та коефіцієнта абсорбції. Ізоляція кабелів високої напруги. Перенапруги в електричних установках.
лабораторная работа [653,1 K], добавлен 19.01.2012Розподільні пристрої (РУ) підвищених напруг електричних станцій. Вибір генераторів і блокових трансформаторів, розподіл генераторів між РУ. Варіанти схем РУ всіх напруг, провідників. Визначення втрат електроенергії від потоків відмов елементів схем.
курсовая работа [122,7 K], добавлен 16.12.2010Системи рівнянь для розрахунку струмів і напруг в простому і складному електричних колах. Умови використання методу обігу матриці і формул Крамера. Оцінка вірогідності значення струмів згідно закону Кіргхофа. Знаходження комплексного коефіцієнта передачі.
курсовая работа [255,3 K], добавлен 28.11.2010Розроблення конфігурацій електричних мереж. Розрахунок струмів та напруг на ділянках без урахування втрат та вибір проводів для схем. Особливість вибору трансформаторів. Визначення потужності та падіння напруги на ділянках мережі для схем А і Б.
курсовая работа [4,9 M], добавлен 17.12.2021Розрахунок перехідного процесу в усіх елементах при замиканні та розмиканні ключа класичним та операторним методами для заданого електричного ланцюга. Побудування узгоджених часових діаграм струмів, напруг в елементах. Тривалість перехідного процесу.
курсовая работа [404,2 K], добавлен 27.03.2012Ознайомлення з пакетом схемотехнічного моделювання Simulink. Особливості складання схем, використання основних вимірювальних приладів. Складання однофазного простого електричного кола. Вимірювання миттєвого, діючого значеня струмів та напруг на елементах.
лабораторная работа [1,8 M], добавлен 29.03.2015Несправності блоків живлення, методи їх усунення. Вимір напруг всередині блоку. Перевірка резисторів, діодів. Електромеханічні вимірювальні перетворювачі. Вимірювальні трансформатори струму та напруги, їх класифікація та метрологічні характеристики.
курсовая работа [3,2 M], добавлен 27.07.2015Основнi поняття перехiдних процесів в лiнiйних електричних колах. Закони комутацiї i початковi умови. Класичний метод аналiзу перехiдних процесiв. Вимушений i вiльний режими. Перехідні процеси в колах RL і RC. Увiмкнення джерел напруги до кола RC.
реферат [169,2 K], добавлен 13.03.2011
