Файл: Техника высоких напряжений учеб. пособие.pdf

на границах газовых включений образуются поверхностные заряды извозникших вследствие предшествующих ионизационных процессов свободных зарядов (электронов и ионов). Дополнительное поле Епо№ этих зарядов направлено навстречу основному, что вызывает ослабле­ ние результирующей напряжен­

ности во включении.

В момент погасания разряда результирующая напряженность равна напряженности погасания

где тп Ä ; р ѵЕ —постоянная времени стенания поверхностного заряда через проводимость диэлектрика.

В результате стенания заряда напряженность во включении воз­ растает и следующий ч. р. произойдет, когда напряженность, созда­ ваемая поверхностным зарядом, уменьшится на величину, равную

144

ГЛАВА VIII. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ ВНУТРЕННЕЙ ИЗОЛЯЦИИ ПРИ ДЛИТЕЛЬНОМ ВОЗДЕЙСТВИИ РАБОЧЕГО НАПРЯЖЕНИЯ

§ 8.1. ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ ПРОЧНОСТЬ ВНУТРЕННЕЙ ИЗОЛЯЦИИ

ПРИ ДЛИТЕЛЬНОМ ВОЗДЕЙСТВИИ НАПРЯЖЕНИЯ

Электрическая прочность при длительном приложении напряже­ ния характеризует способность изоляции выдерживать рабочее напря­ жение в течение определенного срока службы и численно определяется напряженностью электрического поля (напряжением), приводящими

ние изоляции, которое выражается в уменьшении кратковременной электрической прочности и ухудшении других электрических харак­ теристик изоляции.

Причинами ухудшения внутренней изоляции являются: 1) элект­ рическое старение вследствие развития частичных разрядов при пере­ напряжениях или при рабочем напряжении; 2) тепловое старение и окисление изоляции; 3) увлажнение изоляции. Кроме этих возмож­ ны также другие причины старения, каждая из которых в определен­ ных условиях может иметь существенное значение: механическое ста­

145-

рение и повреждение под влиянием электродинамических усилий, виб­ раций, больших механических нагрузок и т. п.; химическое старение под влиянием органических кислот, окислов азота и других агрес­ сивных веществ, а также под влиянием электролитических процессов (особенно при постоянном напряжении).

В большинстве случаев в процессе старения увеличиваются диэ­ лектрические потери в изоляции, что может привести к развитию теплового пробоя. Основной причиной электрического старения мно­ гих видов изоляции являются частичные разряды. Энергия частичного разряда тратится на разрушение молекул и ионизацию атомов, на нагрев диэлектрика и на излучение. На необратимое разрушение диэлектрика (разрушение молекулярных связей) расходуется только часть этой энергии (как правило, несколько процентов).

Характер и степень разрушения изоляции частичными разрядами зависят от свойств материалов и вида изоляции. Разрушения в твер­ дом диэлектрике связаны с разрывом молекулярных связей и образо­ ванием радикалов; возможен и обратный процесс: образование моле­ кул или присоединение радикалов. В органических диэлектриках эти явления связаны с выделением водорода или других газов (метан, ацетилен, углекислый газ и др.). Возможно образование углероди­ стых соединений, в ряде случаев имеющих значительную прово­ димость; это могут быть асфальтены, углеродистые образования, по­ беги и др. Следствием ч. р. во многих случаях является образование микротрещин в твердом диэлектрике.

Старение маслобарьерной и бумажно-масляной изоляции проявля­ ется в изменении электрических и физико-химических характеристик как минерального масла, так и бумаги или электрокартона. Разру­ шение пропитывающего состава (минерального масла) сопровождается увеличением его проводимости и tg 5. Эти процессы при интенсивном протекании завершаются пробоем изоляции.

Газовыделение в масле в сильном электрическом поле может про­ исходить также при отсутствии частичных разрядов. Это объясняется тем, что в сильных полях электроны способны приобрести энергию около 3 эв, достаточную для разрушения молекулы углеводорода с отщеплением атома водорода. Интенсивность газовыделения масла как при наличии, так и при отсутствии частичных разрядов во многом зависит от его химического состава.

Минеральные изоляционные масла представляют собой смесь не­ полярных жидких углеводородов трех основных типов: нафтеновых (С„НМ), парафиновых (С„Я=„+2) и ароматических (C„H2n_m). Эти основ­ ные типы -соединений могут образовывать также и общие молекулы: соединения из нафтеновых и ароматических колец и ответвлений в виде метановой цепочки. Химический состав трансформаторных масел зависит от месторождения исходной нефти.

Ароматические углеводороды по сравнению с нафтено-парафино­ выми обычно обладают большими удельным весом, коэффициентом рефракции и диэлектрическими потерями. В то же время эти углево­ дороды вследствие двойных связей между атомами углерода в молекуле обладают большей стойкостью как против окисления, так и против

146

разложения в электрическом поле. В процессе старения, в особенности термического, они являются естественными стабилизаторами для трансформаторного масла. Поэтому удаление ароматических фракций при очистке масла производится до определенного процентного содер­

вязкости, близки и по газостойкости. Фракции ароматических угле­

введением специальных присадок, например хинонов и некоторых нитросоединений. Значительно более стойкими, чем минеральные масла, являются хлорированные жидкие диэлектрики (совол, трихлордифенпл и др.), а также касторовое масло. Газостойкость жидких диэлектриков может быть характеризована коэффициентом В , показы­

состава минеральных масел, а также от температуры и для разных масел колеблется от 0,0002 до 0,001 см3 дою.

§ 8.2. ЧАСТИЧНЫЕ РАЗРЯДЫ В МАСЛОБАРЬЕРНОЙ ИЗОЛЯЦИИ

а. Основные виды частичных разрядов

Маслобарьерная изоляция применяется главным образом в сило' вых и распределительных высоковольтных трансформаторах, в тран­ сформаторах напряжения, в шунтирующих реакторах и некоторых

147

типах вводов. Маслобарьерная изоляция состоит из слоев электрокар­ тона и масла. Из этих двух компонентов при воздействии переменного и импульсного напряжений наиболее нагружены прослойки масла. Например, в области равномерного поля соотношение между напря­ женностями в масле Е ы и в электрокартоне Ек

EJ E* = ек/еи « 2.

Электрическая прочность масла в 3—4 раза меньше прочности про­ питанного электрокартона. Поэтому частичные разряды возникают прежде всего в прослойках масла.

Можно выделить следующие виды частичных разрядов в изоляции силовых трансформаторов: 1) пробой масляного канала в маслобарь­ ерной изоляции средней части обмотки; 2) пробой масляного канала в области края обмотки; 3) пробой масляного зазора в месте соприкос­ новения изолированного провода и электрокартона или бумаги (изо­ ляция отводов, перемычек; междуфазная изоляция); 4) частичные разряды в бумажно-масляной изоляции на отводах, перемычках и т. п.; 5) пробой масляного канала между катушками (в продольной изоляции); 6) частичный пробой внтковой изоляции; 7) скользящий разряд по поверхности электрокартона. Пробой масляного канала может привести к местному повреждению электрокартона или бумаги и к дальнейшему развитию разрядов по поверхности или в толще твер­ дой изоляции.

Характерными особенностями условий работы маслобарьерной изоляции в трансформаторах и реакторах являются отсутствие неизо­ лированных металлических поверхностей электродов в местах наи­ большей напряженности поля и отсутствие острых кромок и углов на электродах. Поэтому начальные ч. р. локализуются не у поверх­ ности металла, а у изоляции и в первую очередь в местах стыков изо­ ляционных деталей. Другим очагом начальных ч. р. являются каса­ ния барьеров и изолированного провода в переходах и перемычках. На рис. 8.2 показано выполнение изоляции у внутренней поверхности обмотки и картина электрического поля в этом узле. Максимальная напряженность поля у поверхности медного провода Дмакс= (24-2,5) £ ср,

К поверхности медного провода плотно прилегают бумажные лентйі, образующие витковую изоляцию самого провода. Ч. р. в толще витковой изоляции (в масляных прослойках между листами бумаги) могут возникать при величине напряженности поля у поверхности провода не менее Д-макс= 150 4-200 кв/см. При этом напряженность в

І48