8

3. Исследование и испытание изоляции

Известно, что любой электрический аппарат, как и любое электротехническое устройство, содержит токоведущие части, находящиеся под разными потенциалами. Поэтому неотъемлемым элементом аппарата является изоляция (изоляционные конструкции). Функционально в ЭА различают:

• внешнюю изоляцию: ее электрическая прочность обеспечивается атмосферным воздухом;

• внутреннюю изоляцию: она отделена от атмосферного воздуха; ее электрическая прочность обеспечивается различными газообразными, жидкими, твердыми диэлектриками (включая вакуум).

Как указывалось, к изоляции ЭА (как внешней, так и внутренней) предъявляется ряд требований, которые проверяются в процессе ее испытаний. В частности, к изоляции аппаратов высокого напряжения требования устанавливаются ГОСТ1516.1-76, методы ее испытаний ГОСТ1516.2-76. Испытания изоляции проводятся не только на всех этапах разработки новых аппаратов, но и в процессе их промышленного изготовления и эксплуатации.

3.1 Необходимость испытаний изоляции Основные методы проверки ее состояния

В процессе НИР проводят исследования процессов пробоя и определение разрядных напряжений изоляционных промежутков, а также испытания изоляционных конструкций макетов ЭА. Их необходимость обусловлена следующими факторами:

• научными интересами: физика электрического пробоя изучена в настоящее время недостаточно полно;

• расчетное определение изоляционных промежутков затруднено: это связано с определением картины электрического поля; это, в свою очередь, связано с решением трехмерных задач, (дифференциальных уравнений в частных производных по трем координатам); причем, расчеты электрического поля не учитывают многообразие внешних факторов, влияющих на электрическую прочность изоляционных промежутков (влажность, загрязнение, дождь, снег, иней и т.д.).

Таким образом, экспериментальное определение электрической прочности изоляции путем проведения испытаний является практически единственно объективным.

В процессе промышленного изготовления ЭА необходимость испытаний изоляции обусловлена, прежде всего, возможностью технологических нарушений объективного и субъективного характера, ведущих к ослаблению изоляции, снижению ее электрической прочности. Поэтому каждый аппарат подвергается приемо-сдаточным испытаниям, в программу, которой входит проверка электрической прочности изоляции. Более детальная проверка качества изоляции выпускаемых аппаратов осуществляется также и в процессе периодических и типовых испытаний.

В процессе эксплуатации аппаратов как внешняя, так и внутренняя изоляция подвергается различного рода воздействиям и ее состояние с течением времени постепенно изменяется:

• в результате тепловых воздействий в твердой изоляции ускоряются химические процессы: в первую очередь, окисление, в результате которого изоляция изменяет свою структуру и снижается ее механическая и электрическая прочность;

• в результате механических воздействий (удары вибрация) в твердой изоляции появляются микротрещины, воздушные включения, расслоение, также приводящие к снижению электрической прочности изоляции;

• под действием электрического поля воздушные включения твердой изоляции ионизируются, вызывая дополнительный нагрев; причем, электрическое воздействие может привести к перекрытию или пробою изоляции, не подвергавшейся механическим и тепловым воздействиям; при перенапряжениях этот процесс значительно ускоряется, при этом возникающие дефекты, как правило, накапливаются;

• увлажнение и загрязнение оказывают очень вредное влияние на изоляцию; увлажнение особенно опасно для изоляции, имеющей механические повреждения, проникая в трещины, влага создает пути перекрытия; загрязнение чаще всего является причиной частичных разрядов, поскольку содержит токопроводящие включения, а в некоторых случаях – перекрытия изоляции.

Перечисленные причины ухудшения состояния изоляции действуют, как правило, совместно, в результате чего с течением времени происходит старение изоляции и ухудшение ее состояния. Поэтому одной из основных задач организаций, осуществляющих эксплуатацию ЭА, является ограничение указанных воздействий на изоляцию, поскольку полностью избежать их нельзя. Следует отметить, что указанная задача не так проста: путем внешних осмотров можно обнаружить лишь незначительную часть дефектов. Эффективным средством контроля состояния изоляции является проведение профилактических испытаний. Несмотря на значительные затраты на их проведение, опыт эксплуатации показал значительную экономическую эффективность, учитывая снижение аварийности почти в 2 раза.

Сама идея (принцип) проверки состояния изоляции весьма проста: к изоляционному промежутку на некоторое время прикладывается напряжение определенной величины, а затем путем измерений определяются его параметры: электрическую прочность (наличие полного разряда), сопротивление, ток утечки, tg, наличие короны и т.д.

Одним из эффективных способов проверки качества изоляции является испытание ее повышенным (приложенным) напряжением, при котором к изоляционному промежутку прикладывается напряжение, значительно превышающее номинальное. При этом в испытуемом промежутке создается повышенная напряженность электрического поля, что позволяет обнаружить дефекты, вызвавшие недопустимое снижение его электрической прочности и не обнаруживаемые другими способами. Повышенное напряжение, прикладываемое к изоляционным промежуткам в процессе испытаний, называется испытательным напряжением. Их виды и величины устанавливаются национальными и международными стандартами (рекомендациями МЭК), техническими условиями, программами и методиками испытаний и т.д. Основными видами испытательных напряжений являются напряжение промышленной частоты и импульсные напряжения. Отдельные виды испытаний изоляции проводят постоянным напряжением.