Вопросы для самопроверки по теме 2.3

1. Какие преимущества дает применение элегазовой изоляции?

2. Каковы электрические свойства элегазовой изоляции?

3. Дайте характеристику элегаза как дугогасящго вещества.

4. Дайте характеристику элегазовым выключателям.

5. Дайте характеристику элегазовым распределительным устройствам.

6. Дайте характеристику вакуумной изоляции.

7. Каковы виды нарушения электрической прочности вакуумной изоляции?

8 . Где используется вакуумная изоляция?

9. Каковы достоинства вакуумного выключателя?

10. Каковы особенности коммутационных перенапряжений, возникающих в цепи при срезах от­ключаемого тока в вакуумных выключателях?

2.4. Методы испытаний изоляции

2.4.1. Процессы в многослойной изоляции

Контроль состояния изоляции, основанный на явлении абсорбции. Изоляция установок высокого напряжения состоит, как правило, из несколько диэлектриков с различными диэлектрическими проницаемостями ε и удельными объемными сопротивлениями ρ_ν.

В простейшем случае неоднородная изоляция состоит из двух слоев, каждый из которых характеризуется своим удельным объемным сопротивление и диэлектрической проницаемостью (рис. 2.4.1,а).

а) б) в) г)

Рис. 2.4.1. Двухслойная изоляция и различные схемы ее замещения

В таких случаях изоляция уже в силу конструктивных особенностей является неоднородной.

Очевидная схема замещения такой изоляции показана на рис. 2.4.1,б,

где и – сопротивления утечки соответствующих слоев в

установившемся режиме;

и – емкости этих слоев;

S – площадь электродов.

При воздействии электрического поля в неоднородной изоляции происходит относительно медленная миграционная поляризация, которая в отличие от других видов поляризации обусловлена перемещением несвязанных, а свободных зарядов. Вследствие миграционной поляризации на границах слоев разных диэлектриков образуются заряды абсорбции q_aбc. С процессами накопления и растекания зарядов абсорбции связанны некоторые характерные явления, которые используются для контроля состояния изоляции. Для анализа явлений в неоднородной изоляции иногда применяют схему замещения (рис. 2.4.1, в),

где R=R1+R2 – сопротивление утечки всей изоляции в установившемся режиме;

– емкость изоляции, определяемая лишь ее размерами и диэлектрическими проницаемостями слоев.

В схеме рис. 2.4.1,в накопление заряда абсорбции q_aбc происходит на емкости ∆С, включенной последовательно с сопротивлением r. Из условия равенства полных сопротивлений двух схем замещения

r = ; ∆С = .

В случае однородной изоляции, когда R₁C₁ = R₂C₂ или ρ₁ε₁ = ρ₂ε₂, сопротивление r = ∞, а емкость ∆С = 0, т. е. заряд абсорбции не образуется.

Кривая возвратного напряжения. О степени неоднородности изоляции можно судить на основании следующего опыта.

а) б)

Рис. 2.4.2. Кривые возвратного напряжения (а) и саморазряда (б)

После длительной выдержки под постоянным напряжением изоляцию отсоединяют от источника и кратковременно (доли секунды) замыкают ее электроды. В случае однородной изоляции при этом происходит «мгновенная» и полная нейтрализация всех зарядов. Если же изоляция неоднородная, то нейтрализуются лишь заряды на геометрической емкости, а заряд абсорбции сохраняется практически полностью. Пока электроды замкнуты, емкости слоев изоляции С₁ и С₂ соединены параллельно. В это время заряд абсорбции и связанный с ним заряд распределяются по емкостям С₁ и С₂, заряжая их до одинакового по значению напряжения U_абс = q_aбc / (С₁+ С₂). После размыкания электродов емкости С₁ и С₂ вновь соединены последовательно, причем заряжены до одного и того же напряжения U_абс, но разной полярности. Поэтому в момент размыкания электродов суммарное напряжение на изоляции остается равным нулю. Затем емкости С₁ и С₂ разряжаются на сопротивления утечки своих слоев, причем с разными постоянными времени, так как для неоднородностей изоляции R₁C₁≠R₂C₂. В результате на изоляции появляется напряжение, которое и называется возвратньгм (рис. 2.4.2,а). Для двухслойной изоляции) выражение для напряжения U_возвр имеет вид:

U_возвр = U_абс

где U₀ – напряжение источника.

Чем больше неоднородность изоляции, тем выше максимальное значение возвратного напряжения и тем больше различаются скорости его подъема и спада.

Сопротивление изоляции. Из схемы замещения на рис. 2.4.1,в следует, что при подключении неоднородной изоляции к источнику постоянного напряжения U₀ ток в изоляции (без учета кратковременного тока заряда геометрической емкости С_г) изменяется во времени в соответствии с выражением

При этом изменяется и сопротивление изоляции

R(t) = .

Пределы и скорость изменения R(t) определяется всеми параметрами обоих слоев изоляции. Поэтому зависимость R(t) содержит ценную информацию о состоянии изоляции. Для многих видов внутренней изоляции нормальному состоянию соответствует ε₁ρ₁ ≠ ε₂ρ₂, т. е. определенная степень неоднородности. Такое соотношение имеет место, например, для бумажно-масляной и маслонаполненной изоляции, так как диэлектрическая проницаемость и удельное объемное сопротивление пропитанной бумаги или картона больше, чем у технически чистого масла. Неравенство ε₁ρ₁ ≠ ε₂ρ₂ справедливо и для всех видов изоляции вращающихся машин высокого напряжения, содержащих слюду и пропитывающие компаунды. Для этих видов внутренней изоляции в нормальном состоянии характерны высокие значения сопротивления утечки в установившемся режиме и относительно малые скорости изменения R(t) во времени, т. е. большие значения постоянной времени Т. При сильном увлажнении или загрязнении изоляции удельные объемные сопротивления слоев резко падают, а диэлектрические проницаемости увеличиваются незначительно, не более чем на 5-10%. Вследствие этого сопротивление утечки изоляции в установившемся режиме Rу и постоянная времени Т уменьшаются. Из-за различной способности материалов поглощать влагу увлажнение изоляции может приводить к неодинаковому изменению сопротивлений слоев. При небольшом увлажнении различие между значениями ερ слоев может поэтому уменьшиться, а при сильном увлажнении – даже измениться на обратное. Указанные особенности изменения зависимости R(t) при увлажнении используют для оценки состояния изоляции оборудования высокого напряжения. У нас в стране принято сопротивление изоляции измерять через 15 и 60 с после подачи напряжения. Заключение о качестве изоляции делается по значениям R₆₀ (отсчет через 60 с) и коэффициента абсорбции k_абс = R₆₀ / R₁₅. Для изоляции в нормальном состоянии характерны высокие значения R60 (не менее 1 МОм на 1 кВ номинального напряжения) и k_абс >1,3. В случае увлажнения значение R₆₀ резко падает, а значение коэффициента k_абс приближается к 1,0. Последнее обстоятельство объясняется тем, что из-за значительного уменьшения постоянной времени Т уже к первому отсчету, т. е. через 15 с, достигается значение R(t), близкое к установившемуся. Поскольку изоляция трансформаторов включает в свой состав ряд изоляционных промежутков, для контроля характеристик изоляции, включая и измерения сопротивления, используют нормативные схемы измерения. Перечень схем для двухобмоточных и трехобмоточных трансформаторов приведен в табл. 2.4.1.

Т а б л и ц а 2.4.1