Лекции

появление свидетельствует о существенном ухудшении изоляционных свойств масел.

Частицы примесей вызывают местные искажения электрического поля, а при определенных условиях, перемещаясь или деформируясь, они образуют цепочки – «мостики», вдоль которых облегчается развитие разряда.

Движение примесных частиц (волокна бумаги, картона, пряжи) наблюдается в неоднородных полях, когда диэлектрическая проницаемость εч частиц отлична от проницаемости εм масла. В этом

случае частицы, поляризуясь в электрическом поле, образуют диполи, ориентированные вдоль силовых линий поля. На заряда каждого диполя q1=q2, действуют противоположно направленные силы E1q1 и E2q2, где E1 и Е2 – напряженности в точках расположения зарядов диполя. Когда Е1≠Е2, т.е. поле неоднородно, равнодействующая этих сил отлична от нуля. Для твёрдых частиц обычно εч>εм и равнодействующая направлена в сторону более высоких напряженностей. Следовательно, при приложении напряжения твёрдые частицы устремляются в области с повыше нной напряженностью.

Вблизи каждой частицы при εч>εм существует местная неоднородность электрического поля. Вследствие этого частицы стремятся объединиться в цепочки, вытянутые вдоль силовых линий поля. При определенных условиях из цепочек образуются «мостики», перекрывающие весь разрядный промежуток или значительную его часть, и по «мостику» происходит пробой.

Рис. 4.5. Зависимость пробивного

напряжения трансформаторного масла при частоте 50 Гц и температуре 250С от влагосодержания масла.

1 – технически чистое масло (≈50 г/т твёрдых включений)

2 – масло (меньше 0,5 г/т твёрдых включений).

При увеличении температуры масла до 60-800С прочность масла возрастает, что объясняется переходом воды из эмульсионного в молекулярно растворенное состояние.

Дальнейшее повышение температуры вызывает испарение влаги, и прочность снижается из-за появления в масле пузырьков водяного пара.

На СШГЭС для контроля количества гигроскопических загрязнений используется прибор ПКЖ-904А (прибор контроля чистоты жидкости).

9

Согласно РД 34.45-51.300-97 «Объём и нормы испытаний электрооборудования» допустимо содержание механических примесей не более:

-для регенерированных и очищенных масел, подготовленных к заливке в электрооборудование после его ремонта – 0,0010% (220 кВ÷750 кВ);

-для свежих масел – 0,001%;

-для эксплуатационных масел:

область, ограничивающая нормальное состояние до 220 кВ – отсутствие

220 кВ÷750 кВ – 0,0020%.

предельно допустимое до 220 кВ – отсутствие

220 кВ÷750 кВ – 0,0030%.

Принцип работы прибора ПКЖ-904А

Работа прибора основывается на регистрации светочувствительным элементом (светодиодом) изменения светового потока отдельной частицей, перемещающейся с потоком контролируемой жидкости. Световой поток от источника света направляется перпендикулярно потоку жидкости и полностью его охватывает (по сечению потока жидкости), что позволяет контролировать всю жидкость, проходящую через датчик прибора. Изменения электрического сигнала (тока) фотодиода, связанные частицами загрязнений, находящимися в жидкости, пропорциональны размеру частиц, а длительность этих изменений равна времени прохождения частицей чувствительного объёма датчика. Электрические сигналы фотодиода усиливаются, анализируются по амплитуде и распределяются по соответствующим размерным диапазонам, указанным на табло прибора. В каждом канале сигналы подсчитываются счетчиками, и результаты индицируются на цифровом табло прибора. В случае, если емкость содержит более 150000 частиц в 100 см3, загорается сигнализатор ПЕРЕГРУЗКА. Если количество частиц в 100 см3 жидкости превышает 150000 в 2, 4, 8, 16 и 32 раза, загорается один из сигнализаторов УРОВЕНЬ ЗАГРЯЗНЕННОСТИ 1, 2, 3, 4, 5 соответственно.

10

4.4.2 Разряд по поверхности твёрдого диэлектрика в масле

Твёрдый диэлектрик между электродами в масле располагается так же, как и в газе (см. рис. 3.1). Поэтому свойства поверхностных разрядов в обеих этих средах качественно подобны. Однако различия физикохимических свойств масла и газов обуславливают ряд особенностей разряда в масле.

1.Относительная диэлектрическая проницаемость масла

значительно больше, чем воздуха и приближается к εД твёрдого диэлектрика (εм=2,2÷2,4; εВ=1,0; εД=3÷8). Поэтому при одинаковых размерах и форме электродов и диэлектрика распределение электрического поля в масле более равномерное, чем в газе.

2.Масло имеет более высокую удельную объёмную проводимость G, что также способствует более равномерному распределению электрического поля.

3.Масло имеет более высокую электрическую прочность.

Благодаря этим факторам напряжение появления короны Uк и скользящих разрядов Uск, а также разрядное напряжение Up в масле существенно выше, чем в газах, при одинаковых размерах электродов и твёрдого диэлектрика.

Развитие короны и тем более, скользящих разрядов на поверхности диэлектрика при рабочем напряжении недопустимо, особенно для органических материалов, которые могут быстро разрушаться вследствие воздействия на них повышенной температуры и химически активных веществ.

4.4.3 Пробой твёрдых диэлектриков

Движение свободных электронов в твёрдом веществе имеет сложный характер. Поэтому теории электрического пробоя твёрдых диэлектриков, пригодной для инженерной практики, до сих пор нет.

При некоторой напряженности электрического поля свободные электроны накапливают энергию, достаточную для ионизации молекул диэлектрика. У электрода с малым радиусом кривизны сначала возникает очень тонкий канал разряда, который заполняется газообразными продуктами. Это приводит к значительному увеличению числа свободных электронов и дальнейшему развитию канала и его ветвлению. Разветвленные каналы имеют форму дендрита (рис. 7.6). Область, занимаемая каналами разряда, растёт и достигает противоположного электрода. Завершение пробоя может сопровождаться механическим разрушением диэлектрика.

Существенной особенностью твёрдых диэлектриков является то, что их электрическая прочность в отличие от газообразных и жидких

11

диэлектриков после пробоя и отключения напряжения не восстанавливается.

Рис. 4.6. Дендрит,

образовавшийся через 1 мин. после включения напряжения 50 кВ частотой 50 Гц. Толщина изоляции 3

мм, промежуток иглаплоскость.

Если к твёрдому диэлектрику прикладываются кратковременные импульсы напряжения (грозовые или коммутационные) сравнительно небольшой амплитуды, то в нем могут возникать микроскопические трещинки. В некоторых аморфных диэлектриках, например, в стекле, канифоли, целлулоиде, трещины самозаплавляются и при повторных импульсах каждый раз возникают в новом месте. Пробивное напряжение таких диэлектриков мало зависит от количества приложенных импульсов.

В большинстве же твёрдых диэлектриков при повторных импульсах разряд развивается по пути предыдущего и микротрещина увеличивается. Поэтому с ростом числа приложенных импульсов пробивное напряжение диэлектрика уменьшается (рис. 7.7). Это явление, отражающее накопление повреждений изоляции, называется кумулятивным эффектом (от cumulo – складывать, накапливать. лат.).

Рис. 4.7. Зависимость 50%-

ного импульсного пробивного напряжения новой корпусной микалентной компаундированной изоляции

Снижение пробивного напряжения изоляции в зависимости от числа воздействий характеризуется коэффициентом кумулятивности:

12

Ккум	= U пр1	(4.1)
	U прn

Под действием приложенного напряжения в изоляции возникают диэлектрические потери, обусловленные наличием у любой реальной изоляции небольшой проводимости и расстоянием энергии при некоторых видах поляризации. За счет диэлектрических потерь происходит дополнительный разогрев изоляции.

Мощность диэлектрических потерь:

РД =ωСU2 tgδ

(4.2)

Для многих видов внутренней изоляции величина tgδ растёт при повышении температуры Т в соответствии с выражением:

	где:		tgδ =tgδ0 еa(T −T 0 )	(4.3)
		-	коэффициент, зависящий от свойств изоляции (a≈0,02		1/0С);
	a
	T0	-	температура окружающей среды.
		Таким образом, РД=f(T), при заданном U.
		Мощность потока тепла, отводимого от изоляции в окружающую среду:
	где:		Ротв =αS(T −T0 )		(4.4)
		-	коэффициент теплоотдачи;
	α
	S	- площадь поверхности изоляции, от которой отводится тепло.

На рис. 4.8 показаны зависимости Рд=f(T), соответствующие трем значениям воздействующего на изоляцию напряжения U1<U2<U3, и зависимость Ротв.=f(t).

Рис. 4.8. К объяснению механизма теплового пробоя.

При напряжениях U1, U2 кривые РД=f(T) и Ротв=f(T) пересекаются при температурах T1 и Т2, т.е. наблюдается установившийся режим нагрева изоляции, т.е. РД=Ротв.

13

Однако, при U>U3 мощность диэлектрических потерь будет превышать мощность потока тепла, отводимого от изоляции в окружающую среду при любой температуре.

Значит при U>U3 произойдёт нарушение теплового баланса изоляции, температура последней будет неограниченно расти до потери изоляцией диэлектрических свойств – произойдёт тепловой пробой.

Сущность теплового пробоя – разогрев изоляции за счёт диэлектрических потерь до температуры, при которой происходит разрушение изоляции.

14

ЛЕКЦИЯ 11

В данном разделе рассматриваются наиболее распространенные виды внутренней изоляции оборудования высокого напряжения энергосистем, целесообразность комбинирования материалов, в которых подтверждена многолетней практикой.

Основные характеристики, область применения, достоинства и недостатки различных видов внутренней изоляции приведены в таблице 4.1.

Таблица 4.1

Краткая характеристика внутренней изоляции

	№	Вид	Общая	Область	Достоинства	Недостатки
	п/п	изоляции	характеристика	применения

№	Вид	Общая	Область		Достоинства	Недостатки
п/п	изоляции	характеристика	применения
1.	МБИ	Основу МБИ составляет	В качестве	-	простота конструкции	- меньшая, чем у БМИ,
	масло-	минеральное	главной изоляции		и технологии	электрическая прочность;
	барьерная	(трансформаторное) масло,	в силовых	-	изготовления;	- пожаро- и
	изоляция	которое как маловязкая	трансформаторах,		интенсивное	взрывоопасность
		жидкость легко заполняет	автотрансформато		охлаждение активных	конструкции;
		изоляционные промежутки с	рах и реакторах.		частей	- необходимость
		электродами любой		-	трансформаторов;	специальной защиты от
		конфигурации и обеспечивает			возможность	увлажнении в процессе
		хорошее охлаждение			восстановления	эксплуатации.
		конструкции за счет			качества изоляции в
		самопроизвольной или			эксплуатации и
		принудительной циркуляции.			замены масла.
		Для обеспечения
		механической прочности
		конструкции, а также для
		повышения электрической
		прочности в составе МБИ
		входят твёрдые
		диэлектрические материалы:
		электрокартон, кабельная
		бумага и другие.

№	Вид	Общая	Область		Достоинства		Недостатки
п/п	изоляции	характеристика	применения
		Технология
		изготовления МБИ включает
		сборку конструкции, сушку
		ее под вакуумом при
		температуре 100-1200С и
		заполнение (пропитку) под
		вакуумом дегазированным
		маслом.
2.	Твёрдая	В изоляционных	Важнейшая часть,			-	возможность теплового
	изоляция	конструкциях твёрдый	несущая			-	пробоя;
		диэлектрик может	механическую				несамовосстанавлива-
		использоваться отдельно, а	нагрузку.				ющаяся.
		также входить в состав
		комбинированной изоляции.
2.1	Неорганические	материалы		Общие
	Электрофар-			-	устойчивы к внешним
	фор			-	воздействиям
					долговечны
				-	невысокая стоимость

№	Вид	Общая	Область		Достоинства	Недостатки
п/п	изоляции	характеристика	применения
	стеатит	изготавливается из талька,		-	механическая
		каолина и углекислого бария			прочность в 2-3 раза
		по технологии, аналогичной		-	превышает фарфор
		производству фарфора			малые
					диэлектрические
				-	потери
					высокая
					теплостойкость
	Стеклотекс-	стеклоткань, спрессованная в		-	высокая
	толит	несколько слоев и			нагревостойкость, до
		пропитанная изоляционными			1800С
		смолами
	слюдяные	слюда – как диэлектрический	изоляция	-	очень высокая
	изделия	материал	статорных		электрическая
			обмоток машин с	-	прочность
			Uном≤36кВ		стойкость к
					воздействию
				-	частичных разрядов
					высокая
					нагревостойкость