ESVT_IETOp (1)

ЭСВТ ЭЛТИ

где К1- коэффициент, учитывающий невыявленные дефекты при кратковременном испытании диэлектрика конденсатора

(К1 =1,5-3,0).

Для косинусных бумажно-масляных конденсаторов напряжение на секции равно 720-980 В, для импульсных конденсаторов - 5-10 кВ.

Емкость отдельной секции для высоковольтных конденсаторов не должна превышать 1,5-2,5 мкФ.

Число последовательных секций в конденсаторе

Для комбинированной (бумажно-пленочной) изоляции рабочая напряженность в диэлектрике может быть повышена при малых толщинах изоляции (d = 20-30 мкм) до 30-35 кВ/мм, вместо

12-14 кВ/мм (d = 50-60 мкм) для бумажно-масляной изоляции. Для конденсаторной бумаги КОН-I, пропитанной

минеральным маслом, рабочая напряженность может быть принята

Ераб = 3,3 d-0,58, кВ/мм (3-35)

напряженность возникновения начальных ЧР

где d - толщина диэлектрика, мм.

При расчете конденсаторной изоляции необходимо выполнить ус-

ловие Ераб < Ен < Еисп < Екр.

Для конденсаторов с ограниченным ресурсом работы можно допустить наличие ЧР при рабочем режиме, т.е. Ераб ≥ Ен.

ЭСВТ ЭЛТИ

3.2.Вопросы для самопроверки

1.Перечислить виды жидких диэлектриков, используемых в качестве изоляции электроэнергетического оборудования.

2.Назовите разновидности минеральных жидких диэлектриков и дайте им краткую характеристику.

3.Дайте краткую характеристику представителям жидких диэлектриков растительного происхождения.

4.Перечислите наиболее распространенные синтетические жидкие диэлектрики и назовите области их применения.

5.Какое влияние оказывают газообразные и твердые примеси на электрическую прочность трансформаторного масла?

6.В каких состояниях может находится влага в объеме жидкого диэлектрика?

7.Какое влияние оказывает влага на электрическую прочность трансформаторного масла?

8.Как определяется электрическая прочность трансформаторного масла?

9.Приведите вольт-секундную характеристику технически чистого трансформаторного масла и объясните ее ход.

10.Объяснить «эффект полярности» при пробое трансформаторного масла в резконеоднородном поле.

11.Каким параметром определяется электрическая прочность трансформаторного масла, заливаемого в электрооборудование различного класса напряжения?

12.Какое влияние оказывает степень неоднородности электрического поля на прочность жидких диэлектриков?

13.При каких отношениях диаметров коаксиальных электродов пробивное напряжение трансформаторного масла имеет наибольшее значение?

14.Объяснить эффект снижения электрической прочности движущегося трансформаторного масла по сравнению с неподвижным состоянием на переменном напряжении.

15.Чем объяснить эффект увеличения пробивного напряжения движущегося трансформаторного масла на импульсном напряжении?

16.Почему пробивное напряжение воды технической очистки на импульсах не зависит от скорости течения?

17.Какими последствиями сопровождается перекрытие внутренней

ЭСВТ ЭЛТИ

изоляции?

18.Перечислить факторы, оказывающие влияние на величину напряжения перекрытия твердых диэлектриков в жидкостях.

19.Назовите оптимальное соотношение диаметров коаксиальных электродов при перекрытии центрирующих изоляторов.

20.Объяснить зависимость напряжения перекрытия центрирующих изоляторов в трансформаторном масле от материала ( εv ) твердого диэлектрика.

21.Приведите примерный ход зависимости Uпер= f (εv ) в воде ( εm = 80 ) для центрирующих изоляторов и дайте объяснение.

22.Объяснить влияние формы центрирующих изоляторов на напряжение перекрытия в жидких диэлектриках.

23.Объяснить влияние удельного объемного сопротивления воды на Uпер центрирующих изоляторов в широком диапазоне изме-

нения ρv.

24.Перечислить наиболее существенные факторы, оказывающие наибольшее влияние на Uпер центрирующих изоляторов в воде.

25.Что такое маслобарьерная изоляция? Перечислить конструктивные особенности МБИ.

26.Каким образом производят регулирование поля в изоляции маслобарьерного ввода?

27.Назовите методы регулирования электрического поля в маслобарьерных вводах.

28.Что такое бумажно-масляная изоляция? Конструктивные особен-

ности бумажно-масляной изоляции.

29.Что представляют собой начальные и критические частичные разряды в изоляции?

30.Чем опасны частичные разряды в бумажно-масляной изоляции? 31.Объясните зависимость электрической прочности бумажно-мас- ляной изоляции от количества слоев бумаги между электродами. 32.Какие преимущества имеет бумажно-пленочная изоляция перед

бумажно-масляной?

33.Дать краткую характеристику методам защиты краев конденсаторных обкладок.

34.Построить эпюры напряженностей электрического поля в слоях маслобарьерного ввода в радиальном и аксиальном напрявлениях при регулировании поля в радиальном направлении.

ЭСВТ ЭЛТИ

35.Построить эпюры напряженностей электрического поля в слоях маслобарьерного ввода в радиальном и аксиальном направлениях при регулировании поля в аксиальном направлении.

3.3. Методические приемы решения задач

Задача 3-1. Сферический конденсатор залит трансформаторным маслом с пробивной прочностью 200 кВ/см. Радиус наружного электрода 12 см. Определить радиус внутреннего электрода и максимальное напряжение, которое можно приложить к данному конденсатору.

Решение. Максимальная напряженность имеет минимальное значение, если радиус внутренней сферы

r = R2 = 122 = 6 cм.

Из формулы (1-29)

4U Emaxmin = Enp = R

находим максимальное напряжение, которое можно приложить к конденсатору

Задача 3-2. Определить напряжение перекрытия изолятора типа «ступенька» из полиметилметакрилата для коаксиальной формирующей линии, заполненной водой с удельным объемным сопротивлением, равным 3,1 104 Ом см, на импульсах положительной полярности ( а 2000 кВ / мкс). Межэлектродное расстояние δ равно

25 мм (D/d÷e).

Решение. Находим размеры коаксиальной системы. При D/d = e диаметр внутреннего электрода

Диаметр наружного электрода

D = d e = 29 2,72 = 80 мм.

Максимальная напряженность поля при перекрытии изолятора типа «шайба» из ПММА в воде с ρv = 2 105 Ом см на импульсах положительной полярности (а = 2000 кВ/мкс) определится из (3-11)

ЭСВТ ЭЛТИ

Еmax = 53,8-1,1 25 = 26,5 кВ/мм.

Напряжение перекрытия изолятора типа «шайба» из полиметилметакрилата находим из уравнения

Коэффициент Кf находим из выражения (3-15) с учетом данных, приведенных на рис.3-3

Коэффициент Кε = 1,0 , т.к. влияние материала учтено при расчете

Emax из выражения (3-11).

Определяем напряжение перекрытия изолятора типа «ступенька»

Uпери= Uперш Кρv K f Kε Kt =

= 384 0,68 0,90 1,0 1,0 =235 кВ.

Задача 3-3. Определить пробивное напряжение проходного цилиндрического изолятора, работающего под напряжением 110 кВ. Изолятор имеет три слоя изоляции: бакелизированная бумага, масло и фарфор с пробивными напряженностями электрического поля 110 кВ/см; 63,7 кВ/см и65,0 кВ/см, при диэлектрических проницаемостях, соответственно 4,3; 2,5 и 5,5. Токоведущий стержень имеет радиус 2 см, а внешние радиусы слоев изоляции, соответственно, равны 3 см; 14 см и 16,5 см. Под пробоем всех его слоев следует подразумевать последовательный пробой всех его слоев. Иметь в виду, что после пробоя одного из слоев изолятор нужно рассматривать как двухслойный, а затем-однослойный.

Решение. Максимальная напряженность поля в любом из цилиндрических слоев определится из выражения (3-19). В бакелизированной бумаге

ЭСВТ ЭЛТИ

Наиболее близкой к пробивной является максимальная напряженность во втором (масляном) слое, что следует из сравнения Епр2 и Емах2 для второго слоя.

Определяем запас прочности для второго слоя

Если увеличить приложенное к изолятору напряжение в К2 раз, произойдет пробой второго слоя при напряжении

U/ = K2 U = 3,14 110 = 345,4 кВ.

После пробоя масла проходной изолятор становится как бы двухслойным. Приложенное напряжение 346 кВ, распределившись между оставшимися слоями, вызовет пробой первого, а затем и третьего слоев изолятора.

В этом нетрудно убедится, приняв емкость второго слоя на единицу длины С2, равную бесконечности, и определив максимальную напряженность поля заново в первом слое

Емкость первого слоя на единицу длины

ЭСВТ ЭЛТИ

Емкость третьего слоя С3 = 18,9 пФ/см.

Следовательно, напряжение 345,4 кВ оказалось пробивным для всего изолятора.

Задача 3-4. Цилиндрический двухслойный конденсатор имеет радиус внутреннего электрода 1,4 см, а наружного - 4,6 см. Относительная диэлектрическая проницаемость внутреннего слоя изоляции равна 6, наружного - 2. Определить необходимые толщины слоев

изоляции с учетом равенства максимальных напряженностей электрических полей. К конденсатору приложено напряжение равное

130 кВ.

Решение. С учетом (3-19)

Из условия равенства Emax1 = Emax2 имеем r0ε1 = r1ε2. Откуда искомый радиус поверхности раздела между слоями

Толщина изоляции первого слоя d1 = r1 - r0 = 4,2 - 1,4 = 2,8 см, а

второго d2 = r2 - r1 = =4,6 - 4,2 = 0,4 см.

Тогда

Emax1 = Emax2 = 6,72 кВ/см.

Задача 3-5. При намотке бумажного цилиндрического конденсатора между слоями образовалась воздушная тонкая прослойка. Определить напряженность электрического поля в этой прослойке, приняв радиусы электродов r =1 см;R = 6см, радиус расположения прос-

ЭСВТ ЭЛТИ

лойки r1 = 2 см, диэлектрическую проницаемость материала изоляции ε =6, а во втором варианте-3. Амплитуда приложенного напря-

Решение. Напряженность поля в однородной среде

Напряженность поля в прослойке

что недостаточно для возникновения частичных разрядов.

Задача 3-6. Косинусный конденсатор с бумажно-масляной изоляцией имеет реактивную мощность равную 36 квар при рабочем напряжении промышленной частоты 10,5 кВ. Определить емкость конденсатора С, общее количество секций и емкость отдельной секции. Решение. Емкость конденсатора находим из выражения

Принимаем толщину бумажно-масляной изоляции в секции конденсатора 60 мкм. Используем бумагу типа КОН-I с толщиной лис-

Для заданного типа конденсатора Ераб = 14 кВ/мм (см. табл.П-20). Тогда рабочее напряжение секции находим по формуле (3-29)

Принимаем 12 секций.

Емкость секции Сс = N C = 12 1,04 10-6 = 12,48 10-6 Ф.

Число параллельных секций

ЭСВТ ЭЛТИ

Емкость секции при комбинированном соединении (3-34)

Общее число секций Z = M N = 6 12 = 72 секции.

Напряженность возникновения начальных ЧР (3-36)

Ен = 3,6 d-0,58 = 3,6 (6 10-2)-0,58 = 18,41 кВ/мм.

Напряженность возникновения критических ЧР

Екр = 9,5 d-0,58 = 9,5 (6 10-2)-0,58 = 48,57 кВ/мм.

Задача 3-7. Определить размеры токоведущего стержня конденсаторного ввода Uн=150 кВ с бумажно-масляной изоляцией при токовой нагрузке 800 А.

Решение. По табл. П-4 (см. Приложения) находим Uсхв = 375 кВ. Расчетное напряжение U = 1,1 Uсхв = 1,1 375 = 412,5 кВ. Рабочее напряжение (3-23)

Максимальный расчетный градиент определяем из формулы (3-22),

Находим радиус токоведущего стержня из условия минимального значения максимальной напряженности поля (3-21)

Приняв допустимую плотность тока в токоведущем стержне

jдоп = 1,2 А / мм2 , находим его радиус из токовой нагрузки (3-25)

Сечение токоведущего стержня по токовой нагрузке

S = πr2 = 3,14 14,52 = 660,2 мм2.

Принимаем окончательно радиус токоведущего стержня из условия минимума максимальной напряженности поля равным 17 мм.

ЭСВТ ЭЛТИ

Токоведущий стержень выбираем в виде трубы из меди с наружным радиусом 17 мм.

Находим внутренний радиус трубы из выражения

Окончательно принимаем трубу с наружным диаметром 17 мм и внутренним диаметром 9 мм.

Тогда максимальная напряженность поля

1,8U 1,8 412,5

Er max = 3,6r = 3,6 17 ,0 = 12,1 кВ / мм.

3.4. Примеры для самостоятельного решения

Пример 3-1. Сферический конденсатор залит трансформаторным маслом с пробивной прочностью 160 кВ/см. Радиус внутреннего электрода 8 см. Определить радиус наружного электрода и максимальное напряжение, которое можно приложить к данному конденсатору.

Ответ. 16 см; 640 кВ.

Пример 3-2. Определить радиус внутреннего электрода сферического конденсатора и максимальную напряженность поля при пробое трансформаторного масла, если радиус наружного электрода равен 6 см, а пробивное напряжение 90 кВ.

Ответ. 3 см; 60 кВ/см.

Пример 3-3. Двухслойный плоский конденсатор с расстоянием между электродами 8 мм заполнен жидкостью (ε1 = 2,0) с электрической прочностью 10 кВ/мм. Пробьется ли конденсатор при напряжении 100 кВ, если на один из электродов положить пластинку толщиной 5 мм из твердого диэлектрика (ε2 = 3,5) с электрической прочностью 20 кВ/мм.

Ответ. Е1 = 17,07 кВ/мм; Е2 = 9,76 кВ/мм. Первый слой (жидкий диэлектрик) пробьется. После пробоя напряженность поля во втором слое возрастет и достигнет величины Е = U/d2 = 100/5 = 20 кВ/мм, что вызовет пробой второго слоя, и, следовательно, всего конденсатора.