книги из ГПНТБ / Техника высоких напряжений учеб. пособие

зуя углубления в нескольких местах. Эти впадины подвергаются про­ цессу эрозии с возрастающей скоростью, по ка глубина их не достигает некоторой критической величины, после чего через остальную часть диэлектрика прорастают тонкие каналы — дендриты (рис. 8.20).

Главной причиной эрозии служит термическая деструкция. При переходе даже небольшой части энергии частичного разряда в тепло на поверхности диэлектрика может

пониженных напряженностях дендрит, возникший у иглы, продвинув­ шись в глубь промежутка, перестает расти и начинает ветвиться, после чего прорастает вновь. При этом повышается срок жизни изоля­ ции. В твердой изоляции трансформаторов со слабонеоднородным по­ лем дендрит может возникнуть у включений или пустот. В этом случае он продолжает быстро расти вследствие более высокого значения сред­ ней напряженности электрического поля.

б. Композиционная твердая изоляция

Для изоляции обмоток электрических машин и токопроводов широкое распространение получила композиционная твердая изоля­ ция, ряд свойств которой наиболее близко соответствует высоким тре­ бованиям, предъявляемым условиями эксплуатации. В нее входят три составляющие: 1) изоляционный барьер — обеспечивает высокую электрическую прочность; 2) подложка — придает изоляции хорошие

170

механические свойства; 3) связующие — склеивают, пропитывают изо­ ляцию и предохраняют ее от проникновения влаги и образования га­ зовых включений.

В зависимости от свойств связующих изоляция разделяется на термопластическую и термореактивную.

В термопластической изоляции происходит размягчение и миг­ рация связующего при рабочих температурах 80-М30 ° С, потеря монолитности, расслоение и образование газовых включений. При­ мером термопластической изоляции является микалентная компаунди­ рованная изоляция,в которой барь­

товая бумага или реже щипаная слюда, связующими служат эпоксид­ ные, полиэфирные и другие компаунды и лаки, обеспечивающие высо­ кую адгезию, влагостойкость и монолитность; подложкой служит стеклоткань. В табл. 8.1 приведены основные характеристики различ­ ных типов термопластической (микалента) и термореактивной (осталь­ ные типы) изоляции.

Термореактивная изоляция обладает более высокими электриче­ скими, механическими и термическими характеристиками и менее подвержена старению, чем термопластическая. Однако в тех видах термореактивной изоляции, в которых отсутствует изоляционный барьер в виде щипаной слюды, в ряде случаев наблюдается прораста­ ние древовидных каналов (дендритов) в обход чешуек слюды.

На рис. 8.21 приведены зависимости пробивной напряженности композиционной изоляции от времени воздействия напряжения про­ мышленной частоты Env = f(t).

Экспериментально установлено, что при напряженности, не пре­ восходящей допустимой, в некоторых видах изоляции (например, микалентной) в течение длительного времени существуют частичные разряды, не приводящие к снижению электрической и механической прочности. Эти разряды мало влияют на надежность и долговечность

171

172

173

такой изоляции (рис. 8.22). При частичных разрядах в крупных газо­ вых включениях с чрезмерно большой интенсивностью может иметь место ионизационный пробой изоляции. В большинстве случаев перед пробоем изоляции происходит увеличение интенсивности частичных разрядов, что может быть использовано для контроля состояния изо­ ляции в процессе эксплуатации. При напряжении, близком к пробив­ ному, появляются мощные импульсы, превышающие по своей ампли­ туде обычный уровень частичных разрядов на один порядок и более.

Следовательно, ни увлажнение, ни дефекты механического харак­ тера сами по себе-не вызывают существенного снижения электричес­ кой прочности изоляции. Однако при наличии в изоляции одновре­ менно дефектов и увлажнения электрическая прочность резко сни­ жается.

Пробивные напряжения для сухой и увлажненной изоляции при высокой вероятности пробой одинаковы, а при низкой вероятности пробоя электрическая прочность увлажненной (дефектной) изоляции значительно'ниже, чем сухой. Например, электрическая прочность изоляции при вероятности пробоя 0,95; 0,5 и 0,05 снижается вследст­ вие увлажнения соответственно на 16, 23 и 33%.

Большой интерес представляет изменение свойств изоляции вслед-

174

ствие всего комплекса эксплуатационных воздействий. Однако в ла­ бораторных условиях очень трудно производить исследования при одновременном воздействии всех факторов эксплуатации. Более целе­ сообразно изучать это изменение по следующей методике: на основа­ нии функций распределения кратковременных пробивных напряже­ ний изоляции машин (например, двигателей), бывших разное время в эксплуатации (рис. 8.23), строятся зависимости пробивных напряже­ ний й пр от времени эксплуатации или от пробега двигателей I (рис. 8.24) при различных вероятностях пробоя изоляции Р. Такая оценка

— Ң1) с прямой (см. рис. 8.24), соответствующей остающемуся напря­ жению защитных разрядников Пост, дает сроки службы изоляции (ZQ^51 /оі05; /0і02) с соответствующими значениями надежности 1—Р, равными 0,5; 0,95; 0,98.

Таким образом, согласно изложенному методу рабочие напряжен­ ности изоляции можно выбирать по уровню эксплуатационных воздей­ ствий с учетом надежности и долговечности. На рис. 8.23 и 8.24 при­ ведены результаты исследования стеклоэскапоновой изоляции свыше 100 тяговых двигателей постоянного тока 3,3 кв со сроками службы до восьми лет. Интересно отметить, что уменьшение электрической прочности от одновременного воздействия всех факторов во времени происходит примерно по линейной зависимости (см. рис. 8.24), за исключением начального периода эксплуатации (1-^2 года). Анало­ гичные результаты получены при испытаниях изоляции 70 крупных генераторов и 30 трамвайных двигателей.

175

§ 8.8. ВЫБОР ДОПУСТИМЫХ РАБОЧИХ НАПРЯЖЕННОСТЕЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ

Допустимые рабочие напряженности определяются по условию до­ пустимой интенсивности или мощности ч. р. при заданном сроке службы. Следует учитывать, что допустимая напряженность опреде­ ляется характеристиками ч. р. только в том случае, когда отсутствуют электрохимические (электролиз и др.) процессы разрушения изоля­ ции. Эти процессы сильно сказываются, например, в изоляции с хло­ рированными пропитками при постоянном напряжении.

Для маслобарьерной изоляции силовых трансформаторов чаще всего допустимая рабочая напряженность определяется допустимой энергией единичного ч. р. или допустимым кажущимся зарядом ч. р. В настоящее время для силовых трансформаторов при рабочем напря­ жении можно принимать допустимую энергию единичного ч. р. ори­ ентировочно равной ІО-6 дж, а допустимый кажущийся заряд <7= 10-1Q к. Этим значениям соответствуют допустимые рабочие на­ пряженности от 20 до 40 кв/см в зависимости от ряда коструктивных и технологических характеристик изоляции.

Для бумажно-масляной изоляции допустимые рабочие напряжен­ ности определяются мощностью ч. р., при которой за заданный срок службы изоляции исключено возникновение сосредоточенных газовых включений, т. е. выполняется условие /гч, р ■< hz. Тогда для заданного срока службы тсл из (8.24) можно найти допустимую мощность ч. р .

и, учитывая (8.11), допустимую напряженность электрического поля

Для бумажно-масляной изоляции конденсаторов с толщиной ди­ электрика 80 мкм для среднего срока службы около 30 лет при напря­ жении промышленной частоты допустимая мощность ч. р. на единицу длины края электрода равна приблизительно 2 -ІО-8 ern/м, что соот­ ветствует напряженности около 130 кв!си.

Для конденсаторной изоляции из бумаги КОН-І (10-4-12 мкм) с толщиной диэлектрика 60-4-80 мкм допустимая рабочая напряженность

может быть принята : при пропитке минеральным маслом 100-4-140 кв/см; при пропитке более стойкими в электрическом поле хлорирован­ ными диэлектриками (трихлордифенил) 150-М80 кв/см.

Для постоянного напряжения мощность ч. р. более рационально относить к единице площади (1 м2) электродов. В этом случае для бумажно-масляной изоляции конденсаторов допустимая мощность ч. р. равна около 5• 10—8 вт/м2, что соответствует допустимой напря­ женности при /=60-4-80° С около 500 кв/см.

Для аппаратной ленточной изоляции конденсаторного типа с элект­ родами из перфорированной фольги при толщине слоя около 1 мм допустимая мощность ч. р. равна приблизительно 3-10-0 вт/м2, что при переменном напряжении соответствует напряженности около

176

40 кв!см. При изменении толщины слоя допустимая рабочая напряжен­ ность (в кв!см)

полем допустимая рабочая напряженность, вычисленная по аналогич­ ным условиям, равна 50-4-60 кв!см. Подобный расчет для постоянного напряжения приводит к величине допустимой рабочей напряженности около 400-К600 кв!см для изоляции из конденсаторной бумаги КОН-II (100 мкм) и около 150-^300 кв/см для ленточной изоляции из кабель­ ной бумаги.

тоты

177

При применении избыточного давления пропитывающего состава величина допустимой рабочей напряженности при переменном напря­ жении возрастает.

Для композиционной изоляции трудно выделить какой-либо фак­ тор, который мог бы служить критерием для выбора рабочих напря­

надежность (см. рис. 8.24). Подобный метод выбора рабочих напряжен­ ностей применяется уже в течение нескольких десятилетий. Недоста­ точное теоретическое обоснование метода компенсируется богатым эксплуатационным опытом. Применяемые рабочие напряженности для композиционной изоляции бли зки к оптимальным.

На основании многолетнего опыта толщина изоляции электричес­

машины, кв, что обеспечивает надежную работу в течение базового срока службы (20-5-30 лет).

На рис. 8.25 представлены зависимости толщин изоляции и рабо­ чих напряженностей от номинального напряжения машины.

В последние годы в связи с прогрессом в электроизоляционной технике наметилась тенденция к увеличению рабочих напряженностей изоляции (см. пунктирные кривые на рис. 8.25). Так, в СССР изготов­ лены опытные партии электрических машин 6,6 кв с микалентной изоляцией толщиной 2,1 мм вместо ранее применяемой 3,0 мм. Опыт эксплуатации показал, что машины с повышенными напряженностями работают удовлетворительно. В СССР и за рубежом для некоторых

178

При выборе допустимых рабочих напряженностей-в сложных изоля­ ционных конструкциях необходимо учитывать неравномерность рас­ пределения напряжения по отдельным элементам. В табл. 8.2 приве­ дены значения рабочих напряженностей для различных изоляционных конструкций, которые широко применяются многими заводами-изго- товителями как в СССР, так и за границей.

ГЛАВА IX. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ ВНУТРЕННЕЙ ИЗОЛЯЦИИ ПРИ КРАТКОВРЕМЕННЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ НАПРЯЖЕНИЯ

§ 9.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Электрическая прочность при кратковременных воздействиях на­ пряжения характеризует способность изоляции противостоять этим воздействиям и определяется пробивным напряжением (пробивной напряженностью электрического поля) при соответствующих норми­ рованных воздействиях.

При определении электрической прочности необходимо учитывать статистический характер явления пробоя. Чаще всего определяются среднее значение пробивного напряжения (напряженности) и средне­ квадратичное его отклонение. Однако если для внешней изоляции, которая является самовосстанавливающейся (т. е. восстанавливает свою электрическую прочность после пробоя), возможно накопление большого статистического материала по электрической прочности, то для внутренней изоляции, в большинстве случаев не восстанавли­ вающей электрическую прочность после пробоя, получение большого количества экспериментальных данных по пробивным напряжениям наталкивается на значительные экспериментальные трудности и свя­ зано с большими затратами. Поэтому в ряде случаев приходится ориен­ тироваться только на средние значения пробивных напряжений (на­ пряженностей) и грубую оценку среднеквадратичных отклонений или даже на нижние значения пробивных напряжений (напряженностей)' в рассматриваемой совокупности опытов.

Кратковременная электрическая прочность обычно рассматрива­ ется применительно к нижеследующим воздействиям:

а) электрическая прочность при кратковременном приложении напряжения промышленной частоты .(плавный подъем напряжения- с определенной скоростью или одноминутное приложение напряже­ ния). Последнее имеет особое значение при определении требуемых, габаритов изоляции применительно к заданным испытательным нап­ ряжениям промышленной частоты, при определении допустимых ис­ пытательных напряженностей электрического поля при этих испыта­ ниях, а также при определении размеров (допустимых напряженно­ стей) при длительных (квазистационарных) перенапряжениях;

б) электрическая прочность при импульсных напряжениях с дли­ тельностью порядка десятков микросекунд. Сведения об электриче­ ской прочности изоляции при этих импульсах используются при опре-

179