Время разряда

Рис.5.1. Составляющие времени разряда:

t1 – время ожидания соблюдения условий самостоятельности разряда;

tc – статистическое время запаздывания разряда; tф – время формирования разряда; tр – полное время разряда.

С тандартная волна

Рис. 5.2. Определение длины фронта и длины волны стандартного импульса

Для стандартной волны tф =1,2 мкс; tв = 50 мкс (сокращенное обозначение 1,2/50).

Вольт-секундные характеристики

Рис. 5.3. Построение вольт-секундных характеристик

Рис. 5.4. Координация вольт-секундных характеристик при защите изоляции разрядником: 1 – в.с.х. защищаемой изоляции; 2 – в.с.х. разрядника, защищающего изоляцию; 3 – в.с.х. разрядника не способного защитить изоляцию

Пробой жидких диэлектриков

В жидких диэлектриках различают два вида пробоя: тепловой и электрический.

Электрическая прочность жидких диэлектриков зависит от количества примесей и может колебаться от 30 до 1000 кВ/см.

Тепловой пробой характерен для жидкостей, содержащих различные примеси и загрязнения.

Рис.7.1. Схема образования мостиков из примесей

Рис. 7.2. Распределение напряженности поля в жидком диэлектрике с примесями

Электрический пробой характерен для хорошо очищенных жидких диэлектриков.

Рис. 7.3. Плазменный канал и распределение напряженности поля до его появления (1) и после (2)

Пробой твердых диэлектриков

В твердых диэлектриках различают следующие виды пробоя:

электрический, тепловой, электрохимический и ионизационный

Пробивная напряженность твердых диэлектриков при кратковременном воздействии напряжения в однородном поле составляет 1000 – 10000 кВ/см.

Пробивная напряженность твердых диэлектриков и механизм пробоя зависит от структуры материала, вида и длительности воздействующего напряжения.

Электрический пробой – это разрушение структуры диэлектрика силами электрического поля.

Оно вызвано процессами ударной ионизации.

Рис. 7.4. Первый плазменный канал, имитирующий электроны и диэлектрик

У однородных диэлектриков электрическая прочность практически не зависит от толщины.

У неоднородных диэлектриков, как правило, электрическая прочность уменьшается с увеличением их толщины.

Рис. 7.5. Зависимости пробивной напряженности от толщины диэлектрика:

1 – однородный диэлектрик; 2 - неоднородный

Тепловой пробой диэлектрика вызван разогревом диэлектрика диэлектрическими потерями при приложении электрического поля.

Активная мощность, которую диэлектрик способен отвести за единицу времени через поверхность в окружающую среду, выражается формулой

где G – коэффициент теплопередачи;

S – площадь поверхности диэлектрика;

t₀ – температура окружающей среды;

t – температура диэлектрика.

Приравняв мощность, отводимую от диэлектрика (7.1) к мощности, выделяемой в диэлектрике за счет диэлектрических потерь получим условие теплового равновесия

Напряжение теплового пробоя из (7.2) равно

Электрохимический пробой связан с необратимыми химическими изменениями диэлектрика в электрическом поле.

Ионизационный пробой вызван ионизацией и частичными разрядами, возникающими в газовых включениях изоляции.

Геометрические параметры изоляторов

• H - строительная высота, то есть габарит, который изолятор занимает в конструкции после его установки;

• D - наибольший диаметр изолятора;

• Lу - длина пути утечки по поверхности изолятора;

Lc - кратчайшее расстояние между электродами по воздуху (сухоразрядное расстояние), от которого зависит сухоразрядное напряжение;

• Lм - мокроразрядное расстояние , определяемое при смачивании дождем, падающим под углом 45^о к вертикали.

• Длина пути утечки изолятора нормируется ГОСТ 9920-75 для различных категорий исполнения и в зависимости от степени загрязненности атмосферы (табл. 8.1).

Материалы для изготовления изоляторов

Основные требования к материалам для изготовления изоляторов:

• высокая механическая прочность;

• высокая электрическая прочность;

• негигроскопичность;

• высокая трекингостойкость (для изоляторов наружной установки).

Трек – проводящий след на поверхности изолятора при воздействии частичной электрической дуги.

Фарфор. Электрическая прочность при толщине образца 1,5 мм составляет 30-40 кВ/мм, имеет высокую механическую прочностью на сжатие, меньшую – на изгиб и растяжение.

Стекло. Электрическая прочность при толщине образца 1,5 мм составляет 45 кВ/мм,

по механической прочности не уступает фарфору.

Полимеры (эпоксидные компаунды на основе циклоалифатических смол, кремнийорганическая резина, полиэфирные смолы с минеральным наполнителем и добавкой фторопласта).

Полимеры обладают высокой электрической прочностью, трекингостойкостью, гидрофобностью.

Высокая механическая прочность достигается армированием стеклопластиком.

Бакелизированная бумага, покрытая снаружи водостойкими лаками (для изготовления вводов, изоляции в закрытых помещениях).

Электрические характеристики изоляторов

Uс.р – сухоразрядное напряжение перекрытия при промышленной частоте (минимальное напряжение перекрытия (Uпер) при сухой и чистой поверхности изолятора);

Uм.р – мокроразрядное напряжение перекрытия при промышленной частоте (минимальное напряжение перекрытия при «стандартном» искусственном дожде).

Uм.р < Uс.р на 20-30 %

Загрязнения на поверхности изолятора сильно снижают мокроразрядное напряжение изолятора.

U_имп , (U_50% ) - импульсное разрядное напряжение .

Это амплитуда импульса, при которой из десяти поданных импульсов пять перекрывают изолятор, а оставшиеся пять не приводят к перекрытию (пятидесятипроцентное напряжение перекрытия стандартными грозовыми импульсами);

Импульсное разрядное напряжение практически не зависит от увлажнения и загрязнения изолятора.

U_пр - пробивное напряжение (напряжение пробоя изолятора на частоте 50 Гц, используется редко, так как пробой вызывает необратимый дефект изолятора и поэтому напряжение перекрытия должно быть меньше пробивного напряжения).

U_пр >U_пер

Механические характеристики изоляторов

• минимальная разрушающая сила на растяжение, имеющая преимущественное значение для подвесных изоляторов;

• минимальная разрушающая сила на изгиб, имеющая преимущественное значение для опорных и проходных изоляторов;

• минимальная разрушающая сила на сжатие, которая для большинства изоляторов имеет второстепенное значение;

Измеряется в деканьютонах (даН), что почти совпадает с килограммом силы, или в килоньютонах (кН).

- электромеханическая прочность изолятора – это величина разрушающей механической силы при приложении к изолятору напряжения, равного

75-80 % разрядного напряжения в сухом состоянии (указывается в марке изолятора).

Линейные изоляторы

Линейные изоляторы применяются для изоляции и крепления проводов ЛЭП.

Штыревые линейные изоляторы состоят из изолирующей детали, в которую ввертывается металлический крюк или штырь для закрепления изолятора на опоре.

Подвесные стержневые изоляторы представляют собой стержень из изолирующего материала с выступающими на нем ребрами, армированный с обоих концов металлическими шапками.

Подвесные изоляторы тарельчатого типа применяются на воздушных линиях 35 кВ и выше. Тарельчатые изоляторы собираются в гирлянды.

Гирлянды изоляторов

Количество изоляторов в гирлянде определяется типом изолятора, номинальным напряжением линии, материалом опоры и расположением гирлянды.

Распределение напряжение по гирлянде изоляторов неравномерно.

Рис. 8.14. Гирлянда изоляторов (а) и схема ее замещения (б):

С₀ = 50÷70 пФ – собственная емкость изолятора; С₁ = 4÷5 пФ – емкость изолятора по отношению заземленным частям опоры; С₂ = 0,5÷1 пФ – емкость изолятора по отношению к проводу

Рис. 8.15. Распределение напряжения по изоляторам гирлянды:

1 – без арматуры; 2 – с защитной арматурой; 3- без арматуры и пробитым вторым изолятором

Выбор числа изоляторов в гирлянде

Число изоляторов в гирлянде выбирается из условия

где λэф – удельная эффективная длина пути утечки (табл. 8.1);

Uнаиб.раб – наибольшее рабочее междуфазное напряжение;

Lу1 – геометрическая длина пути утечки одного изолятора;

K – поправочный коэффициент, называемый коэффициентом эффективности изолятора, определяемый как

Перспективные разработки в области линейной изоляции

В настоящее время в России и за рубежом разрабатываются и внедряются новые изоляционные конструкции на воздушных ЛЭП.

В Италии, Германии, СНГ и др. используются изоляционные траверсы на основе стеклопластиков.

Это позволяет отказаться от традиционно применяемых изоляторов и уменьшить габариты и массу опор.

В СибНИИЭ (г.Новосибирск) разработаны траверсы из электроизоляционного бетона, которые крепятся на железобетонных опорах.

ЛЭП с такими опорами на напряжение 10, 35 и 110 кВ проходят опытную проверку.

Станционные и аппаратные изоляторы

Станционные изоляторы применяются в распределительных устройствах станций и подстанций.

Аппаратные изоляторы - это изоляторы, которые входят в конструкцию аппаратов.

Опорные изоляторы применяются для изоляции и крепления шин и токопроводов открытых и закрытых распределительных устройств и аппаратов.

Проходные изоляторы применяются при проходе токопроводов сквозь стены или для ввода напряжения внутрь металлических баков трансформаторов, конденсаторов , выключателей и других аппаратов.

По типу выполнения изоляции проходные изоляторы делятся на сплошные фарфоровые, бумажно-бакелитовые, маслобарьерные и бумажно-масляные (конденсаторного типа).

Для внутренней установки на напряжение до 35 кВ используются фарфоровые армированные проходные изоляторы, внутри которых проходит токоведущий стержень, или бумажно-бакелитовые проходные изоляторы конденсаторного типа.

Недостатками бумажно-бакелитовых вводов являются малая влагостойкость и наличие газовых включений

На напряжении 110 кВ и выше используются конденсаторные вводы с маслобарьерной или бумажно-масляной изоляцией.

В связи с более простой технологией изготовления наиболее распространены бумажно-масляные вводы.

В этой конструкции на токоведущий стержень наматывается изоляция из кабельной бумаги, а между слоями бумаги закладываются металлические обкладки из алюминиевой фольги.

Бумага высушивается под вакуумом и пропитывается трансформаторным маслом.

Сверху конструкция закрывается фарфоровыми покрышками, укрепленными на металлическом фланце.

Пространство внутри покрышек заполняется трансформаторным маслом.

Воздух – основной диэлектрик для создания внешней изоляции.

Достоинства воздуха – экологичность, доступность, способность к самовоспроизведению; недостаток – малая электрическая прочность.

Изоляционные расстояния по воздуху зависят от значений напряжения, воздействующих на электроустановку, и от электрической прочности воздуха.

На разрядные напряжения воздушных промежутков оказывают влияние давление p, температура Т и абсолютная влажность

воздуха.

Подъем на каждые 100 м над уровнем моря или увеличение температуры на каждые 3 С сверх нормальной снижает разрядные напряжения примерно на 1 %.

Рис. 8.22. Воздушные промежутки на ЛЭП и п/cт:

Н1 - провод – стойка опоры; Н2 - провод в окне;

Н3 - провод – провод; Н4 - провод – траверса;

Н5 - провод - транспорт

Промежутки Н1, Н2, Н3, Н4 выбираются по кривым U=f(H), промежуток Н5 - по экологическим соображениям.

Рис. 8.23. Кривые U=f(H)