9. Проаналізуйте вплив атмосферних факторів на величину електричної

міцності ізоляції.

У діелектрику, який знаходиться в однорідному електричному полі, розряд

відбувається завжди по його поверхні, завдяки волозі, адсорбованій з

оточуючого повітря. Певну роль у розвитку поверхневого або ковзного розряду

мають забруднення поверхні діелектрики, а також мікрозазори між

діелектриком і електродом. Під впливом сильного електричного поля молекули

води розпадаються (дисоціюють) на позитивні і негативні іони, що

переміщуються до відповідних електродів. У результаті напруженість поля

поблизу електродів зростає, а в середині проміжку послаблюється, що

приводить до зменшення величини розрядної напруги.

10. Які особливості випробування внутрішньої та зовнішньої ізоляції?

Внутрішня ізоляція – це ділянки електроустаткування, заповнені різними діелектричними матеріалами. Ізоляційні проміжки в атмосферному повітрі – це зовнішня ізоляція.

Методи випробувань поділяються на неруйнівні (це вимірювання опору, ємності тангенса кута, інтенсивності часткових розрядів) і руйнівні – вимірювання напруги пробою ізоляції.

Види випробувальних напруг:

підвищена напруга промислової частоти, підвищена спрямлена напруга, підвищена імпульсна напруга.

Для погодження умов роботи ізоляції й випробувань застосовують такі стандартні види випробувань:

сухорозрядні, мокро розрядні, волого розрядні.

Випробування напругою комутаційних імпульсів здійснюють для електрообладнання класів 330 і 500 кВ. Ізоляцію апаратів, ізоляторів, вимірювальних трансформаторів випробовують аперіодичними імпульсами 250/2500мкс; внутрішню ізоляцію силових трансформаторів – коливальними імпульсами 100/1000 мкс.

Випробування напругою 50 Гц, як і випробування напругою коливального імпульсу, проводять для координації електричної міцності ізоляції електричного устаткування з величиною діючих внутрішніх перенапруг.

Випробування ізоляторів здійснюють змінною напругою 50 Гц, комутаційними і грозовими імпульсами. Випробування змінною напругою здійснюють у сухих умовах і під дощем, що визначає працездатність ізоляції при номінальній напрузі. Випробування комутаційними імпульсами 250/2500 позитивної і негативної полярності також проводять у сухому і мокрому стані. Випробування грозовими імпульсами 1,2/50 мкс позитивної і негативної полярності дозволяють перевірити здатність ізоляції витримувати грозові перенапруги.

Випробування підвищеною напругою дозволяє виявити багато дефектів, особливо зосереджених, що не встановлюються іншими методами, але можуть викликати пробій і неушкодженої ізоляції. Тому профілактичні й післяремонтні випробування підвищеною напругою проводять пясля контролю її спочатку неруйнівними методами, а величина випробувальної наруги має бути на 10-15% нижчою встановленої норми для нового електрообладнання. Ізоляція вважається такою, що витримала випробування, якщо не відбулося пробою, часткових пошкоджень, не спостерігається диму, газу, звуку та інших ознак.

Випробування зовнішньої ізоляції, а також внутрішньої газової проводять 15-ударним методом (додатком по 15 повних і зрізаних імпульсів кожної полярності). Конструкція вважається такою, що витримала випробування, якщо не сталося жодного повного розряду або пошкодження в несамовосстанавлівающейся ізоляції конструкції і відбулося не більше двох повних розрядів в кожній серії з 15 імпульсів в газовій або зовнішньої ізоляції.

Випробування зовнішньої ізоляції проводять як у сухому стані так і під дощем. Сухі умови – це основна характеристика устаткування для закритих приміщень.

11. Наведіть класифікацію захисних апаратів та області їх застосування.

Електричні апарати - це пристрої, які призначені для управління, регулювання і захисту електричних ланцюгів і машин, а також для контролю і регулювання різних неелектричних процесів.

За призначенням(виконуваним функціям) виділяють комутаційні, обмежуючі, пускорегулирующие і інші апарати.

- Комутаційні апарати призначені для включення і відключення електричних ланцюгів; до них відносяться: рубильники, вимикачі навантаження, автоматичні запобіжники. Для цієї групи розподільних пристроїв характерно порівняно рідкісне відключення і виключення.

- Обмежуючі апарати призначені для обмеження перенапруження(розрядники) і струмів короткого замикання(реактори).

- Пускорегулирующие апарати використовують для управління(пуску, регулювання частоти обертання, напруги, струму) електроприводами або іншими споживачами енергії. До цієї групи відносяться контактори, пускачі, контроллери, резистори та ін. Характерна особливість цих апаратів – робота в режимі частих включень і відключень.

- Контролюючі апарати призначені для контролю заданих електричних і неелектричних величин. До цієї групи відносяться реле і датчики. Характерна особливість цих апаратів - контроль вхідної електричної і неелектричної величини.

- Регулюючі апарати використовують для автоматичної стабілізації і регулювання заданого параметра електричного ланцюга або системи. До цієї групи відносяться електричні апарати для стабілізації рівня напруги, струму, частоти обертання і інших величин.

- Вимірювальні апарати призначені для перетворення вимірюваної величини до стандартного(зручного) значення і служать для ізоляції(потенційного розділення) ланцюгів первинної комутації(головного струму) від ланцюгів вимірювальних і захисних приладів. До цієї групи відносяться трансформатори струму, напруги, конденсаторні дільники напруги.

За принципом дії (залежно від використовуваних в них фізичних явищ) виділяють:

- електромагнітні - електромагнітні контактори, реле, пускачі та ін.;

- електромагнітні апарати взаємодії струму з магнітним полем - індукційні, електродинамічні реле та ін.;

- теплові - теплові реле, біметалічні механізми та ін.;

- електричні апарати нелінійної електротехніки - дроселі насичення, магнітні підсилювачі, розрядники та ін.;

- комбіновані - дія цих апаратів грунтована на використанні декількох фізичних явищ.

По сфері застосування виділяють три групи апаратів.

- Апарати розподільних пристроїв застосовуються в електроустановках систем електропостачання(високої і низької напруги) для комутації електричних ланцюгів, обмеження перенапружень і струмів короткого замикання, виміру і інших цілей.

- Апарати управління електроприводами використовують в системах електроприводу виробничих машин і механізмів для пуску, регулювання, контролю і інших функцій.

- Апарати для автоматизації виробничих процесів застосовуються в схемах автоматизації і управління для контролю, регулювання і інших функцій.

По роду струму розрізняють апарати постійного струму, змінного струму промислової частоти, змінного струму підвищеної частоти, випрямленого струму.

По напрузі виділяють електричні апарати низької(до 1000 В) і високої(понад 1000 В) напруги. У зв'язку зі збільшенням робочої напруги підземних споживачів вугільних шахт з'явилися електричні апарати, працюючі при напрузі 1400 В.

За способом виконання функцій, що управляють, електричні апарати підрозділяються на контактні і безконтактні. У контактних апаратах розриви електричного ланцюга відбуваються фізично, у безконтактних апаратах фізичного розриву ланцюгів немає.

По пристрою розрізняють конструктивні електричні апарати - мають тільки механічне навантаження(у тому числі і кріпильні деталі) і активні апарати, які, разом з механічною, мають електричні, магнітні навантаження.

Особливу групу представляють електричні апарати, призначені для роботи в електроустановках гірських підприємств. Для вказаної групи характерні наявність захисних оболонок, посилені конструктивні і активні елементи і інші ознаки.

12. Як визначаэться 50% сухо- й мокро розрядна напруга?

Сухоразрядные напруги ізоляторів залежать від атмосферного тиску, температури і вологості.

Особливістю розряду по поверхні ізоляторів є різке зниження Uср при зростанні відносної вологості повітря понад величину, що відповідає початку конденсації вологи на поверхні ізолятора(для скла 60.70, для фарфору 70.80 %). При розвитку розряду під дощем температура повітря не робить вплив на величину розрядної напруги. Розрядна напруга залежить від атмосферного тиску.

Сухоразрядное напруга. На ізоляційних конструкціях поверхневий газовий розряд протікає в різко нерівномірному полі. Уздовж поверхні ізолятора на розподіл електричного поля робить вплив питома поверхнева місткість ізолятора Co(чим більше Co, тим більше неравномерноеполе). Зі збільшенням нерівномірності поля росте подовжня складова напруженості поля E_ у електроду і полегшується виникнення розряду по поверхні ізолятора. Ємність З росте зі збільшенням діелектричної проникності ε2 і зі зниженням товщини d. Ємність С_о, що називається поверхневою місткістю зразка, визначає міра нерівномірності поля уздовж поверхні. Чим більше питома і поверхнева місткість, тим більше нерівномірно розподіляється напруга по поверхні діелектрика. Поверхнева ємність С_о впливає також на саме протікання газового розряду. З кінця електроду уздовж поверхні ізолятора розвивається стример. Струм стримера викликаний дією подовжньої складової напруженості поля Е_.. Чим більше ємності С_о, тим більше струму стримера і провідності стримера. Зростання струму сприяє зростанню потенціалу голівки стримера і розвитку розряду. Зростання ємності С_о веде до зниження розрядної напруги по поверхні діелектрика.

Мокроразрядное напруга. При зволоженні поверхні діелектрика між електродами протікає струм, викликаний провідністю плівки вологи.

Величина струму витоку залежить від питомої електропровідності товщини водяної плівки(I = 5...100 мА). У місцях найбільшої щільності струму(у електроду з мінімальним радіусом) відбувається виділення теплової енергії. Під дією тепла, що виділяється, відбувається підсушування поверхні ізолятора. Це призводить до різкого зростання падіння напруги на підсушеній ділянці і його перекриття. При цьому опорна точка дуги розташовується на краю водяної плівки і переміщається у міру її висушування.

Розрядна напруга по поверхні ізолятора при дощі називають мокрозарядным напругою U_мр. Згідно з ГОСТом, випробування за визначенням Uмр здійснюються при силі дощу 3 мм/мін, при питомому опорі води ρ_в = 10⁴ Ом-см, виміряній при температурі Тонні = 20ºC. Кут падіння дощу 45º до горизонту для кращого змочування ізолятора. Мокроразрядное напруга тим нижче, чим менше опору витоку по поверхні ізолятора.

13. Поясніть теорію «місточкового» пробою поверхні ізолятора.

Під дією високої напруженості эл. поля в ізоляції в місцях зі зниженою електричною міцністю виникають часткові розряди(ЧР), які предстовляют собою пробій газових включень, локальні пробої малих об'ємів твердого діелектрика. Умови виникнення ЧР визначаються конфігурацією эл. поля ізоляційної конструкції і эл. характеристиками даної області ізоляції.

ЧР зазвичай не приволит до наскрізного пробою діелектрика, проте приволит до місцевого руйнування ізоляції, а при тривалому існуванні когут привести і до наскрізного пробою.

Виникнення ЧР завжди свідчить про місцеву неоднорідність діелектрика. У святи з цим реєстрація характеристик ЧР дозволяє оцінювати якість виготовлення ізоляції і виявляти місцеві дефекти.

Характеристики ЧР досить добре корелюють з разів заходами і кількістю дефектів, тобто дозволяють судити про міру дефектності ізоляційної конструкції.

ЧР виникає тога, корду напруга на включенні досягає пробивної напруги - напруга запалення розряду у включенні. Напруженість эл. поля у включенні пов'язана з напруженістю в іншій частині діелектрика.

14. Як впливають геометричні параметри ізолятора на величину розрядної напруги?

для збільшення розрядної напруги прохідних ізоляторів зменшують питому поверхневу місткість шляхом збільшення діаметру ізолятора у фланця, з якого можна чекати розвитку розряду. Використовується також нанесення у фланця покриття, що напівпроводить, що сприяє вирівнюванню розподілу напруги по поверхні ізолятора і, отже, призводить до збільшення розрядної напруги.

Значення пробивної напруги залежить від товщини діелектрика h і форми ізоляційної деталі, а також конфігурації електродів і параметрів прикладеної напруги - полярності, частоти, амплітуди. Тому воно характеризує не стільки властивості матеріалу, скільки здатність конкретного ізоляційного виробу протистояти дії конкретного електричного поля.

Залежність розрядної напруги від товщини діелектрика, спостерігається за наявності нормальної складової поля поверхні, пов'язана з тим, що при достатній величині відношення відстані між електродами до товщини діелектрика більшість силових ліній поля проходять крізь діелектрик, тому розрядна напруга росте зі збільшенням товщини діелектрика.

15. Які особливості розвитку поверхневого (ковзного ) розряду при дії комутаційних та грозових імпульсів?

Короткочасність грозових імпульсів виключає можливість завершення процесу поширення по зволоженому шару ковзного розряду, спостережуваного при комутаційних імпульсах, і тим більше виключені теплові процеси, що виникають при тривалому підвищенні напруги.

З грозовим імпульсом пов'язані високі швидкості зміни напруги і, отже, великі струми зміщення, що замикаються через поверхневу місткість ізолятора. Тому поверхневий розряд при грозовому імпульсі притискається до поверхні ізолятора тим тісніше, чим крутіше наростання напруги, т. е. чим менше час розряду.

При комутаційних імпульсах внаслідок їх малої тривалості підсушування поверхні не може розвиватися повною мірою і розрядна напруга забруднених ізоляторів виявляється значно вище, ніж при тривалій дії напруги.

При комутаційних імпульсах розряд відбувається на фронту імпульсу. Так само при кому. імпульсах розрядна напруга може бути нижча змінної напруги. Ця важлива обставина враховується при визначенні ізоляційних відстаней в електроустановках.

При грозових імпульсах практично відразу виникає наскрізна фаза розвитку розряду. У цій фазі різко зростає струм розряду і внаслідок зростаючого падіння напруги на внутрішньому опорі джерела починає зменшуватися напруга напруга на проміжку. Значення розрядної напруги відповідає початку наскрізної фази. Наскрізна фаза завершується перекриттям проміжку лідерним каналом і головним розрядом.

16. Назвіть заходи запобігання перекриття поверхні ізолятора.

Для збільшення розрядної напруги проміжку з твердим діелектриком прагнуть використати малогігроскопічні діелектрики або створити покриття з малогігроскопічних матеріалів, що захищають діелектрик від контакту з парами води(наприклад, глазуровка поверхні фарфору), а також забезпечити надійне, без мікропроміжків, сполучення тіла ізолятора з металевою арматурою, використовуючи цементні закладення і еластичні прокладення.

До числа заходів, що запобігають перекриттю по поверхні ізоляторів, внаслідок їх забруднення, можна віднести:

1. Очищення атмосфери(золоуловлювачі, фільтри, підвищення висоти димарів, перехід на газове паливо).

2. Збільшення довжини шляху витоку ізоляторів (збільшення Lэф шляхом збільшення числа ізоляторів в гірлянді).

3. Збільшення Lэф і коефіцієнта форми kф шляхом конструювання спеціальних ізоляторів зі збільшеним числом ребер(туманостойкие ізолятори); збільшення вильоту ребер kф = lут/h > 1,3, де h - будівельна висота ізолятора.

4. Перехід з ОРУ на ЗРУ.

5. Перехід з ВЛ на КЛ.

6. Очищення ізоляції від забруднень струменем стислого повітря, струменем води під високим тиском або імпульсним струменем води з високою питомою провідністю води.

7. Безперервне дощування ізоляторів слабкими струменями води.

8. Захисне покриття ізоляторів гідрофобною пастою один раз в 3…6 місяців.

9. Періодичне визначення інтенсивності забруднення шляхом виміру струму витоку на ізоляторі під робочою напругою і його нормування(встановлюється граничне значення струму витоку).

Основними заходами по забезпеченню нормальної експлуатації ізоляції залишаються планові чистки через термін, визначений як правило місцевими інструкціями підприємств електричних мереж. В цілому планові чистки підвищують експлуатаційну надійність ізоляції, але питання періодичності їх проведення залишається відкритим. В одних випадках чистки можуть бути передчасними, що несе за собою невиправдані витрати трудових ресурсів та недовідпуск електроенергії, а в інших - перекриття передує чистці. Використання гідрофобних покриттів та ізоляторів з напівпровідниковою поливою також, в більшості випадків, не приносять бажаного результату, а отже витрати на їх виробництво, обслуговування перед монтажем і в процесі експлуатації можливо в ряді випадків віднести до прямих збитків.

В ряді випадків перекриття поверхні ізоляторів в мережах з ізольованою нейтраллю призводить до однофазних замикань на землю які в свою чергу створюють сприятливі умови до перекриття ізоляції й пошкодження засобів контролю ізоляції (трансформаторів напруги). Існуючі засоби контролю забруднення ізоляції не достатньо надійні й досить дорогі. Застосування нових типів пристроїв (систем) автоматизованого контролю за станом ізоляції дозволило б підвищити ефективність їх роботи й значно розширити їх функціональні можливості.

17. Що таке довжина шляху витоку, і як вона впливає на величину розрядної напруги?

Основним конструктивним чинником, що впливає на Up зволоженого ізолятора, є довжина шляху витоку, який може регулюватися в широких межах. Тому для збільшення Uм.p. нормується довжина шляху витоку, який зв'язується з провідністю шару забруднення і його питомою електропровідністю. Нормується мінімально допустима довжина шляху витоку ізоляції ут.

Розрядна напруга ізолятора зростатиме зі збільшенням довжини

шляху витоку і зменшенням діаметра ізолятора. Чим меншій струм витоку,

тим вища розрядна напруга ізоляторів. Таким чином важливою

характеристикою опорної ізоляції є довжина шляху витоку.

Питома довжина шляху витоку λ– це довжина шляху витоку Lвт на 1 кВ прикладеної найбільшої робочої напруги Uнр.

18. Як зміниться поверхнева розрядна напруга, якщо збільшити діелектричну проникнисть ізоляції?

Якщо поверхня твердого діелектрика сильно шорстка і містить тріщини, то в цих місцях утворюються повітряні мікропроміжки, які виявляються включеними послідовно з твердим діелектриком. Із-за різних значень діелектричної проникності повітря і твердого діелектрика напруженість поля в мікропроміжках підвищується і, досягнувши початкової напруженості, викликає іонізацію повітряних включень. Іонізація, у свою чергу, стає додатковим чинником посилення неоднорідності поля і зниження Up.

Тобто треба використовувати матеріали з малою діелектричною проникністю для підвищення розрядної напруги.

19. Як впливає частота на величину поверхневої розрядної напруги?

Із зростанням частоти прикладеної напруги стример, наслідуючи шлях з максимальною провідністю, прагне притиснутися до поверхні ізолятора. Стримери, що розвиваються уздовж поверхні ізолятора, називають ковзними розрядами. Т.е. при збільшенні частоти збільшується і поверхнева розрядна напруга, при цьому зменшуючи питому поверхневу ємність.

20.Поясніть механізм втрат від коронного розряду. Коли втрати більші – при постійній і змінній напрузі?

При постійній напрузі напруженість поля у поверхні дроту під час коронирования залишається рівною Ен. Збільшення напруги па дроті призводить до посилення іонізаційних процесів, зростання об'ємного заряду і зниження напруженості до Ен. Внаслідок збільшення об'ємного заряду втрати енергії на корону ростуть тим більшою мірою, чим більше напруги на дроті перевершує початкову напругу корони.

При змінній напрузі корона запалюється в мить, коли напруженість поля у дроту досягає значення Ен, і горить, поки напруга не досягає максимуму. Після цього напруженість поля у дроту стає нижче Ен і корона потухає. Оскільки іони мають малу рухливість, і напруженість поля у дроту в кожен подальший напівперіод посилюється об'ємним зарядом, що залишився від попереднього напівперіоду, миттєве значення напруги, при якій корона запалюється в кожен напівперіод(напруга запалення), менше початкової напруги. Залежність напруги запалення від амплітуди напруги на дроті називається характеристикою запалення корони. Чим вище напруга на дроті, тим більше напруги запалення відрізняється від початкової. При змінній напрузі коронирование дротів інтенсивніше, ніж при постійній напрузі, і за рівних умов втрати енергії на корону істотно більше.