40

Федеральное агентство по образованию

Пермский государственный технический университет

Кафедра «Конструирование и технология электрической изоляции»

Курс лекций

по дисциплине «Надежность электрической изоляции»

для студентов очной и заочной формы обучения

специальности 180300, «Электроизоляционная,

кабельная и конденсаторная техника»

разработал ассистент каф. КТЭИ Гиберт Д.П.

Пермь, 2006 г.

Содержание:

Часть 1. Общая теория надежности………………………………………….	3
1.1. Возникновение и сущность проблемы надежности…………………	3
1.2. Основные понятия и характеристики надежности…………………..	9
1.3. Надежность нерезервированных систем без восстановления………	19
1.4. Надежность невосстанавливаемых систем с резервированием…….	21
1.5. Надежность систем в период эксплуатации………………………….	28
Часть 2. Надежность электрической изоляции……………………………...	31
2.1. Характеристики надежности электрической изоляции……………..	31
2.2. Вывод уравнения "кривой жизни" электрической изоляции……….	33
2.3. Частичные разряды в твердой изоляции……………………………..	39
2.4. Функция распределения местной напряженности поля…………….	48
2.5. Уравнение надежности электрической твердой изоляции………….	53
2.6. Расчет времени до отказа твердой изоляции………………………...	54
2.7. Функция безотказной работы жидкой и газообразной изоляции…..	58
Часть 3. Условия работы электрической изоляции…………………………	59
3.1. Классификация действующих на изоляцию нагрузок………………	59
3.2. Электрические напряжения…………………………………………...	60
3.3. Температурные условия работы………………………………………	61
3.4. Механические напряжения……………………………………………	62
3.5. Прочие воздействия. Выбор расчетных условий эксплуатации……	62
Учебно-методические материалы……………………………………………	67

Часть 2. Надежность электрической изоляции

2.1. Характеристики надежности электрической изоляции

Характеристики аналогичны характеристикам, рассмотренным в общей теории надежности (см. часть 1).

В расчетах надежности электроизоляционных конструкций используют ту характеристику, при которой расчеты получаются проще. Электроизоляционная конструкция состоит из ряда элементов. Так, силовой кабель с бумажной пропитанной изоляцией на напряжение до 1000 В состоит из токопроводящих и нулевой жил, электрической изоляции, свинцовой (или алюминиевой) оболочки, упрочняющих элементов (брони) и защитных покровов. Отказ одних элементов (токопроводящих жил, электрической изоляции) вызывает немедленное прекращение работы кабеля, т.е. приводит к отказу конструкции в целом. Повреждение других элементов (защитные покровы, свинцовая оболочка, упрочняющие элементы) не приводит к немедленному отказу конструкции. Пробой электрической изоляции вызывает прекращение функционирования кабельной линии, т.е. потребитель не сможет получать электрическую энергию по кабелю. Кабель с пробитой электрической изоляцией должен быть либо заменен новым, либо отремонтирован. Кабель с поврежденным защитным покровом или поврежденной свинцовой оболочкой может эксплуатироваться некоторое ограниченное время, т.е. обеспечивать питание потребителя электрической энергией до тех пор, пока не повредится изоляция. Повреждение свинцовой оболочки (нарушение ее целостности) приводит к постепенному увлажнению и, как следствие, пробою бумажной изоляции, что вызывает преждевременный отказ конструкции в целом. Приведенный пример показывает, что отказ элементов в конструкции может быть независимым и зависимым.

Независимым называют отказ, вероятность наступления которого не зависит от того, произошел или не произошел отказ какого-либо другого элемента.

Зависимым называют отказ, вероятность наступления которого зависит от появления отказов других элементов.

Так, отказ электрической изоляции в вышеприведенном примере зависит от того, произойдет или не произойдет нарушение целостности свинцовой оболочки, т.е. является зависимым. Нарушение свинцовой оболочки не зависит от отказа других элементов кабеля, т.е. является независимым.

Особенностью электроизоляционных конструкций является то, что в них может происходить самовосстановление их работоспособности. Например, канал пробоя газовой (воздушной) изоляции после отключения ее от источника питания ликвидируется и электрическая прочность газового промежутка принимает первоначальное значение за небольшой промежуток времени. Самовосстановление первоначальной электрической прочности имеет место и в некоторых типах конденсаторов. Вероятность безотказной работы самовосстанавливающейся изоляции:

где Q(τ) – вероятность отказа изоляции (вероятность пробоя); Q_В(τ₁) - вероятность восстановления первоначальной электрической прочности за время τ₁.

Время τ₁ для газовой изоляции воздушных линий электропередачи и подстанций равно времени между отключением и повторным включением участка, где имел место пробой изоляции. Обычно это время составляет 2-3 с.