ESVT_IETOp (1)

ЭСВТ ЭЛТИ

Пример 3-4. На основе расчетных данных построить графическую зависимость пробивных напряжений трансформаторного масла от расстояния между электродами при одноминутном воздействии переменного напряжения для промежутка «стержень-стержень». Расстояния между электродами принять равными 20; 30; 40 и 50 см. Пример 3-5. Рассчитать и построить графическую зависимость пробивных напряжений трансформаторного масла от расстояния между электродами при одноминутном воздействии переменного нап-ряжения для промежутка «стержень-плоскость». Расстояния между электродами принять равными 5; 10; 15; 20 см.

Пример 3-6. Рассчитать и построить графическую зависимость пробивных напряжений трансформаторного масла от расстояния между электродами для промежутка «стержень-плоскость». Расстояния между электродами принять равными 80; 110; 140; 170 см.

Пример 3-7. На основе расчетных данных построить графическую зависимость пробивных напряжений трансформаторного масла от расстояния между электродами при одноминутном воздействии переменного напряжения для промежутка «стержень-плоскость». Расстояния между электродами принять равными 50; 100; 150; 200 см. Пример 3-8. Рассчитать и построить графическую зависимость пробивных напряжений трансформаторного масла от расстояния между электродами (S= 50; 100; 150; 200 см) на импульсах положительной полярности для промежутка «стержень-плоскость».

Определить коэффициент импульсной прочности промежутка. Пример 3-9. На основе расчетных данных построить графическую зависимость максимальной напряженности поля при пробое трансформаторного масла на импульсах положительной полярности от размеров коаксиальной системы в координатах

1	= f	lg( l r2	lg	R	)	для двух коаксиальных систем (D = 40;
0,82
				r
Emax

60 мм; l = 1м). Расчеты представить в виде таблиц для 5-6 значений внутреннего радиуса.

Пример 3-10. Рассчитать и построить графическую зависимость максимальной напряженности поля при пробое трансформаторного масла на импульсах положительной полярности от размеров

ЭСВТ ЭЛТИ

	1	= f	lg( l r2	lg	R	)
коаксиальной системы в координатах 0,82
					r
	Emax

для

двух коаксиальных систем ( D = 80; 100 мм; l = 2 м). Расчеты представить в виде таблиц для 5-6 значений внутреннего радиуса. Пример 3-11. Рассчитать и построить графическую зависимость максимальной напряженности поля при пробое трансформаторного масла на импульсах положительной полярности от размеров

	1	= f	lg( l r2	lg	R	)
коаксиальной системы в координатах 0,82
					r
	Emax

для

двух коаксиальных систем ( D = 100; 200 мм; l = 1 м). Расчеты представить в виде таблиц для 5-6 значений внутреннего радиуса. Пример 3-12. Определить напряжения появления скользящих разрядов в трансформаторном масле для цилиндрических образцов при следующих условиях: R= 50 мм; r = 20 мм; ε = 3,5; 5,0; 10,0; 15.

Пример 3-13. Определить напряжения появления скользящих разрядов в трансформаторном масле для цилиндрических образцов при следующих условиях: R = 100 мм; r = 35 мм; ε = 10; 15; 20; 50. Пример 3-14. Определить напряжения появления скользящих разрядов в трансформаторном масле для цилиндрических образцов при следующих условиях: R =80 мм; r = 30 мм; ε = 3,5; 5,0; 15,0; 30.

Пример 3-15. Выбрать оптимальную форму и материал центрирующего изолятора для коаксиальной системы (рис.2-1), заполненной

трансформаторным маслом ( εm = 2,2 ). Материал изолятора - полиэтилен ( εv = 2,2 ) и керамика ( εv = 20,0 ). Условно считать, что предложенные изоляционные материалы имеют одинаковую электрическую прочность.

Пример 3-16. Выбрать оптимальную форму и материал центрирующего изолятора для коаксиальной системы (рис.2-1), заполненной

дистиллированной водой ( εm = 80 ). Материал изолятора - полиэтилен ( εv = 2,2 ) и керамика ( εv = 20,0 ). Условно считать, что предложенные изоляционные материалы имеют одинаковую электрическую прочность.

Пример 3-17. Две формирующие коаксиальные линии заполнен трансформаторным маслом и водой, соответственно. Имеются рав-

ЭСВТ ЭЛТИ ные по электрической прочности изоляционные материалы с

диэлектрической проницаемостью εv = 2,2 ; 3,5; 20,0; 35,0. Определить оптимальную форму центрирующего изолятора из каждого предложенного материала для каждой из сред.

Пример 3-18. Рассчитать напряжение перекрытия центрирующего изолятора типа «желоб» из полиэтилена для коаксиальной формирующей линии, заполненной трансформаторным маслом. Длительность импульса положительной полярности t = 0,3 мкс, диаметры электродов 56 и 20 мм.

Пример 3-19. Определить напряжение перекрытия центрирующего изолятора типа «конус» из полиметилметакрилата для коаксиальной формирующей линии, заполненной трансформаторным маслом, при длительности импульса положительной полярности 1 мкс. Диаметры электродов 80 и 30 мм.

Пример 3-20. Определить напряжение перекрытия центрирующего изолятора типа «ступенька» из полиэтилена для коаксиальной линии, заполненной трансформаторным маслом, при длительности импульса отрицательной полярности 5 мкс Диаметры электродов

100 и 40 мм..

Пример 3-21. Рассчитать напряжение перекрытия центрирующего изолятора типа «желоб» из оргстекла для коаксиальной линии, заполненной трансформаторным маслом, при длительности импульса отрицательной полярности равной 0,7 мкс. Диаметры электродов 38 и 15 мм.

Пример 3-22. Рассчитать напряжение перекрытия центрирующего изолятора типа «конус» из полиэтилена для бурового снаряда, заполненного соляровым маслом (ε = 2,2-2,3) на импульсах положительной полярности (а = 2000 кВ/мкс). Межэлектродное расстояние

δ = 32 мм (D/d = e).

Пример 3-23. Определить напряжение перекрытия центрирующего изолятора типа «шайба» из текстолита для коаксиальной системы, заполненной трансформаторным маслом на импульсах положительной полярности (а = 2000 кВ/мкс). Межэлектродное расстояние

45 мм (D/d = e).

Пример 3-24. Определить напряжение перекрытия центрирующего

ЭСВТ ЭЛТИ

изолятора типа «конус» из полиэтилена для бурового снаряда, заполненного водой с удельным объемным сопротивлением равным 2 105 Ом см на импульсах положительной полярности (а = 2000 кВ/мкс). Диаметр наружного электрода равен 80 мм

(D/d = e).

Пример 3-25. Рассчитать напряжение перекрытия центрирующего изолятора типа «желоб» из полиметилметакрилата для коаксиальной системы, заполненной водой с удельным объемным сопротив-лением равным 5 104 Ом см на импульсах отрицательной полярности (а = 2000 кВ/мкс). Межэлектродное расстояние равно

32 мм

(D/d = e).

Пример 3-26. Рассчитать напряжение перекрытия центрирующего изолятора типа «конус» из полиметилметакрилата для формирующей линии, заполненной водой с удельным объемным сопротивлением равным 6 103 Ом см на импульсах отрицательной полярности (а = 2000 кВ/мкс). Межэлектродное расстояние равно 22 мм

(D/d = e).

Пример 3-27. Определить напряжение перекрытия центрирующего изолятора типа «ступенька» из полиэтилена для бурового снаряда, заполненного водой с удельным объемным сопротивлением равным 7 104 Ом см на импульсах положительной полярности (а = 2000 кВ/мкс). Диаметр наружного электрода равен 40 мм

(D/d = e).

Пример 3-28. Рассчитать напряжение перекрытия центрирующего изолятора типа «ступенька» из полиэтилена для формирующей линии, заполненной водой с удельным объемным сопротивлением равным 2 105 Ом см на импульсах отрицательной полярности (а = 2000 кВ/мкс). Межэлектродное расстояние равно 32 мм

(D/d = e).

Пример 3-29. Рассчитать напряжение перекрытия центрирующего изолятора типа «желоб» из полиэтилена для коаксиальной системы, заполненной водой с удельным объемным сопротивлением равным 2 104 Ом см на импульсах положительной полярности (а = 2000 кВ/мкс). Диаметр наружного электрода равен 80 мм

(D/d = e).

Пример 3-30. Найти наивыгоднейшее расположение слоев изоляции в коаксиальной двухслойной системе и определить ее работоспособность при напряжении 250 кВ, если радиусы

ЭСВТ ЭЛТИ

электродов рав-ны 4 и 12 см, а радиус раздела слоев изоляции равен 6 см. Диэлектрические проницаемости слоев равны 5 и 3, а их пробивные напря-

женности 28 и 55 кВ/см, соответственно.

Пример 3-31. Максимальное рабочее (линейное) напряжение изоляции 220 кВ равно 253 кВ, а испытательное одноминутное 325 кВ. Каких значений могут достигать напряжения начальных и критических частичных разрядов для бумажно-масляной изоляции?

Пример 3-32. Цилиндрический двухслойный конденсатор имеет радиус внутреннего электрода 2,8 см, а наружного - 9,2 см. Относительная диэлектрическая проницаемость внутреннего слоя изоляции равна 5, наружного - 3. Определить необходимые толщины слоев изоляции с учетом равенства максимальных напряженностей электрических полей в слоях. Определить максимальные и минима-льные напряженности в слоях, если к конденсатору приложено напряжение 260 кВ. Построить эпюру напряженностей поля в слоях конденсатора.

Пример 3-33. Определить пробивное напряжение проходного цилиндрического изолятора, работающего при напряжении 150 кВ. Изолятор имеет три слоя изоляции: бакелизированная бумага (ε1 = 4,3), масло (ε2 = 2,5) и фарфор (ε3 = 5,5) с пробивными напряженностями электрического поля 90 кВ/см; 60 кВ/см и 65 кВ/см, соответственно. Токоведущий стержень имеет радиус 3 см, а внешние радиусы слоев изоляции соответственно равны

4 см; 14 см и 16 см. Построить эпюру напряженностей поля в слоях изолятора.

Пример 3-34. Найти наивыгоднейшее расположение слоев изоляции в коаксиальной двухслойной системе и определить ее работоспособность при напряжении 200 кВ, если радиусы электродов рав-ны 3 и 10 см, а радиус раздела слоев изоляции равен 5 см. Диэлектрические проницаемости слоев равны 3 и 10, а их пробивные нап-

ряженности 50 и 25 кВ/см, соответственно.

Пример 3-35. Канал маслобарьерного ввода находится под напряжением 160 кВ. Радиус внутренней обкладки равен 10 см. Обкладка покрыта слоем бумажной изоляции (рис. 3-4) толщиной 0,5 см.

ЭСВТ ЭЛТИ

Слой масла имеет толщину 3 см. Барьер из гетинакса имеет толщину стенки 0,4 см. Диэлектрические проницаемости слоев изоляции соответственно равны 3,4; 2,3 и 5,0. Определить работоспособность изоляционного канала, если электрические прочности слоев изоляции соответственно равны 120 кВ/см; 60 кВ/см и 80 кВ/см. Построить эпюру напряженностей поля в слоях изоляции канала маслобарьерного ввода.

Пример 3-36 Максимальное рабочее (линейное) напряжение изоляции 110 кВ равно 126 кВ, а испытательное одноминутное равно 200 кВ. Каких значений могут достигать напряжения начальных и критических частичных разрядов для бумажно-масляной изоляции? Пример 3-37. Построить эпюры напряженностей электрического поля в слоях маслобарьерного ввода и провести анализ регулирования поля в радиальном и аксиальном направлениях с помощью конденсаторных обкладок по методу постоянства максимальных градиентов в радиальном направлении

( r = const; Er max = const ; l = var; El = var ).

Пример 3-38. Построить эпюры напряженностей электрического поля в слоях маслобарьерного ввода и провести анализ регулирования поля в радиальном и аксиальном направлениях по методу регулирования поля в аксиальном направлении

( r = var; Er max = var;; l =const; El = const ).

Пример 3-39. Определить размеры токоведущего стержня конденсаторного ввода с бумажно-масляной изоляцией Uн = 35 кВ при токовой нагрузке 2000 А.

Пример 3-40. Рассчитать радиус токоведущего стержня конденсаторного ввода Uн = 110 кВ с бумажно-масляной изоляцией при токовой нагрузке 2500 А.

Пример 3-41. Выбрать размеры токоведущего стержня конденсаторного ввода Uн = 220 кВ с бумажно-масляной изоляцией при токовой нагрузке 1500 А.

Пример 3-42. Выбрать размеры токоведущего стержня конденсаторного ввода Uн = 330 кВ с бумажно-масляной изоляцией при токовой нагрузке 2000 А.

Пример 3-43. Определить размеры токоведущего стержня конденсаторного ввода Uн = 500 кВ с бумажно-масляной изоляцией при токовой нагрузке 1500 А.

ЭСВТ ЭЛТИ

Пример 3-44. Определить размеры токоведущего стержня конденсаторного ввода Uн = 750 кВ с бумажно-масляной изоляцией при токовой нагрузке 2800 А.

Пример 3-45. Определить диэлектрическую. проницаемость конденсаторной бумаги, выбранной для косинусного конденсатора, если для пропитки выбран совол.

Пример 3-46. Определить диэлектрическую. проницаемость конденсаторной бумаги, выбранной для импульсного конденсатора, если для пропитки выбрано касторовое масло.

Пример 3-47. При разработке конденсатора выбрана бумажно-пле- ночная изоляция, состоящая из двух слоев полипропиленовой пленки и одного слоя конденсаторной бумаги толщиной по 8 мкм каждый. В качестве пропитки выбран трихлордифенил. Конденсатор предназначен для работы на импульсном напряжении. Определить диэлектрическую проницаемость и tg δ комбинированной изоляции.

Пример 3-48. При разработке косинусного конденсатора выбрана комбинированная изоляция, состоящая из трех слоев лавсановой пленки толщиной по 10 мкм и двух слоев конденсаторной бумаги толщиной по 8 мкм. В качестве пропитки выбран фторированный эфир. Определить диэлектрическую проницаемость и tg δ бумажнопленочной изоляции.

Пример 3-49. Решить пример 3-47 при условии, что конденсатор предназначен для работы на переменном напряжении, а для пропитки выбрано конденсаторное масло.

Пример 3-50. Решить пример 3-48 при условии, что конденсатор предназначен для работы на импульсном напряжении, а в качестве пропитки выбрано касторовое масло.

Пример 3-51. При разработке косинусного конденсатора выбрана бумажно-пленочная изоляция, состоящая из трех слоев лавсановой пленки толщиной по 8 мкм и двух слоев конденсаторной бумаги толщиной по 5 мкм. В качестве пропитки выбран нитросовол. Определить диэлектрическую проницаемость и tg δ бумажнопленочной изоляции.

Пример 3-52. Решить пример 3-51 при условии, что конденсатор предназначен для работы на импульсном напряжении, а в качестве пропитки выбран дибутилфталат.

Пример 3-53. Импульсный конденсатор с бумажно-масляной изоляцией имеет емкость 0,25 мкФ и предназначен для работы при

ЭСВТ ЭЛТИ

напряжении 100 кВ. Рассчитать необходимое количество секций и емкость отдельной секции. Импульс-стандартный, n = 106 импульсов.

Пример 3-54.Импульсный конденсатор с бумажно-пленочной изоляцией на основе лавсановой пленки, пропитанной трихлодифенилом, имеет емкость 0,1 мкФ и предназначен для работы при напря-жении 200 кВ. Рассчитать необходимое количество секций и ем-кость отдельной секции. Импульс - стандартный, n = 104 импульсов.

Пример 3-55. Импульсный конденсатор с бумажной изоляцией, пропитанной касторовым маслом, имеет емкость 0,2 мкФ и предназначен для работы при напряжении 150 кВ. Рассчитать необходимое количество секций и емкость отдельной секции. Импульс

	имеет колебательную форму (	U1	обр	= 0,8 ), n = 103	импульсов.
		Um

Пример 3-56. Бумажно-пленочный конденсатор имеет реактивную мощность 75 квар при рабочем напряжении промышленной частоты 15 кВ. Изоляция пропитана трихлордифенилом. Определить емкость конденсатора С, общее количество секций и емкость отдельной секции.

Пример 3-57. Косинусный конденсатор с бумажной изоляцией, пропитанной нитросоволом, имеет реактивную мощность 60 квар при рабочем напряжении промышленной частоты 20 кВ. Определить емкость конденсатора С, общее количество секций и емкость отдельной секции.

Пример 3-58. Косинусный конденсатор с бумажной изоляцией, пропитанной вазелином, имеет реактивную мощность 120 квар при рабочем напряжении промышленной частоты 6 кВ. Определить емкость конденсатора С, общее количество секций и емкость отдельной секции.

Пример 3-59. Плоский конденсатор емкостью 1 Ф имеет площадь обкладок 10 см2. Определить толщину диэлектрика, если в качестве изоляционного материала используется конденсаторная бумага КОН-I, пропитанная фенилксилилэтаном.

Пример 3-60. При разработке импульсного конденсатора выбрана бумажно-пленочная изоляция, состоящая из трех слоев лавсановой пленки толщиной 8 мкм и двух слоев конденсаторной бумаги с толщиной слоя 10 мкм. В качестве пропитки выбрано парафиновое

ЭСВТ ЭЛТИ

масло. Определить диэлектрическую проницаемость и tg δ комбинированной изоляции.

4.ТВЕРДАЯ ИЗОЛЯЦИЯ

4.1.Краткие сведения о пробое твердой изоляции

Отличительной особенностью пробоя твердых диэлектриков, по сравнению с жидкими и газообразными, является то, что их электрическая прочность не восстанавливается после прекращения протекания тока через место пробоя, т.к. при этом твердый диэлектрик теряет механическую прочность и разрушается (фарфор, стекло, керамика), или в месте пробоя остается сплошной проводящий канал (пластмасса, бумага, резина).

Различают три основных разновидности пробоя твердых диэлектриков: электрический, тепловой (электротепловой), ионизационный (электрохимический).

Э л е к т р и ч е с к и й пробой обусловлен электронными процессами, происходящими в сильном электрическом поле и приводящими к резкому увеличению концентрации зарядов в диэлектрике. Чаще всего электрический пробой имеет место при кратковре-менных воздействиях напряжения и низких температурах, когда исключена возможность заметного разогрева образца.

В условиях равномерного и слабонеравномерного поля пробивное напряжение твердой изоляции можно оценить по формуле

Uпр = Епр d , кВ (4-1)

где Епр - электрическая прочность твердых диэлектриков, кВ/мм; d - толщина диэлектрика, мм.

Электрическую прочность электротехнического фарфора, широко используемого в качестве наружной изоляции, в условиях слабонеоднородного поля (радиус закругления полусферического электрода R, см) для плоских образцов толщиной d = 0,5÷4,4 см можно определить по формулам

Епр = 85 d-0,37 , кВ/см	при R ≥ 0,4 d
Eпр = 65 d-0,5 , кВ/см	при R < 0,4 d	(4-2)

Эти формулы можно использовать для расчета толщины фарфора в головке штыревых изоляторов для ЛЭП (Епр = 40-50 кВ/см).

Для трубчатых образцов из фарфора с толщиной стенки d

ЭСВТ ЭЛТИ при R/r = 1,5-3,5

Епр= 65( 1 +	0,3 ) , кВ / см.	(4-3)
	d

Оптимальная конструкция подвесного тарельчатого изолятора должна обеспечить равнопрочность фарфора (стекла) как в сферической (верхняя часть головки изолятора), так и в цилиндрической (нижняя часть изолятора) частях, т.е. пробивные напряжения и максимальные напряженности в них должны быть равны.

Для сферической части

	Uпр= Епр	r ( R − r )			, кВ	(4-4)
		R
	для цилиндрической части
	Uпр= Епр r ln		R	, кВ		(4-5)
			r

где R и r - наружный и внутренний радиусы сферы и цилиндра, соответственно. Для фарфора обычно выбирают

Епр = 80÷100 кВ/см.

При изменении толщины диэлектрика, находящегося в неравномерном электрическом поле, величина пробивного напряжения определяется из квадратичной зависимости

Uпр2 = Uпр1	d2	,	(4-6)
	d1

где Uпр1 - пробивное напряжение, определяемое опытным путем, для образца произвольной толщины равной d1;

Uпр2 - пробивное напряжение для образца толщиной d2. Значительный интерес представляет полуэмпирическая формула для расчета импульсной электрической прочности Епр

твердых диэлектриков в резконеоднородном поле «острие-плоскость»

на импульсах, полученная Ю.Н.Вершининым, в которой он учитывает структуру диэлектрика, его энергетические параметры:

	Епр= К Кв( Асо )1,1 ехр(	а	+	m	) , В / см	(4-7)
		в+ lgd		n + lgτ

где d - толщина диэлектрика, см (d = 0,001÷4,0 см); τ - длительность импульса, мкс (τ = 0,1÷10 мкс);

Асо - удельная работа каналообразования, т.е. работа, необходи-