ESVT_IETOp (1)

ЭСВТ ЭЛТИ

Рис.2-4. Схема преломления вектора напряженности

теристик шарового промежутка S=1 см и стержневого промежутка

S=30 см.

Пример 2-14. Изоляция трансформатора Uн=110 кВ допускает воздействие импульсного напряжения U=425 кВ при полной волне

и

U=485 кВ приt p =2 мкс. Подберите стержневой промежуток,

защищающий трансформатор, и укажите, как необходимо ограничить амплитуду воздействующей волны.

Пример 2-15. Для изоляционного и защитного воздушных промежутков сняты характеристики Рр(U) при коммутационных импульсах. Для изоляционного промежутка значение U50%=820 кВ,

γи=9%; для защитного промежутка U50%=570 кВ, γз=5%. Приближенно построить кривые Рр(U) для обоих промежутков и оценить, будет ли эффективна защита изоляционного промежутка. Пример 2-16. Для изоляционного и защитного воздушных промежутков сняты характеристики Рр(U) при грозовых импульсах. Для изоляционного промежутка значение Uпр=700 кВ, γи=12%; для защитного промежутка Uпр=400 кВ, γз=8%. Приближенно построить кривые Рр(U) для обоих промежутков и оценить будет ли эффективна защита изоляционного промежутка. Пример 2-17. Воздушный промежуток имеет среднее пробивное напряжение 570 кВ, среднеквадратичное отклонение 38 кВ. Используя “правило 3σ“, определить, какие значения пробивных

ЭСВТ ЭЛТИ

напряжений промежутка нельзя учитывать при статистической обработке. Определить коэффициент вариации.

Пример 2-18. Будет ли пробит воздушный промежуток “шарплоскость” при напряжении 60 кВ, если шар имеет радиус 3 см, а расстояние от центра шара до плоскости равно 7 см?

Пример 2-19. Будет ли пробит воздушный промежуток между двумя перекрещивающимися цилиндрами радиусом 2 см при напряжении 120 кВ, если расстояние между цилиндрами 3 см? Пример 2-20. Пробьется ли воздушный промежуток “цилиндрплоскость” при следующих условиях: U=90 кВ; r =0,5 см; К =0,9; расстояние между электродами 2 см.

Пример 2-21. Определить напряжение появления скользящих разрядов плоской электродной системы (ЕN>Eτ) c фарфоровой пластинкой (ε =6,0) толщиной 0,5 см.

Пример 2-22. Определить пробивное напряжение воздушного сферического конденсатора с радиусами 2 и 4 см.

Пример 2-23. Определить пробивное напряжение воздуха между коаксиальными цилиндрами с радиусами 1 и 10 см при относительной плотности воздуха 0,87.

Пример 2-24. ЛЭП-35 на деревянных опорах проложена в лесотундровой зоне. Определить количество изоляторов типа ПС6- А в поддерживающих и натяжных гирляндах.

Пример 2-25. Выбрать тип и количество изоляторов в поддерживающих и натяжных гирляндах ЛЭП-110 на металлических опорах, проходящей вблизи морского побережья по солончаковопустынной территории.

Пример 2-26. Определить количество изоляторов типа ПСГ12-А в поддерживающих и натяжных гирляндах ЛЭП-220 на железобетонных опорах, проходящей вблизи азотно-тукового завода производительностью Р=4 106 т/год, расположенного в солончаково-пустынной местности.

Пример 2-27. ЛЭП-500 на металлических опорах оснащена изоляторами типа ПС12-А. Определить их количество в поддерживающих и натяжных гирляндах, если район, по которому проходит ЛЭП, отнесен к третьей степени загрязнения атмосферы. Пример 2-28. Определить расчетное количество изоляторов типа ПФГ6-1 в поддерживающих и натяжных гирляндах ЛЭП-110 на деревянных опорах. ЛЭП проложена в местности с 4-той степенью загрязненности атмосферы.

ЭСВТ ЭЛТИ

Пример 2-29. ЛЭП-330 на металлических опорах проложена вблизи мощных предприятий металлургической и химической промышленности, район которых отнесен к 5-той степени загрязненности атмосферы. Определить количество изоляторов типа ПСГ6-А в поддерживающих и натяжных гирляндах.

Пример 2-30. Обосновать выбор типа и количества изоляторов в поддерживающих и натяжных гирляндах ЛЭП-20 на железобетонных опорах, проложенной в местности, отнесенной к 5- той степени загрязненности атмосферы.

Пример 2-31. Определить расчетное количество изоляторов типа ПС6-1 в поддерживающих и натяжных гирляндах ЛЭП-110 на металлических опорах, проходящей в непосредственной близости

от мощного сернокислотного завода производительностью

Р=3 106 т/год.

Пример 2-32.Решить пример 2-30 для случая, когда ЛЭП оснащена изоляторами типа ПФ6-1, а опора металлическая.

Пример 2-33. Решить пример 2-31 для случая, когда ЛЭП-500 на железобетонных опорах проложена в местности с 7-ой степенью загрязненности атмосферы.

Пример 2-34. Влагоразрядное напряжение изолятора типа ПФГ6-А, определенного при экспериментах, равно 32 кВ, а критическое значение тока утечки при перекрытии 0,157А. Определить сопротивление поверхностного слоя загрязнения и среднее значение напряженности по длине пути утечки и по строительной высоте.

Пример 2-35. Влагоразрядное напряжение изолятора типа ПФГ5-А равно 21 кВ, сопротивление поверхностного слоя загрязнения 5 104 Ом. Определить удельные разрядные характеристики изолятора, проводимость слоя загрязнения и критический ток утечки при перекрытии изолятора.

Пример 2-36. Средняя влагоразрядная напряженность по длине пути утечки изолятора типа ПФГ6-1 равна 1,12 кВ/см, сопротивление слоя загрязнения 12 104 Ом. Определить влагоразрядное напряжение и влагоразрядную напряженность по строительной высоте изолятора, проводимость слоя загрязнения и критический ток при перекрытии.

Пример 2-37. Влагоразрядное напряжение изолятора типа ПФ6-Г равно 18 кВ, сопротивление поверхностного слоя загрязнения

ЭСВТ ЭЛТИ

6 103 Ом. Определить удельные разрядные характеристики изолятора и критический ток при перекрытии.

Пример 3-38. Сухоразрядное напряжение изолятора типа ОНС-110 равно 120 кВ. Изолятор предназначен для работы в условиях сильных загрязнений. Определить количество и параметры ребер изолятора.

Пример 2-39. Высота фарфоровой покрышки равна 2,5 м. Она предназначена для работы в условиях слабых загрязнений. Определить количество и параметры ребер покрышки.

Пример 2-40. Рассчитать и построить вольт-секундную характеристику стержневого промежутка при воздействии стандартной положительной волны в диапазоне разрядных времен

0,1; 0,5; 1,0; 3,0 мкс, если расстояние между электродами 150 см.

Пример 2-41. На основе расчетных данных построить вольт-секунд- ную характеристику стержневого промежутка при воздействии стандартной положительной волны в диапазоне разрядных времен 1; 2; 3; 4 мкс, если расстояние между электродами 300 см.

Пример 2-42. Определить длину скользящих разрядов по поверхности проходного изолятора на импульсах положительной полярности с амплитудой 100 кВ и длительности фронта 1,2 мкс,

если удельная поверхностная емкость изолятора равна 2 10-12 Ф/см2.

Пример 2-43. Определить длину скользящих разрядов по поверхности проходного изолятора на импульсах отрицательной полярности с амплитудой 220 кВ и длительностью фронта 1,5 мкс,

если удельная поверхностная емкость изолятора равна 6,7 10-12 Ф/см2.

Пример 2-44. Коаксиальный кабель заполнен элегазом. Выбрать оптимальную форму центрирующего изолятора (рис.2-1) из предлагаемой керамики с диэлектрической проницаемостью равной

12.

Пример 2-45. Коаксиальный кабель заполнен воздухом. Выбрать оптимальную форму центрирующего изолятора из фторопласта, а также наивыгоднейший диаметр внутреннего электрода, если наружный электрод имеет диаметр 12 см.

Пример 2-46. Определить сухоразрядное расстояние изолятора типа ОНШ-35.

Пример 2-47. Определить сухоразрядное расстояние изолятора типа

ЭСВТ ЭЛТИ

ОНС-150.

Пример 2-48. Определить сухоразрядное расстояние опорного изолятора стержневого типа, предназначенного для работы внутри помещения при напряжении 110 кВ.

Пример 2-49. На основе экспериментальных данных по пробою воздушного промежутка (90-100 пробоев) необходимо:

- построить численный ряд пробивных напряжений Uпрi в

порядке возрастания; - найти среднее значение пробивного напряжения проме-

−

жутка U пр;

-найти среднеквадратичное отклонение σ;

-с использованием «правила 3σ» найти «промахи»;

-определить коэффициент вариации γ;

-разбить весь численный ряд на оси напряжений на n

диапазонов и определить шаг диапазона U;

- определить число пробоев в каждом диапазоне nK;

-найти вероятность пробоя РК в каждом диапазоне;

-построить гистограмму плотности вероятности пробоя

Рк=f(U);

-построить дифференциальную кривую распределения плотности вероятности пробоя РК=f(U);

-построить интегральную кривую вероятности пробоя

Рк=f(U);

−

- сравнить U пр (расчетное значение) и Uпр50% (из графика) и определить погрешность;

−

- на графике обозначить границы интервала U пр +3σ. Пример 2-50. По расчетным данным построить вольт-секундную характеристику воздушного промежутка с равномерным электрическим полем при разрядных временах 1,0; 0,8; 0,5; и 0,2 мкс, если минимальное разрядное напряжение промежутка равно

100 кВ, а параметр Т=0,4÷0,6.

Пример 2-51. По расчетным данным построить вольт-секундную характеристику воздушного промежутка с равномерным электрическим полем при разрядных временах 1,0; 0,8; 0,5 и 0,1 мкс, если минимальное разрядное напряжение промежутка равно

100 кВ, а параметр Т=0,4÷0,6.

ЭСВТ ЭЛТИ

Пример 2-52. Определить пробивное напряжение промежутка «шар-шар» с элегазовой изоляцией, если диаметр шаров равен 12,5 см, а расстояние между ними 2 см.

Пример 2-53. Напряжение перекрытия изолятора при влажности воздуха 16 г/м3 равно 185 кВ. Определить напряжение перекрытия изолятора при нормальной влажности.

Пример 2-54. Определить напряжение перекрытия изолятора при давлении воздуха 730 мм рт.ст. и температуре 12°С на переменном и импульсном напряжениях, если известно, что при нормальных атмосферных условиях разрядные напряжения, соответственно, равны 70 и 98 кВ. Рассчитать коэффициент импульсной прочности изолятора.

Пример 2-55. Опорный изолятор при нормальной влажности имеет напряжение перекрытия равное 182 кВ. Определить напряжение перекрытия при влажности воздуха 21 г/м3.

Пример 2-56. При давлении воздуха 640 мм рт.ст. и температуре 18°С опорный изолятор имеет напряжение перекрытия при переменном напряжении равное 218 кВ. Определить напряжение перекрытия изолятора при нормальных условиях.

Пример 2-57. При давлении воздуха 782 мм рт.ст. и температуре 30°С напряжение перекрытия стержневого опорного изолятора на импульсном напряжении равно 283 кВ. Чему равно напряжение перекрытия изолятора при нормальных условиях?

Пример 2-58. Определить пробивное напряжение воздушного стержневого промежутка при давлении 751 мм рт.ст., температуре 16°С и влажности 20 г/м3, если при нормальных условиях пробивное напряжение воздуха равно 172 кВ.

Пример 2-59. Определить пробивное напряжение стержневого воздушного промежутка при давлении 731 мм рт.ст., температуре 24°С и влажности 14 г/м3, если при нормальных условиях пробивное напряжение воздуха равно 100 кВмах.

Пример 2-60. Сравнить расчетные и экспериментальные данные (см. табл. П-8) по пробою воздушного промежутка «стерженьплоскость заземленная» при расстояниях 2 и 6 м на переменном напряжении 50 Гц и оценить погрешности.

Пример 2-61. Рассчитать и построить графические зависимости пробивных напряжений воздуха на переменном напряжении от расстояния между электродами для промежутков «остриеплоскость заземленная» (при 1 ≤ S ≤9 м) и «острие-острие

ЭСВТ ЭЛТИ

заземленное» (при 1< S ≤ 4,5 м). Объяснить ход полученных зависимостей.

Пример 2-62. Проходной цилиндрический ввод с бакелитовой изоляцией, имеющей относительную диэлектрическую проницаемость, равную 4,5, испытывается переменным напряжением. Диаметр токоведущего стержня 3 см, наружный диаметр ввода 8 см. Определить напряжение, при котором возникнут скользящие разряды по поверхности изоляции.

Ответ. 76 кВ.

Пример 2-63. Проходной цилиндрический изолятор имеет наружный радиус бакелитовой втулки 0,9 см, а радиус токоведущего стержня 0,3 см. Определить напряжение скользящих разрядов по поверхности изолятора, если относительная диэлектрическая проницаемость бакелита равна 4.

Ответ. 41 кВ.

Пример 2-64. Конденсаторный ввод имеет десять слоев бакелитовой изоляции толщиной 3 мм со станиолевыми обкладками между слоями. Определить напряжение возникновения скользящих разрядов вдоль ввода, если относительная диэлектрическая проницаемость изоляции 4,5, а напряжение между слоями распределяется поровну.

Ответ. 230 кВ.

Пример 2-65. Цилиндрический проходной изолятор имеет три слоя изоляции: бакелитовую, масляную и фарфоровую. Электрические

емкости отдельных слоев равны соответственно: 30 10-14 Ф/см2; 20 10-14 Ф/см2 и 10-13 Ф/см2. Определить, при каком напряжении

между фланцем и токоведущим стержнем появятся скользящие разряды по поверхности.

Ответ. 124,7 кВ.

Пример 2-66. Конденсаторный ввод имеет двенадцать слоев бумаж- но-масляной изоляции толщиной 0,22 см со станиолевыми обкладками между слоями. Определить напряжение возникновения скользящих разрядов вдоль ввода, если относительная диэлектрическая проницаемость изоляции равна 3,7, а напряжение между слоями распределяется равномерно.

3. РАСЧЕТ МАСЛЯНОЙ И КОМБИНИРОВАННОЙ ИЗОЛЯЦИИ

ЭСВТ ЭЛТИ

3.1. Общие сведения П р о б о й ж и д к и х д и э л е к т р и к о в. В

электрических аппаратах и конструкциях широко используются минеральные (природные), растительные и синтетические жидкие диэлектрики.

На электрическую прочность жидких диэлектриков большое влияние оказывают примеси в виде влаги, газообразных включений и твердых частиц. Из твердых примесей наибольшую опасность представляют увлажненные органические волокна, способные образовывать «мостики» (перемычки) между электродами и облегчать пробой изоляционных жидкостей. Газообразные включения образуют «газовые дорожки», по которым происходит пробой жидкости.

Влага, находящаяся в жидком диэлектрике в виде взвешенных капелек (эмульсии), оказывает наибольшее влияние на снижение электрической прочности. Под действием электрического поля капельки влаги вытягиваются, приобретая форму эллипсоидов. При достаточно высокой напряженности поля эллипсоиды сливаются, образуя «водяной канал», по которому происходит разряд.

В молекулярно-растворенном состоянии влага оказывает меньшее влияние на Uпр жидких диэлектриков. Избыточная влага, выпадающая на дно в осадок (отстой), практически не влияет на дальнейшее снижение прочности, но с возрастанием температуры она снова может перейти в эмульсию.

Описанные выше схемы пробоя диэлектриков требуют времени, поэтому Uпр зависит от длительности приложенного напряжения. С уменьшением экспозиции напряжения влияние примесей уменьшается и прочность трансформаторного масла растет.

Величина разрядного напряжения трансформаторного масла зависит от расстояния между электродами, степени неоднородности поля, длительности и полярности импульса, степени очистки. В резконеоднородном поле в трансформаторном масле так же, как и в воздухе, наблюдается «эффект полярности». Чем более однородно поле, тем выше электрическая прочность жидких диэлектриков.

Приближенные значения разрядных напряжений для трансформаторного масла при одноминутном воздействии

ЭСВТ ЭЛТИ

переменного напряжения можно определить из эмпирических формул. Для промежутка «стержень-стержень» Uпр=39,4S0,6 кВ

(при S=20÷50 см).

Для промежутка «стержень-плоскость» Uпр=18,7S0,75 кВ (при

S=3÷20 см) и Uпр=26,6S0,64 кВ (при S=30÷80 см).

При расстоянии S>80 см между электродами «стерженьплоскость»

Uпр=Uпр80+1,5S , кВ	(3-1)
Минимальное пробивное напряжение	при положительной

полярности острия на импульсах стандартной формы можно

определить из формулы (при S=10-200 cм)
Uпр=56S0,64 , кВмах	(3-2)

При пробое трансформаторного масла на импульсах обеих полярностей с крутизной фронта 1500-1700 кВ/мкс пробивное напряжение в системе коаксиальных электродов имеет максимальное значение при D/d=3,5-4,0.

Максимальная напряженность поля при пробое масла зависит от размеров коаксиальной системы в соответствии с выражением

	EMAX0,82 =	1			кВмах / мм,	(3-3)
		A + B lq( l r2 lq	R	)
			r

где l-длина электродов, мм;

R и r- наружный и внутренний радиусы электродов, мм;

А= -0,0161; В=0,0147.

Выражение (3-3) может быть использовано для оценки электрической прочности масляной изоляции коаксиальных систем, используемых в импульсной технике, при l =1-2 м и R-20-100 мм.

Увеличение скорости протекания трансформаторного масла в коаксиальной системе электродов до 3 м/с приводит к снижению Uпр на 40% по сравнению с Uпр при неподвижном состоянии.

На импульсном напряжении Uпр движущегося масла с ростом скорости до1 м/с увеличивается на 15-20%. Дальнейшее увеличение скорости течения не приводит к изменению Uпр масла.

Скорость течения воды не оказывает влияния на Uпр при импульсном напряжении вплоть до V=3 м/с.

П е р е к р ы т и е т в е р д ы х д и э л е к т р и к о в в и з о л я- ц и о н н ы х ж и д к о с т я х. Перекрытие твердой изоляции в жидкостях, в отличие от перекрытия в воздухе, сопровождается более тяжелыми нарушениями свойств внутренней изоляции,

ЭСВТ ЭЛТИ

имеющей, как правило, органическое происхождение. Поэтому при разработке таких устройств необходимо использовать все меры для увеличения разрядного напряжения по поверхности раздела твердых и жидких диэлектриков и исключить возможность его возникновения при испытательных напряжениях.

Перекрытие в масле подчиняется тем же законам, что и в воздухе, но разрядное напряжение, при прочих равных условиях, имеет большую величину.

Приближенно можно считать, что при Еτ> EN напряжение перекрытия по электрокартону, бумаге и лакоткани составляет (0,65÷0,70) Uпр масляного промежутка.

Напряжение перекрытия твердых диэлектриков в масле (при ЕN>>Eτ) ориентировочно можно определить по формуле.

Uпер=Еτ S+Uск , кВ (3-4)

где Uск=a d+b; Eτ=6-9 кВ/см; S-расстояние между электродами от 0 до 15 см; d-толщина твердого диэлектрика, см; а и b- коэффициенты, зависящие от характеристик твердого диэлектрика.

На импульсах напряжение перекрытия на 30-40 % выше разрядного напряжения при f =50 Гц.

Зависимость напряжения появления скользящих разрядов в трансформаторном масле для цилиндрических образцов в интервале толщин диэлектрика dЭ (эквивалентная толщина изоляции) от1,5 до 40 мм может быть определена из выражения

Uск = А dЭ , кВ

(3-5)

где dЭ=R lnR/r, мм.

Коэффициент А учитывает влияние материала и при изменении εV от 3,5 до 50 уменьшается от 15,0 до 4,5.

Исследованиями по перекрытию твердых диэлектриков в поле коаксиальных цилиндров на импульсах ( а 2000 кВ/мкс) в жидких средах (трансформаторное масло, вода) установлено, что Uпер имеет максимальное значение при D/d=2,8÷3,5.

Напряжение перекрытия центрирующего изолятора при D/d e (D=38-100 мм) можно найти из формулы

	d ln	D
UперИ = Емах		d		K , кВ	(3- 6)
2

где К- коэффициент, учитывающий влияние материала центрирующего изолятора (Кε), его формы (К ) и времени