Ответы на ТВН

ляризацией; Iабс – ток абсорбционной составляющей (замедленной поляризации); Iпр – ток сквозной проводимости.

2

tqδ

1

U

U ч.р.

Характерные зависимости tgδ = f (U ). 1 – в изоляции частичные разряды отсутствуют; 2 – в изоляции возникают частичные разряды при напряжении U ≥Uч.р.

Важное практическое значение tgδ имеет и потому, что величина чувствительна к изменениям состояния или качества изоляции. Ухудшение качества изоляции обычно сопровождается значительным ростом удельной проводимости γ, и, следовательно, величины tgδ. Поэтому по значению tgδ можно судить о состоянии изоляции, о наличии в ней загрязнений и в частности влаги.

Величина tgδ зависит от природы материала частоты источники, температуры и не зависит от схемы замещения.

Т.о. диэлектрические потери зависят от U, w, Cp и tgδ материала. Емкость зависит от ε, а ε зависит от материала и внешних условий (влажности и т.д.).

Т.о. диэлектрические потери могут принимать опасные значения для диэлектриков, которые используются в участках высокого напряжения и частоты.

10.Разряд вдоль поверхности твердых диэлектриков в однородном поле.

Рассмотрим влияние твердого диэлектрика на возникновение и развитие разряда в воздухе вдоль поверхности изолятора. В конструкции (на рис. 3.8, а) силовые линии электрического поля параллельны поверхности диэлектрика и поле однородно.

В изоляционной конструкции (см. рис. 3.8, а) электрическая прочность промежутка с диэлектриком меньше, чем прочность чисто воздушного промежутка. Это связано с адсорбцией влаги из окружающего воздуха на поверхности диэлектрика, а также с микрозазорами между твердым диэлектриком и электродом. Поверхность всех тел во влажном воздухе покрыта тончайшей пленкой воды. Ионы, образующиеся в этой пленке под действием электрического поля, перемещаются к электродам. В результате этого поле вблизи электродов усиливается, а в середине промежутка – ослабляется. Усиление поля у

электродов приводит к снижению электрической прочности промежутка. Это снижение тем больше, чем гигроскопичнее диэлектрик.

Уменьшение напряжения перекрытия изолятора при наличии микрозазора между диэлектриком и электродом или микротрещины на поверхности диэлектрика связано с увеличением в них напряженности поля вследствие различия диэлектрических проницаемостей воздуха и твердого диэлектрика (диэлектрическая проницаемость твердого диэлектрика в 3–4раза больше, чем воздуха). Увеличение напряженности поля к микрозазорах приводит к возникновению там ионизационных процессов, продукты которых (ионы и электроны), попадая в основной промежуток, создают местное усиление поля, приводящее к уменьшению напряжения перекрытия.

Для увеличения разрядного напряжения промежутка с твердым диэлектриком стремятся использовать малогигроскопичные диэлектрики или создать покрытия из малогигроскопичных материалов, защищающие диэлектрик от контакта с парами воды (например, глазуровка поверхности фарфора), а также обеспечить надежное, без микрозазоров, сопряжение тела изолятора с металлической арматурой, используя цементные заделки и эластичные проводящие прокладки.

11. Разряд вдоль поверхности твердых диэлектриков в резконеоднородном поле, разряд по увлажненной и загрязненной поверхности твердых диэлектриков.

В конструкции (на рис. 3.8, б) поле неоднородно и тангенциальная составляющая напряженности поля на поверхности диэлектрика Еτ преобладает над нормальной составляющей En. В конструкции (на рис. 3.8 ,в) поле также неоднородно, но преобладает нормальная составляющая.

В изоляционной конструкции (см. рис. 3.8, б) поле неоднородное, следовательно, как и в случае чисто воздушного промежутка, разрядное напряжение меньше, чем в однородном поле. Влияние гигроскопичности диэлектрика и микрозазоров здесь качественно такое же, как и в конструкции на рис. 3.8,а, но оно слабее выражено, т. к. электрическое поле и без того существенно неоднородно. При достаточно большой неоднородности поля в этой изоляционной конструкции, как и в чисто воздушном промежутке, возникает коронный разряд. Образующиеся при этом озон и окислы азота воздействуют на твердый диэлектрик. Наибольшую опасность коронный разряд представляет для полимерной изоляции, особенно если он имеет стримерную форму. Температура в канале стримера достаточно высока, и соприкосновение его с поверхностью диэлектрика может приводить к термическому разложению диэлектрика и образованию обугленного следа с повышенной проводимостью. Длина этого следа (трека) со временем возрастает, что приводит к перекрытию изолятора с необратимой потерей им электрической прочности.

Всe сказанное справедливо и для конструкции на рис. 3.8, в. Большая нормальная составляющая элек-

трического поля способствует сближению канала стримера с поверхностью диэлектрика, что повышает вероятность повреждения диэлектрика. Электрическая прочность этой конструкции еще меньше, чем конструкция на рис. 3.8,б. Каналы стримеров, развивающихся вдоль поверхности диэлектрика, имеют значительно большую емкость по отношению к внутреннему (противоположному) электроду, чем в конструкции с преобладанием тангенциальной составляющей поля. Поэтому через стримерные каналы проходит сравнительно большой ток. При определенном значении напряжения ток возрастает настолько, что температура стримерных каналов становится достаточной для термической ионизации. Термически ионизированный канал разряда, развивающегося вдоль диэлектрика, на поверхности которого

нормальная составляющая напряженности поля превышает тангенциальную составляющую, называют

каналом скользящего разряда.

Проводимость канала скользящего разряда значительно больше проводимости канала стримера, поэтому падение напряжения в канале скользящего разряда меньше, а на неперекрытой части промежутка – больше, чем в каналах стримера. Увеличение напряжения на неперекрытой части промежутка приводит к удлинению канала скользящего разряда и полному перекрытию промежутка при меньшем значении напряжения между электродами.

Длина канала скользящего разряда зависит от его проводимости, а следовательно, от значения тока в нем. В свою очередь, ток зависит от напряжения между электродами, изменения напряжения и емкости канала стримера относительно противоположного электрода. Влияние этих параметров отражено в эмпирической формуле Теплера, согласно которой длина канала скользящего разряда:

lСК = χ1 С2 U 5 4 dudt , где χ1 – коэффициент, определяемый опытным путем;

С – удельная поверхностная емкость (емкость поверхности диэлектрика, по которой развивается разряд относительно противоположного электрода;

U – приложенное напряжение.

Выражение для нахождения разрядного напряжения:

dU/dt постоянным, что в первом приближении соответствует постоянству частоты приложенного напряжения.

Из формулы Теплера следует, что рост длины изолятора дает относительно малое повышение разрядного напряжения. Поэтому для увеличения разрядных напряжений проходных изоляторов уменьшают удельную поверхностную емкость путем увеличения диаметра изолятора у фланца, с которого можно ожидать развития разряда. Используется также нанесение у фланца полупроводящего покрытия, что способствует выравниванию распределения напряжения по поверхности изолятора и, следовательно, приводит к увеличению разрядных напряжений.

Разряд по увлажненной и загрязненной поверхности твердых диэлектриков.

К атмосферным воздействиям, приводящим к значительному снижению напряжений перекрытия (разрядных напряжений) изоляторов, относятся дождь и увлажненные загрязнения их поверхности. Рассмотрим развитие разряда в случае, когда поверхность изолятора загрязнена и увлажнена.

Под действием приложенного к изолятору напряжения по увлажненному слою загрязнения проходит ток утечки, нагревающий его. Так как загрязнение распределено по поверхности изолятора неравномерно и плотность тока утечки неодинакова на отдельных участках изолятора из-за сложной конфигурации его поверхности, то нагревание слоя загрязнения происходит также неравномерно. На тех участках изолятора, где плотность тока наибольшая, происходит интенсивное испарение воды и образуются подсушенные участки с повышенным сопротивлением. Распределение напряжения по поверхности изолятора меняется. Почти все напряжение, воздействующее на изоляцию, оказывается приложенным к подсушенным участкам. В результате этого подсушенные участки перекрываются искровыми каналами, называемыми частичными перемежающими дугами. Сопротивление искрового канала меньше сопротивления подсушенного участка поверхности изолятора, поэтому ток утечки возрастает. Возрастание тока утечки приводит к дальнейшему подсушиванию слоя загрязнения, а следовательно и к увеличению его сопротивления.

Интенсивное подсушивание поверхности изолятора у концов дуг приводит к их удлинению. Подсушивание всей поверхности ведет к снижению тока утечки, а увеличение длины частичных дуг – к его росту. Если результатом этого будет уменьшение тока утечки, то дуги погаснут, если же ток утечки будет расти, то частичные дуги будут удлиняться и перекроют весь изолятор. Так как параметры частичной дуги и количество дуг, одновременно существующих на поверхности изолятора, случайны, то и перекрытие также является случайным событием, характеризуемым определенной вероятностью. Вероятность перекрытия изолятора повышается с увеличением воздействующего напряжения, т. к. при этом возрастает ток утечки, что благоприятствует удлинению частичных дуг до полного перекрытия изолятора.

Из приведенной картины развития разряда следует, что разрядные напряжения изоляторов будут тем выше, чем меньше ток утечки: IУ =URУ .

где IУ – ток утечки по изолятору; RУ – сопротивление утечки по поверхности изолятора.

Если слой загрязнения имеет толщину с удельным объемным сопротивлением ρ, то для цилиндрического гладкого изолятора диаметром D имеем:

π D ∆ - площадь кольца, ∆- толщина.

Следовательно, разрядное напряжение изолятора будет возрастать с увеличением длины пути утечки и уменьшением диаметра изолятора:

U ПР = πI ρD L∆ .

Так как процессы подсушки поверхности изолятора происходят относительно медленно, то при кратковременных перенапряжениях они не успевают развиться и напряжение перекрытия бывает выше,

чем при длительном воздействии напряжения.

12.Распределение напряжения по гирлянде изоляторов, выбор числа изоляторов в гирлянде.

Переменное и импульсное напряжение распределяются по изоляторам гирлянды неравномерно, и чем больше изоляторов в них, тем неравномерное распределение напряжения.

напряжения на первом проводе от изолятора.

Если: С2≠0, а С1=0, то наибольшее падение напряжение на первом изоляторе от траверсы.

В реальных условиях С1>С2 поэтому ∆U1max на первом от провода изоляторе и уменьшается с удалением от него, но при приближении к траверсе опять несколько возрастает.

При удалении от первого изолятора падение напряжения снижается, а при приближении к траверсе падение напряжения увеличивается.

При увлажненном загрязнении поверхностей изоляторов, а также под дождём распределение напряжения вдоль гирлянды выравнивается, поскольку в этих случаях оно определяется главным образом сопротивлениями утечки изоляторов.

Выбор числа изоляторов:

Lу – Длина пути утечки изолятора – наименьшее расстояние по поверхности изолирующей части между двумя электродами.

Разряд на отдельных участках изолятора может отрываться от поверхности и развиваться в воздухе. В результате этого влагоразрядные напряжения оказываются пропорциональны на Lу, а эффективной

длине утечки: Lэф = LKу .

К – коэффициент эффективности изолятора.

В качестве характеристики надёжности изоляторов при рабочем напряжении принята удельная эффек-

λэф – нормируется в зависимости от степени загрязненности атмосферы и номинального напряжения

установки.

Для надёжной эксплуатации при рабочем напряжении геометрическая длина пути утечки изоляторов должна определяться как: Lу ≥ КλэфU наиб. раб. .

Число изоляторов гирлянде должно быть: n ≥ KλэфU наиб. раб. .

Lу1

Lу1 – геометрическая длина пути утечки одного изолятора

U наиб. раб. – наибольшее рабочее междуфазное напряжение, т.е. линейное.

13.Регулирование электрических полей во внутренней изоляции.

Внутренняя изоляция – те элементы или участки электроизоляционной конструкции, в пределах которой изоляционные промежутки между проводниками заполнены газообразными, жидкими или твердыми диэлектрическими материалами или их комбинацией, но не атмосферным воздухом.

Целью регулирования электрических полей является повышение эффективности использования изо-

ляции. Для надежной эксплуатации изоляции необходимо, чтобы максимальные напряженности поля не превосходили допустимого значения ЕМАКС ≤ ЕДОП . Если выразить Емакс через коэффициентом неод-

нородности электрического поля kн = Емакс/Еср и среднюю напряженность поля Еср=U/d (U – рабо-

ченн напряжение, d – толщина изоляции), то получим КН (Ud )≤ ЕДОП или d ≥ (UЕДОП ) KH . где Едоп - допустимая напряженность, соответствующая отсутствию разрядных процессов в изоляции при данном виде воздействующего напряжения Uвозд (импульсном, одноминутном испытательном, рабочем).

Последнее означает, что при заданном значении ЕДОП необходимая толщина изоляции пропорциональ-

на коэффициенту неоднородности поля. Иными словами, толщина изоляции минимальна, если поле однородно. Поэтому основной задачей регулирования электрических полей является снижение коэффициента неоднородности.

Следует заметить, что уменьшение толщины изоляции может повлиять на некоторые другие характеристики аппаратуры, поскольку при этом могут улучшиться условия ее охлаждения.

В резко неоднородных электрических полях (kн > 3) принципиально допустимы разрядные процессы в малых объемах изоляции при условии, что выделяемая при этом энергия недостаточна для разрушения изоляции.

Для снижения степени неоднородности поля (уменьшения kн) или уменьшения областей с особенно большими напряжённостями поля применяется регулирование электрических полей. Регулирование полей позволяет уменьшить толщину изоляции при сохранении её электрической прочности. В зависимости от конструкции и технологии изготовления изоляции применяют различные способы регулирования.

1. Скругление краев электродов. При отсутствии скругления острые края электродов имеют очень малый радиус кривизны и kн достигает 5.. 10, т. е. поле резконеоднородное.

При r > 0,5*S – поле слабонеоднородное, а при r/S > 1,0 - kн не превышает 1,3. (Здесь r - радиус скругления; S- расстояние между электродами.

2. Полупроводящее покрытие. Применяется, когда электрод с острой кромкой находится в газе или жидкости и примыкает к твердому диэлектрику. При этом эффект от скругления электрода будет наименьший из-за щели, где напряженность поля увеличивается из-за различия проницаемости двух сред.

Регулирование электрического поля с помощью полупро водящего покрытия.а — устройство изоляции (на участке АВ — покрытие); б — схема замещения; в — изменение напряженности Ех вдоль поверхности твердой изоляции.

3. Дополнительные электроды. Такой способ регулирования электрического поля у острого края электрода наиболее удобен в случае многослойной изоляции (бумажнопропитанной, маслобарьерной). Дополнительные электроды выполняются из тонкой металлической фольги. Дополнительные электроды широко используются для регулирования электрических полей в проходных изоляторах и кабельных муфтах.

Регулирование электрического поля у края электрода в плоской изоляции с помощью дополнительных электродов 1 — основные электроды; 2— дополнительные электроды В рассмотренном случае и при наличии дополнительных электродов электрическое поле у края верхне-

го электрода остается резконеоднородным. Кроме того, появляются новые участки с резконеоднородным полем у краев дополнительных электродов. Однако размеры каждой области с повышенной

напряженностью оказываются меньшими. Это затрудняет появление разрядов и позволяет повысить допустимое напряжение. Конструкция, показанная на рис., называется конденсаторной разделкой края

электрода.

4. Градирование изоляции применяется, как правило, в изоляционных конструкциях с электродами в виде соосных цилиндров, например в кабелях ВН, и позволяет выравнивать эл. поле в радиальном направлении. Регулирование поля достигается за счёт изменения диэлектрической проницаемости слоев изоляции Дополнительные электроды широко используются для регулирования электрических полей в проход-

ных изоляторах и кабельных муфтах.

Градирование изоляции применяется, как правило, в изоляционных конструкциях с электродами в виде соосных цилиндров, например в кабелях высокого напряжения, и позволяет выравнивать электрическое поле в радиальном направлении. Регулирование поля достигается за счет изменения диэлектрической

проницаемости слоев изоляции. Без градировании ε1 =ε2 =ε3 = =εn ,С градированием

ε1r1 = ε2 r2 = ε3r3 = = εn rn .

Регулирование электрического поля путем градирования изоляции.а — схема градированной изоляции: б – изменение напряженности в изоляции без градирования и при градировании.

Все рассмотренные способы применяются для регулирования электрических полей в изоляции, работающей при переменном напряжении, а некоторые,

например скругление краев электродов, — и при постоянном напряжении.

Виды внутренней изоляции:

1)Бумажная пропитанная изоляция. Сначала изоляция подвергается сушке под вакуумом, затем пропитке, а после этого она прессуется для исключения газовых включений;

2)Маслонаполненная изоляция (например, бак трансформатора);

3)Маслобарьерная изоляция. Между электродами устанавливаются барьеры из картона для повышения разрядного напряжения;

4)Изоляция на основе слюды. Слюда обладает высокойнагревостойкостью, используется во вращающихся машинах. Из слюды и пропитки на основе битумных компаундов получают компаундированную изоляцию. Её недостаток – она термопластична (размягчается при нагревании). Термореактивная изоляция слюда пропитана эпоксидными смолами. Плюсы: не размягчается под действием температуры.

4)Литая изоляция на основе эпоксидных смол. Такую изоляцию заливают

под давлением для исключения газовых включений. Плюсы: стойкость к воздействию воды и масел.

14.Частичные разряды.

Под действием высокой напряженности электрического поля в изоляции в местах с пониженной электрической прочностью возникают частичные разряды (ЧР), которые представляют собой пробой газовых включений, локальные пробои малых объемов твердого диэлектрика. Условия возникновения ЧР определяются конфигурацией электрического поля изоляционной конструкции и электрическими характеристиками рассматриваемой области изоляции.

ЧР обычно не приводят к сквозному пробою диэлектрика, однако приводят к местному разрушению изоляции, а при длительном существовании могут привести и к сквозному пробою.

Возникновение ЧР всегда свидетельствует о местной неоднородности диэлектрика. В связи с этим регистрация характеристик ЧР позволяет оценивать качество изготовления изоляции и выявлять местные дефекты.

Характеристики ЧР достаточно хорошо коррелируют с размерами и количеством дефектов, т. е. позволяют судить о степени дефектности изоляционной конструкции.

Изучение характеристик ЧР в зависимости от различных условий работы стало вопросом первостепенной важности для кабелей, конденсаторов, трансформаторов и других устройств – там, где применяется слоистая изоляция при переменном, постоянном, пульсирующем и импульсном напряжениях.

При рассмотрении механизма возникновения ЧР воспользуемся эквивалентной схемой замещения диэлектрика с общей емкостью СЭ.

Схема замещения твердого диэлектрика: С0 – емкость бездефектной изоляции;Св – емкость воздушного включения;Сд – емкость диэлектрика последовательно с включением;Uв – напряжение пробоя воздушного включения.

СС

СЭ =С0 + СВВ + СДД .

ЧР возникают тогда, когда напряжение на включении достигает пробивного значения UПР – напряжения зажигания разряда во включении. Напряженность электрического поля во включении ЕВ связана с

напряженностью в остальной части диэлектрика: ЕВ = ЕД εД\ .

εВ

где Eд – напряженность электрического поля в диэлектрике; εд – относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика; εв – относительная диэлектрическая проницаемость включения.

Эпюры напряжения на включении в процессе приложения переменного напряжения приведены: Эпюры напряжения на воздушном включении в твердом диэлектрике: 1 – напряжение на образце; 2 – напряжение на включении; Uпр – напряжение на образце, при котором происходит пробой воздушного включения. Наибольшую опасность ЧР представляют на переменном или импульсном напряжении.

Разрушающее действие ЧР на диэлектрики обусловлено следующими факторами, возникающими при пробое включения:

1– воздействием ударных волн; 2– тепловым воздействием;

3– бомбардировкой заряженными частицами; 4– воздействием химически активными продуктами разряда (озон, окислы азота);

5– воздействием излучения; 6– развитием древовидных побегов-дендритов.

В зависимости от величины заряда qЧР, измеряемого при ЧР, возможна классификация ЧР по qЧР: 1.При превышении некоторого порога напряжения в изоляции возникают ЧР с интенсивностью qЧР =10– 12–10–11 Кл. Такие ЧР не вызывают быстрого разрушения изоляции и во многих случаях могут быть допустимы. Такие разряды называются начальными.

2.Дальнейшее возрастание напряжения или увеличение размеров включений в процессе длительной работы изоляции приводит к резкому возрастанию интенсивности ЧР, причем прежде всего возраста-

ет qЧР до величины qЧР =10–10–10–8 Кл. Их возникновение резко сокращает срок службы изоляции, и они не должны допускаться при рабочих условиях. Такие разряды называются критическими.

15.Тепловое старение внутренней изоляции. Тепловой и электрический пробой.

Тепловое старение, т. е. постепенное ухудшение характеристик внутренней изоляции при длительном нагреве, происходит вследствие того, что при повышении температуры возникают или ускоряются химические процессы в изоляционных материалах.

Диэлектрические материалы, используемые для изготовления внутренней изоляции установок высокого напряжения, при комнатной температуре практически инертны. Однако при рабочих температурах (60-

130°С) в этих ма териалах возникают или резко ускоряются химические реакции. Сущность этих реакций обычно весьма сложна и зависит от химического состава материалов, количества содержащейся в изоляции влаги, доступа кислорода из окружающего воздуха и ряда других факторов. На ход этих реакций могут оказывать влияние проводниковые и другие материалы, входящие в конструкцию. Например, медь проводников может быть катализатором термоокислительных процессов в минеральных маслах.

Во всех случаях химические реакции, протекающие в изоляции при нагреве, приводят к постепенному изменению структуры и свойств материалов и как следствие — к ухудшению свойств всей изоляции в целом. Эти процессы именуют тепловым старением.

Для твердых диэлектрических материалов наиболее характерным является постепенное снижение механической прочности в процессе теплового старения. Со временем это приводит к повреждению изоляции под действием механических нагрузок и затем уже к пробою.

Вжидких диэлектриках в результате теплового старения образуются газообразные, жидкие и твердые продукты реакций. По мере накопления этих продуктов, загрязняющих изоляцию, проводимость и диэлектрические потери растут, а электрическая прочность снижается.

Вкомбинированной внутренней изоляции, содержащей жидкие и твердые материалы, тепловое старение влечет за собой как снижение механической прочности соответствующих элементов, так и ухудшение электрических характеристик всей изоляции.

Темпы теплового старения внутренней изоляции определяются скоростями химических реакций, зави-

сящими от температуры в соответствии с уравнением Аррениусаv = v0e−WA / kT ,где v - скорость химиче-

ской реакции.

Срок службы изоляции при тепловом старении обратно пропорционален скорости химических реакций. При разных температурах T1 и T2 отношения сроков службы изоляции τ1 /τ2 = 2−(T1 −T2 )/ ∆T

где ∆Т - повышение температуры, вызывающее сокращение срока службы изоляции при тепловом старении в 2 раза.

Значение ∆Т для разных видов внутренней изоляции лежит в пределах от 8 до 12°С и в среднем состав-

ляет 10°С.

Тепловой пробой.

Развитие теплового пробоя в твердом диэлектрике в общих чертах может быть представлено в виде следующей последовательности:

Uд →Iд→Tд ↑ → γ↑и tg δ ↑ →Iд ↑ →Tд ↑и т. д.,

где Uд – напряжение, приложенное к изоляции; Iд – ток, текущий через изоляцию; Tд – температура изоляции; γ – проводимость изоляции; tg δ – диэлектрические потери в изоляции.

Под действием приложенного напряжения в изоляции возникают диэлектрические потери, обусловленные наличием у любой реальной изоляции небольшой проводимости и рассеянием энергии при некоторых видах поляризации. За счет диэлектрических потерь происходит дополнительный разогрев изоляции.

Мощность диэлектрических потерь в изоляции определяется выражением РД =ω C tgδ U2, Мощность потока тепла, отводимого от изоляции в окружающую среду РОТВ = α S(T–T0),

где ω – угловая частота; С – емкость изделии; tg δ – диэлектрические потери в изоляции; α – коэффициент теплопередачи; S – площадь поверхности изоляции;Т0 – температура окружающей среды; Т – температура внутри диэлектрика.

Для многих видов внутренней изоляции величина tgб растет при повышении температуры Т в соответствии с выражением tgδ =tgδ0 eα(T −T0 ),

где α — коэффициент, зависящий от свойств изоляции {а≈0,02 1/ОС); Т0 — температура окружающей среды.

Таким образом, мощность диэлектрических потерь в изоляции при заданном напряжении зависит от температуры Т.

Зависимости PД=f(T), соответствующие трем значениям воздействующего на изоляцию напряжения

U1< U2 < U3 и зависимость РОТВ =f(Т) показаны на рис.. Как видно, при напряжениях U1 и U2 кривые PД=f(T) и РОТВ =f(Т) пересекаются при температурах Т1 и T2. Это означает, что при указанных напряже-

ниях достигаются установившиеся режимы нагрева изоляции, при которых соблюдается баланс выделяемой в изоляции и отводимой от нее тепловой энергии. Однако при U>U3 мощность потерь в изоляции при любой температуре будет превышать мощность отвода тепла. Следовательно, при U>U3 произойдет нарушение теплового баланса изоляции, температура последней будет неограниченно расти до потери изоляцией диэлектрических свойств — произойдет тепловой пробой.

Изложенная выше упрощенная модель теплового пробоя относится к случаю, когда время приложе-

ния напряжения τ значительно превышает постоян-

ную времени нагрева изоляции τн и, следовательно, могут достигаться установившиеся режимы нагрева конструкции. Однако тепловой пробой возможен и

при τ, соизмеримых с τн, и даже при τ<τH. В этих случаях механизм теплового пробоя сложнее, но сущность его остается прежней — разогрев изоляции за счет диэлектрических потерь до температуры, при которой происходит разрушение изоля-

ции. В этой области времен τ напряжение Uпр теп-

лового пробоя возрастает при уменьшении τ, так как для разогрева изоляции до одной и той же температуры разрушения за более короткое время нужна большая мощность диэлектрических потерь.

Сущность теплового пробоя – разогрев изоляции за счёт диэлектрических потерь до температуры, при которой происходит разрушение изоляции.

Электрический пробой.

Основными процессами в данном случае являются ускорение свободных электронов и ударная иониза-

ция. зависит от площади электродов и объёма изоляции .

С ростом площади электродов и объёма изоляции увеличивается вероятность появления в изоляции слабых участков. В масляном промежутке наличие влаги способствует слиянию капель для образования тончайших каналов, соответственно, площадь снижается. Для увеличения электрической прочности используют покрытие и изолирование электродов слоями кабельной бумаги и барьерами. Для бумажномасляной изоляции уменьшение толщины бумаги приводит к сокращению масляных прослоек, соответственно, электрическая прочность возрастает. Для изоляции из тонкой бумаги с толщиной

прочность зависит от числа листов в слое, используется в силовых конденсаторах. При числе слоев более 5 электрическая прочность снижается.

Eпр

1

2

d

16.Изоляция силовых трансформаторов и высоковольтных вводов.

Всиловых трансформаторах изоляция состоит из различных по конструкции элементов, работающих в разных условиях. Воздушные промежутки между вводами и по их поверхности – внешняя изоляция. Изоляционные участки, расположенные внутри бака трансформатора и внутри вводов, – внутренняя изоляция. Внутренняя изоляция подразделяется на главную и продольную. Главная изоляция – между разными обмотками, стенками бака, магнитопроводом и др. Продольная изоляция – между элементами одной и той же обмотки: между витками, слоями, катушками.

Ввысоковольтных силовых трансформаторах в качестве главной используется маслобарьерная изоляция. Продольная изоляция выполняется бумажно-масляной. Количество барьеров зависит от номинального напряжения трансформатора.