ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.04.2024
Просмотров: 341
Скачиваний: 3
Зависимости (8.13)Ч-(8.17) представлены на рис. 8.14.
Разброс напряженности для отдельных образцов характеризуется следующим среднеквадратичным отклонением: начальных ч. р. стн*;=в «(254-30)% , а критических ч. р. акр* « (7ч-10)%.
Для изоляции с сильнонеоднородным полем у краев электродов повышения напряженности (напряжения) ч. р. можно достигнуть пу тем ослабления краевого эффекта электродов. Для изоляции с одно родным или слабонеоднородным полем и с устраненным краевым эффек том напряженности начальных и критических ч. р., определенные как значения максимальной напряженности у электрода с меньшим радиу сом кривизны при напряжениях соответственно Un и UKp, не зависят от толщины диэлектрика. Например, для аппаратной ленточной изоля ции из кабельной бумаги К-12 £ н =120 кв/см и £ кр — 300 кв/см. Раз брос этих величин составляет: стн* « 30%; сгкр* « 10%.
г. Зависимость характеристик ч. р. от избыточного давления масла
Повышение избыточного давления масла приводит к значительному увеличению напряжения ч. р. бумажно-масляной изоляции. Такое влияние избыточного давления получается при ч. р. как от пробоев масляной пленки, так и от пробоев газовых включений. В первом слу чае с ростом избыточного давления увеличивается электрическая проч ность масла (см. рис. 6.11), а во втором — увеличивается прочность газового включения (см. рис. 2.8). Пробои газовых включений воз можны, когда размеры их достаточно велики и достигают десятка микрон и более. Для включений таких размеров разрядные напря жения лежат в правой части кривой Пашена, и с повышением избыточ ного давления пробивное напряжение возрастает.
На рис. 8.15 приведены зависимости £ кр и £ М1Шот избыточного давления масла. Сравнение кривых, приведенных на рис. 8.15, а и 6.11, показывает, что напряжение критических ч. р. с ростом давления увеличивается приблизительно пропорционально прочности мине рального масла. Зависимость напряженности £ кр от избыточного давления р в диапазоне от 1 до 7 am для листовой конденсаторной изоляции из.бумаги КОН-І может быть представлена в виде £ кр = =650 (1+0,11 р), кв/см. На рис. 8.15,6 приведена аналогичная за висимость для ленточной изоляции из кабельной бумаги (слабонеодно родное поле). В этом случае увеличение напряженности ч. р. с ростом давления до 30 am происходит несколько медленнее и описывается формулой £ кр =370 (1+0,03 р), кв/см.
Опыт показывает, что повышение избыточного давления сверх опре деленной величины нерационально. Допустимые напряженности при этом определяются кратковременной прочностью и воздействующими перенапряжениями. Так, для конденсаторной изоляции с толщиной диэлектрика 60ч-100 мкм повышение давления рационально до 6ч- Ч-8й7?г, а для кабельной изоляции, имеющей значительно большие тол щины диэлектрика,— до 204-25 am. Обычно конденсаторы изготов ляются с избыточным давлением масла до Зч-4 am. В кабелях высоко го давления избыточное давление достигает 15 am.
162
Напряжение начальных ч. р. зависит лишь от амплитуды и не зависит от формы напряжения.
а) |
ff) |
£, кб!см |
WOO
800
600
400
200
О |
2 |
4 ' |
6 |
|
|
|
р,ат |
Рис. 8.15. Зависимости напряженности ч. р. Е от избыточного дав ления р масла:
а —для листовой изоляции толщиной |
80 мкм из конденсаторной бумаги |
КОН-І (10 мкм) в снльнонеоднородном |
поле; б — для ленточной изоляции |
из кабельной бумаги, слабонеоднородное поле £ Кр
д.Частичные разряды при постоянном напряжении
Вбумажно-масляной изоляции при определенной постоянной напряженности также возникают ч. р., которые, как и при перемен ном напряжении, представляют со бой пробои масляных прослоек.
При постоянном напряжении ч. р. развиваются по всей площади элек трода даже при наличии острого края. Это объясняется ослабле нием краевого эффекта вследствие значительной продольной прово димости масляных пленок по срав нению с поперечной проводимостью бумажно-масляной изоляции. При
постоянном напряжении напряжен |
Рис. 8.16. Зависимость напряженности |
||
ности начальных ч. р. значитель |
начальных ч. р. Е н от температуры при |
||
но выше, чем при переменном, и |
постоянном |
напряжении: |
|
конденсаторная бумага КОН-ІІ, пропитан |
|||
существенно |
зависят от температу |
ная конденсаторным |
маслом, d= 8 x 1 0 = |
ры изоляции |
(рис. 8.16) и влаж |
=*80 |
мкм |
|
|
ности. Оба эти фактора приводят к увеличению проводимости изоля ции и уменьшению электрической прочности пропитывающего состава.
6* |
163 |
При этом увеличивается интенсивность ч. р. и уменьшается напряже ние начальных ч. р., которое измеряется при определенной чувстви тельности регистрирующей схемы.
Для конденсаторной изоляции изменение толщины диэлектрика
от 30 до 300 мкм |
практически не сказывается на напряженности ч. р.,. |
что объясняется |
отсутствием влияния краевого эффекта электродов. |
Для аппаратной |
и кабельной ленточной изоляции напряженность |
начальных ч. р. заметно ниже н для слоя толщиной 1 мм составляет: Ен =200-^300 кв/см при t=20° С н £ Н=100-М50 кв/см при і=80° С..
При постоянном напряжении, как и при переменном, эмпиричес кие зависимости тока и мощности ч. р. от напряжения (напряжен
ности) можно представить |
формулами: |
|
/ , , - / „ |
( ( 0 \ p ,= p „ { w ,Y ’ |
(8л8> |
однако показатели степени си и а3 в них существенно больше, чем ал и а
в формулах (8.11) и (8.12): Ö2=9 и я3 = 10. Для отдельных образцов, значение а3 колеблется в пределах 8—14.
§ 8.4. ТЕПЛОВОЕ СТАРЕНИЕ II ОКИСЛЕНИЕ ИЗОЛЯЦИИ
Для наиболее экономичного использования активных материалов (медь обмоток; сталь магнитопровода; медь жил кабеля и др.) тре буется по возможности увеличивать рабочую температуру. Возмож ность повышения температуры ограничивается свойствами изоляции, так как чем выше температура, тем быстрее происходит ее химическое старение. Для органической изоляции химическое старение проявля ется в процессах окисления, а также деструкции (при которой рас падаются молекулы высокомолекулярных соединений), полимериза ции и поликонденсации. Скорость протекания этих процессов опреде ляется кинетикой химических реакций.
Если обозначить через А0 начальное число молекул вещества в еди нице объема, а через A t — то же число молекул через промежуток времени t, то скорость химической реакции в большинстве случаев, может быть выражена формулой
— d A tld t= kA t, |
(8.19) |
где k — средняя вероятность распада одной молекулы в единицу вре мени, определяющая скорость химической реакции.
Зависимость скорости реакции от температуры подчиняется закону Аррениуса
k= K exp |
( - WJRT), |
(8.20) |
где К — постоянная, зависящая |
от структуры вещества; |
Wa — раз |
ность энергии активных и неактивных молекул исходных веществ
(энергия активации); R — газовая |
постоянная. |
|
Интегрируя уравнение (8.19) с |
учетом начальных |
условий (при |
/= 0 А = А 0), получаем |
|
|
А (=А 0 exp (—kt). |
(8.21) |
164
Для органической изоляции интенсивность химических процессов разложения обычно возрастает примерно вдвое с увеличением темпе ратуры на каждые 10° С. Химическое разложение целлюлозы характе ризуется уменьшением степени полимеризации. Укорочение цепочеч ных молекул целлюлозы сопровождается уменьшением гибкости и механической прочности бумаги и картона. Степень полимеризации целлюлозы [число п звеньев С0О5Ні0 в одной молекуле (C0O6Hl0)nJ в бумаге при ее изготовлении составляет примерно 1300. В результате старения степень полимеризации уменьшается до 100-1-200, бумага становится хрупкой и легко крошится. Потеря механической проч ности недопустима, так как картон и бумага, как правило, являются не только изоляционными, но и конструктивными элементами.
Электрические характеристики такой химически состарившейся бумаги остаются достаточно высокими, если только бумага не ув
лажнена. Пробы бумаги и картона, |
взятые из трансформаторов, |
|
проработавших более |
30 лет, часто |
имеют пробивное напряжение, |
tg б и сопротивление |
изоляции не хуже, чем у трансформаторов в ис |
ходном состоянии. Химическое старение масла заключается прежде всего в его окислении. Пробивное напряжение сухого окисленного трансформаторного масла не ниже, чем до окисления, но значительно возрастают tg б и удельная проводимость. В бумаге и картоне, про питанных маслом с повышенным tg б, возрастают потери, увеличи вается местное тепловыделение и соответственно ускоряется химичес кое старение.
Вэксплуатации ведется непрерывный контроль состояния масла,
икогда его показатели становятся больше (tg б, кислотность) или мень ше (ІІпр) нормированных величин, масло в трансформаторе заменя ется .
Кроме температуры, процессы окисления ускоряют также свет и
катализаторы (медь, свинец и ряд других металлов).
В |
§ 8.5. У В Л А Ж Н Е Н И Е И ЗО Л ЯЦ И И |
|
изоляционных конструкциях в ряде случаев поверхность мине |
рального масла соприкасается с воздухом, который может в процессе теплового расширения и сжатия масла обмениваться с воздухом ок ружающей среды (атмосферы). При этом возникает возможность ув лажнения изоляции (пропитывающего состава и бумаги).
Рассмотрим вначале процессы увлажнения масла. Растворимость воды зависит от химического состава масла. Наибольшей растворяю щей способностью обладают непредельные и ароматические углево дороды, наименьшей — парафиновые. Зависимости растворимости паров воды от температуры для различных масел приведены на' рис. 6.7. Наличие воды в масле резко снижает его электрическую прочность и увеличивает tg б, причем влияние воды в эмульгированном состоя нии сказывается сильнее, чем в молекулярно-растворенном.
В изоляционных конструкциях вода, находящаяся в трансформа торном масле, поглощается твердой изоляцией, причем при заданной температуре устанавливается равновесие содержания влаги в бумаге
165
и масле. Опыт эксплуатации показывает, что, несмотря на то что влажность масла лежит в пределах 0,001—0,01%, бумага в силовых трансформаторах может приобретать влажность от 1 до 10% (в сред нем 4%), что приблизительно соответствует влажности бумаги в воз духе при t=20° С и относительной влажности воздуха около 50%. Таким образом, влагосодержание бумаги в воздухе мало отличается от влагосодержания бумаги в масле. Если масло имеет свободную поверхность соприкосновения с воздухом атмосферы, то оно только замедляет процесс увлажнения бумаги (проникновение влаги сквозь толщу масла в бумагу). Для защиты масла и бумаги от увлажнения применяются конструкции аппаратов, исключающие соприкосновение масла с атмосферным воздухом (силикагелевая защита; сильфоны; термосифонные фильтры).
Влажность бумаги оказывает сильное влияние на ее электрические характеристики: снижает напряжение частичных разрядов, электрическую прочность и увеличивает
лряжения начальных ч. р. |
ного сопротивления |
рѵ |
и танген |
||
(і), критических ч. р. |
(2) |
са угла диэлектрических потерь |
|||
и пробоя ( ) образцов бу |
tg б бумаги от содержания вла |
||||
3 |
|
ги |
|
|
|
мажно-масляной изоляции |
W |
|
|
||
|
|
|
|
|
от влажности W
Влажность бумаги увеличивает скорость термического старения, способствует разрушению молекул целлюлозы, ухудшает механичес кие характеристики бумаги. Например, увеличение влажности от 0,5 до 7% приводит к ускорению процессов старения приблизительно
в16 раз.
§8.6. ИЗМ ЕН ЕН ИЕ ЭЛ ЕК ТРИ ЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ И ЗОЛЯЦ ИИ
ВПРОЦЕССЕ СТАРЕНИЯ
Изменение электрической прочности изоляции в процессе старения происходит главным образом вследствие развития в ней ч. р. и увлаж нения. Увлажнение не связано с воздействием напряжения и зависит прежде всего от конструкции аппарата и условий его эксплуатации.
1С6