книги из ГПНТБ / Техника высоких напряжений учеб. пособие

длительности от 2-^3 мксек до сотых и десятых долей секунды. Электрическая прочность при колебательном импульсе, определенная по методике ступенчатого подъема напряжения (образец подвергается воздействию 25-ьЗО колебательных импульсов до пробоя), не зависит

от частоты колебаний в пределах от 50 гц до нескольких килогерц (при неизменном декременте колебаний). При декременте колебаний

191

напряжения t. При импульсах, соответствующих грозовым пере­ напряжениям, коэффициент &н«1,7 для полного импульса 1,5/40иг/ссек и /г„?^2,0 для срезанного импульса. Для внутренних перенапряжений коэффициент импульса изменяется от 1,7 при воздействии апериоди­ ческого импульса длительностью Зч-Ю мксек до 1,35 при воздействии синусоидального напряжения длительностью порядка 1 сек (что ха­ рактерно для квазпстационарных перенапряжений).

§ 9.5. КРАТКОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ ТВЕРДОЙ ИЗОЛЯЦИИ

а. Изоляция па основе эпоксидных н полиэфирных смол

Кратковременная электрическая прочность изоляции на основе эпоксидных компаундов зависит от наполнителя. Добавка наполни­ теля в виде пылевидного кварцевого песка существенно снижает элек­ трическую прочность и увеличивает разброс пробивных напряжений (рис. 9.І6). Как и для микалентной изоляции при постоянном иапря-

женин, по сравнению с переменным электрическая прочность ком­ паунда Д-2 увеличивается приблизительно в 1,5 раза и существенно возрастает разброс пробивных напряжений (среднеквадратичное от­ клонение возросло более чем в 1,5 раза).

В табл. 9.1 приведены значения средних пробивных напряженно­ стей некоторых широко распространенных компаундов в однородном и сильнонеоднородном полях. На рис. 7.8 и 7.9 были приведены зависи­ мости пробивного напряжения от расстояния между электродами для компаунда Д-2.

Средняя пробивная напряженность Дпр компаунда в неоднородном поле снижается с повышением расстояния d между электродами, как это видно из рис. 9.17. Зависимость построена по результатам испы-

192

Т а б л и ц а 9.1

таний трех лабораторий, работавших с различными эпоксидными смолами: ЭД-6, ЭДЛ и Э-2000. Однако компаунд каждой из лабора­ торий содержал на 100 в. ч. (весовых частей) смолы 200 в. ч. пылевид­ ного кварцевого песка. Расхождение между средними значениями .Епр не превышало погрешности измерений. Таким образом, средняя про­ бивная напряженность эпоксидных компаундов одинаковых составов

■ky, равном отношению пробивных напряжений изоляции при постоян­ ном и переменном (амплитудное значение) напряжениях. Для новой микалентной изоляции kyt&2. Для ослабленных участков и при на­ личии сосредоточенных дефектов (проколы) k y снижается, что приво­ дит к увеличению разброса пробивных напряжений при постоянном напряжении. Это обстоятельство объясняется различным распределе­ нием напряженностей по толщине изоляции (по отдельным слоям) при переменном и постоянном напряжениях. В первом случае распреде­ ление напряжения задается главным образом диэлектрическими про­ ницаемостями (e£'=const), во втором случае — проводимостями (уЕ= = const). Это приводит к увеличению неравномерности распределения напряжения вблизи дефектных мест изоляции, обладающих повышен­ ной проводимостью (например, полупроводящая поверхность прокола изоляции). Следствием этого является хорошая дефектоскопия изоля­

пульса kn, величина которого существенно зависит от состояния изоля­ ции. Для новой изоляции /eH=l,5-f-2,0; для состарившейся изоляции при наличии расслоения и других дефектов k„ может быть, даже меньше единицы (рис. 9.21). Импульсная электрическая прочность характери­ зуется несколько большим разбросом значений, чем при напряжении промышленной частоты (см. рис. 9.19). Увеличение разброса является следствием уменьшения коэффициента импульса образцов с понижен­ ной электрической прочностью. На основании этого можно считать, что импульсное напряжение лучше выявляет участки изоляции с по­ ниженной электрической прочностью (обладает лучшей дефектоскопи­ ей). Это явление объясняется тем, что понижение электрической прочности изоляции часто связано с расслоением, а при воздействии импульсного напряжения легче развиваются разряды вдоль щелей, завершающиеся'полным пробоем изоляции.

На рис. 9.22 представлена зависимость 50%-ного импульсного про­ бивного напряжения [/пр от числа импульсов я (1,5/40 мксек). Из ри­ сунка видно, что п ри £ инп> 2 5 кв/см (£ ІІМП—напряженность, создавае­ мая на изоляции воздействую­ щим импульсом) наблюдается за-

Рис. 9.21. Зависимость коэффициента импульса /гн корпусной микалептной изоляции машин от вероятности про­ боя P(U):

толщины

меткое старение изоляции импульсным напряжением. Исследования показывают также, что для нерасслоившейся и слабо расслоившейся изоляции зависимости импульсного пробивного напряжения от кру­ тизны фронта волны имеют возрастающий характер. Для сильно расслоившейся изоляции в этих кривых в ряде случаев имеется мнни-

1 2 0 _

1 0 0

80

П-106

60

60

20

0

200

Рис. 9.22. Зависимость 50%-ного импульсного пробивного напря­ жения новой корпусной микалептной компаундированной изоляции 6,6 кв от числа импульсов п:

импульс 1,5/40 мксек, толщина изоляции 3 .«.и

мум при U' = \ ~ 3 кв!мксек, что объясняется снижением импульсной прочности вследствие развития длинных межслоевых скользящих разрядов.

§ 9.6. ДОПУСТИМЫЕ ВЕЛИЧИНЫ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ

Допустимые значения перенапряжений должны выбираться по двум условиям: 1) на основании импульсной прочности изоляции при соответствующих воздействиях с учетом кумулятивного эффекта и возможности снижения импульсной прочности изоляции в процесса длительной эксплуатации; 2) на основании отсутствия частичных повреждений изоляции при импульсных воздействиях, способных

К96

снизить срок службы при последующем длительном воздействии рабо­ чего напряжения (на основании допустимой интенсивности ч. р. при импульсных воздействиях). Для различных видов изоляции и форм импульсных воздействий каждое из этих условий может явиться опре­ деляющим.

В случае грозовых и коммутационных перенапряжений, приводя­ щих к воздействию апериодических или сильнозатухающих колеба­ тельных импульсов напряжения, напряжение возникновения ч. р. с интенсивностью, приводящей к необратимым разрушениям изоляции (<7Ч. р. > ІО-7 к), мало отличается от пробивного напряжения. Следст­ вием этого является слабая зависимость пробивного напряжения от числа воздействующих импульсов (см. кривые а и б на рис. 9.14). Допустимые напряжения при воздействии таких импульсов обычно определяются электрической прочностью (первое условие). При этом необходимо учитывать некоторое различие в электрической прочности при воздействии импульсов различной формы и длительности: 1) по­ вышение электрической прочности при коротких импульсах (увеличе­ ние пробивного напряжения на lO-f-20% для срезанных импульсов

Для квазистационарных (длительных) перенапряжений, имеющих значительно большие длительности воздействий (характерные формы импульсов приведены на рис. 9.1, г и д), чаще всего определяющей является допустимая интенсивность ч. р. при таких воздействиях, которая может привести к существенному увеличению интенсивности ч. р. при последующем рабочем напряжении (второе условие). В бу­ мажно-масляной и маслобарьерной изоляции при этом можно допу­ стить существование начальных частичных разрядов с интенсивностью менее 10-0 к, так как кратковременное их существование не может привести к ухудшению электрических характеристик изоляции. Если при таких воздействиях будут иметь место критические частичные раз­ ряды с интенсивностью 10“3-н 10“7 к или пробой масляного канала в маслобарьерной изоляции, то они могут привести к необратимым из­ менениям в изоляции — повреждению бумаги или картона с образо­ ванием науглероженных побегов или образованию локальных газозых включений. Эти повреждения могут далее развиваться при приложе­ нии рабочего напряжения и приведут к ускоренному выходу изоля­ ционной конструкции из строя. Последняя должна рассчитываться таким образом, чтобы напряжение критических частичных разрядов £/кр или напряжение, приводящее к пробою масляного канала в мас­ лобарьерной изоляции с учетом статистического разброса характери­ стик изоляции, было больше допустимых квазистационарных пере­

Где (Ту , а Е —среднеквадратичное отклонение напряжения (напря­ женности) критических частичных разрядов.

197

Для большинства изоляционных конструкций

Прн расчетах изоляционных конструкций различные виды воз­ действующих напряжений заменяются испытательными напряжениями (промышленной частоты и импульсными). Определяющим при расче­ тах может быть тот или иной вид испытательного напряжения или длительно воздействующее рабочее напряжение.

Для стандартных импульсов 1,5/40 мксек или срезанных импульсов при времени среза 2-f-3 мксек допустимые напряжения и напряжен­ ности определяются по условию электрической прочности. Получение статистических характеристик электрической прочности требует про­ ведения разрушающих испытаний большого количества образцов. При небольших размерах образцов такие испытания осуществимы и выполнялись в ряде лабораторий. Для этих образцов разброс пробив­ ных напряжений и разрядных напряжений при перекрытии вдоль уступа характеризуется величиной среднеквадратичного отклонения порядка 10%.

Поскольку механизм пробоя мало изменяется прн увеличении тол­ щины диэлектрика, в первом приближении можно считать, что и разброс будет также мало изменяться. Принимая надежность а = =0,99, получаем допустимые расчетные импульсные испытательные напряжения Нисп.пмп и напряженности ЕиСП.ІІМП:

где П0і5 и аи—50%-ное пробивное напряжение и его среднеквадра­ тичное отклонение при соответствующей форме импульса; Еоъ и о£ — 50%-ная пробивная напряженность и ее среднеквадратичное откло­ нение. Для а* = 10% величина Н1ІС„.1]МП= 0,7НОі5 или £ іісп.іімп= 0,7£Оі5.

Для крупногабаритных образцов готовых изделий не представляет­ ся возможным определение 50%-ных разрядных напряжений и сред­ неквадратичных отклонений. В этом случае допустимые расчетные испытательные напряжения и напряженности определяются на ос­ новании испытаний определенного количества образцов по нижним вначениям полученных пробивных напряжений с некоторым коэффи­ циентом запаса.

На основании имеющегося экспериментального материала можно принять следующие допустимые напряженности при импульсном воз­ действии напряжения. Для маслобарьерной изоляции силовых транс­ форматоров допустимые напряженности определяются электрической прочностью масляного канала. Допустимые напряженности в масляном канале в соответствии с формулой (9.5)

198

Для стандартных импульсов 1,5/40 мксек, соответствующих грозовым перенапряжениям, в средней части обмотки Ел- м. к =190 квісм и для края обмотки 160 квісм. Для импульсов, соответствующих коммута­ ционным перенапряжениям, для изоляции в средней части обмотки Дд м к= 140 квісм и для изоляции на краю обмотки 115 квісм.

Для изоляции из кабельной бумаги толщиной 80-f-120 мкм для стандартных импульсов, соответствующих грозовым перенапряже­

(d и I—в см).

Для аппаратной изоляции, наматываемой вручную, допустимая

При воздействии колебательных импульсов напряжения допусти­ мая напряженность в бумажно-масляной изоляции поперек слоев составляет в среднем 85% от значений Дд. нмп, соответствующих им­ пульсам 1,5/40 мксек. Допустимые напряжения вдоль слоев по уступу при воздействии коммутационных импульсов составляют 65-і-70% от значений, соответствующих импульсам 1,5/40 мксек.

Для новой микалентной композиционной изоляции 6,6 кв безопас­ ная импульсная напряженность, не вызывающая старения изоляции при большом количестве импульсов, составляет 250 квісм . По данным ЛПИ, для микалентной изоляции электрических машин на 6-1-15 кв отношение пробивных напряженностей при числе импульсов (1,5740 мксек) /г=2000 и п= 1 составляет Е2ооо/Е1=0,8. Это соотношение может быть использовано для выбора режимов испытаний и оценки

женность новой изоляции можно оценить равной 200 квісм для новой изоляции и 120 квісм для изоляции, бывшей в эксплуатации.-

§ 9.7. ДОПУСТИМЫЕ НАПРЯЖЕННОСТИ ПРИ ОДНОМИНУТНЫХ ИСПЫТАТЕЛЬНЫХ НАПРЯЖЕНИЯХ ПРОМЫШЛЕННОЙ ЧАСТОТЫ

При одноминутных испытательных напряжениях, так же как и при длительных перенапряжениях, можно допустить существование начальных частичных разрядов и нельзя допустить существования критических частичных разрядов. Поэтому величины допустимых

199