ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 03.12.2023
Просмотров: 163
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Дополнительные электроды широко используются для регулирования электрических полей в проходных изоляторах и кабельных муфтах.
Г
радирование изоляции применяется, как правило, в изоляционных конструкциях с электродами в виде соосных цилиндров, например в кабелях высокого напряжения, и позволяет выравнивать электрическое поле в радиальном направлении. Регулирование поля достигается за счет изменения диэлектрической проницаемости слоев изоляции. Без градировании 
,С градированием 
.Регулирование электрического поля путем градирования изоляции.а — схема градированной изоляции: б – изменение напряженности в изоляции без градирования и при градировании.
Все рассмотренные способы применяются для регулирования электрических полей в изоляции, работающей при переменном напряжении, а некоторые, например скругление краев электродов, — и при постоянном напряжении.
Виды внутренней изоляции:
1) Бумажная пропитанная изоляция. Сначала изоляция подвергается сушке под вакуумом, затем пропитке, а после этого она прессуется для исключения газовых включений;
2) Маслонаполненная изоляция (например, бак трансформатора);
3) Маслобарьерная изоляция. Между электродами устанавливаются барьеры из картона для повышения разрядного напряжения;
4) Изоляция на основе слюды. Слюда обладает высокойнагревостойкостью, используется во вращающихся машинах. Из слюды и пропитки на основе битумных компаундов получают компаундированную изоляцию. Её недостаток – она термопластична (размягчается при нагревании). Термореактивная изоляция слюда пропитана эпоксидными смолами. Плюсы: не размягчается под действием температуры.
4) Литая изоляция на основе эпоксидных смол. Такую изоляцию заливают под давлением для исключения газовых включений. Плюсы: стойкость к воздействию воды и масел.
-
Частичные разряды.
Под действием высокой напряженности электрического поля в изоляции в местах с пониженной электрической прочностью возникают
частичные разряды (ЧР), которые представляют собой пробой газовых включений, локальные пробои малых объемов твердого диэлектрика. Условия возникновения ЧР определяются конфигурацией электрического поля изоляционной конструкции и электрическими характеристиками рассматриваемой области изоляции.
ЧР обычно не приводят к сквозному пробою диэлектрика, однако приводят к местному разрушению изоляции, а при длительном существовании могут привести и к сквозному пробою.
Возникновение ЧР всегда свидетельствует о местной неоднородности диэлектрика. В связи с этим регистрация характеристик ЧР позволяет оценивать качество изготовления изоляции и выявлять местные дефекты.
Характеристики ЧР достаточно хорошо коррелируют с размерами и количеством дефектов, т. е. позволяют судить о степени дефектности изоляционной конструкции.
Изучение характеристик ЧР в зависимости от различных условий работы стало вопросом первостепенной важности для кабелей, конденсаторов, трансформаторов и других устройств – там, где применяется слоистая изоляция при переменном, постоянном, пульсирующем и импульсном напряжениях.
При рассмотрении механизма возникновения ЧР воспользуемся эквивалентной схемой замещения диэлектрика с общей емкостью СЭ.
Схема замещения твердого диэлектрика: С0 – емкость бездефектной изоляции;Св – емкость воздушного включения;Сд – емкость диэлектрика последовательно с включением;Uв – напряжение пробоя воздушного включения.
.ЧР возникают тогда, когда напряжение на включении достигает пробивного значения UПР – напряжения зажигания разряда во включении. Напряженность электрического поля во включении ЕВ связана с напряженностью в остальной части диэлектрика:
.где Eд – напряженность электрического поля в диэлектрике; εд – относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика; εв – относительная диэлектрическая проницаемость включения.
Эпюры напряжения на включении в процессе приложения переменного напряжения приведены:
Э
пюры напряжения на воздушном включении в твердом диэлектрике: 1 – напряжение на образце; 2 – напряжение на включении; Uпр – напряжение на образце, при котором происходит пробой воздушного включения.
Наибольшую опасность ЧР представляют на переменном или импульсном напряжении.
Разрушающее действие ЧР на диэлектрики обусловлено следующими факторами, возникающими при пробое включения:
1– воздействием ударных волн;
2– тепловым воздействием;
3– бомбардировкой заряженными частицами;
4– воздействием химически активными продуктами разряда (озон, окислы азота);
5– воздействием излучения;
6– развитием древовидных побегов-дендритов.
В зависимости от величины заряда qЧР, измеряемого при ЧР, возможна классификация ЧР по qЧР:
1.При превышении некоторого порога напряжения в изоляции возникают ЧР с интенсивностью qЧР =10–12–10–11 Кл. Такие ЧР не вызывают быстрого разрушения изоляции и во многих случаях могут быть допустимы. Такие разряды называются начальными.
2.Дальнейшее возрастание напряжения или увеличение размеров включений в процессе длительной работы изоляции приводит к резкому возрастанию интенсивности ЧР, причем прежде всего возрастает qЧР до величины qЧР =10–10–10–8 Кл. Их возникновение резко сокращает срок службы изоляции, и они не должны допускаться при рабочих условиях. Такие разряды называются критическими.
-
Тепловое старение внутренней изоляции. Тепловой и электрический пробой.
Тепловое старение, т. е. постепенное ухудшение характеристик внутренней изоляции при длительном нагреве, происходит вследствие того, что при повышении температуры возникают или ускоряются химические процессы в изоляционных материалах.
Диэлектрические материалы, используемые для изготовления внутренней изоляции установок высокого напряжения, при комнатной температуре практически инертны. Однако при рабочих температурах (60-130С) в этих материалах возникают или резко ускоряются химические реакции. Сущность этих реакций обычно весьма сложна и зависит от химического состава материалов, количества содержащейся в изоляции влаги, доступа кислорода из окружающего воздуха и ряда других факторов. На ход этих реакций могут оказывать влияние проводниковые и другие материалы, входящие в конструкцию. Например, медь проводников может быть катализатором термоокислительных процессов в минеральных маслах.
Во всех случаях химические реакции, протекающие в изоляции при нагреве, приводят к постепенному изменению структуры и свойств материалов и как следствие — к ухудшению свойств всей изоляции в целом. Эти процессы именуют тепловым старением.
Для твердых диэлектрических материалов наиболее характерным является постепенное снижение механической прочности в процессе теплового старения. Со временем это приводит к повреждению изоляции под действием механических нагрузок и затем уже к пробою.
В жидких диэлектриках в результате теплового старения образуются газообразные, жидкие и твердые продукты реакций. По мере накопления этих продуктов, загрязняющих изоляцию, проводимость и диэлектрические потери растут, а электрическая прочность снижается.
В комбинированной внутренней изоляции, содержащей жидкие и твердые материалы, тепловое старение влечет за собой как снижение механической прочности соответствующих элементов, так и ухудшение электрических характеристик всей изоляции.
Темпы теплового старения внутренней изоляции определяются скоростями химических реакций, зависящими от температуры в соответствии с уравнением Аррениуса
где v - скорость химической реакции.Срок службы изоляции при тепловом старении обратно пропорционален скорости химических реакций. При разных температурах
и 
отношения сроков службы изоляции 
где Т - повышение температуры, вызывающее сокращение срока службы изоляции при тепловом старении в 2 раза.
Значение Т для разных видов внутренней изоляции лежит в пределах от 8 до 12С и в среднем составляет 10С.
Тепловой пробой.
Развитие теплового пробоя в твердом диэлектрике в общих чертах может быть представлено в виде следующей последовательности:
Uд →Iд→Tд ↑ → γ↑и tg δ ↑ →Iд ↑ →Tд ↑и т. д.,
где Uд – напряжение, приложенное к изоляции; Iд – ток, текущий через изоляцию; Tд – температура изоляции; γ – проводимость изоляции; tg δ – диэлектрические потери в изоляции.
Под действием приложенного напряжения в изоляции возникают диэлектрические потери, обусловленные наличием у любой реальной изоляции небольшой проводимости и рассеянием энергии при некоторых видах поляризации. За счет диэлектрических потерь происходит дополнительный разогрев изоляции.
Мощность диэлектрических потерь в изоляции определяется выражением РД=ω C tgδ U2,
Мощность потока тепла, отводимого от изоляции в окружающую среду РОТВ = S(T–T0),
где ω – угловая частота; С – емкость изделии; tg δ – диэлектрические потери в изоляции; – коэффициент теплопередачи; S – площадь поверхности изоляции;Т0 – температура окружающей среды; Т – температура внутри диэлектрика.
Для многих видов внутренней изоляции величина tgб растет при повышении температуры Т в соответствии с выражением
,где — коэффициент, зависящий от свойств изоляции {а0,02 1/ОС); Т0— температура окружающей среды.
Таким образом, мощность диэлектрических потерь в изоляции при заданном напряжении зависит от температуры Т.
Зависимости PД=f(T), соответствующие трем значениям воздействующего на изоляцию напряжения U1< U2<U3 и зависимость РОТВ =f(Т) показаны на рис.. Как видно, при напряжениях U1и U2кривые PД=f(T) и РОТВ =f(Т) пересекаются при температурах Т1и T2. Это означает, что при указанных напряжениях достигаются установившиеся режимы нагрева изоляции, при которых соблюдается баланс выделяемой в изоляции и отводимой от нее тепловой энергии. Однако при U>U3мощность потерь в изоляции при любой температуре будет превышать мощность отвода тепла. Следовательно, при U>U3произойдет нарушение теплового баланса изоляции, температура последней будет неограниченно расти до потери изоляцией диэлектрических свойств — произойдет тепловой пробой.
И
