Напряжения Ик и Uk, кВ, могут быть определены по формулам

/ d \0,45 / d \0,45

где d - толщина твердого диэлектрика, мм; Вт - относительная диэлектрическая проницаемость этого диэлектрика.

Длина Uk скользящего разряда пропорциональна пятой степени B03fleftcTBvrofflero напряжения. Поэтому fnep мало отличается от напряжения Иск, выражением для Va

О, son то то то щот

Рис. 13-7. Зависимость разрядного в сухом состоянии fpyx ч разрядного под дождем 1/д напряжений вдоль гладкого без ребер фарфорового стержня от его длины ft.

можно пользоваться для приближенной оценки напряжения перекрытия.

Для цилиндрического конденсатора с острыми краями электродов можно использовать приведенные выше выражения для iK и UcK, однако при этом вместо толщины диэлектрика d следует подставлять величину d-RlnR/r, где г - радиус внутреннего электрода, i? -радиус наружного электрода. Эта формула используется для определения напряжений появления короны и скользящих разрядов у края заземленного фланца проходного изолятора.

У штыревых и стержневых опорных изоляторов электрическое поле, как правило, получается резконеоднородным с преобладающей тангенциальной составляющей напряженности. При этом разрядные напряжения зависят от конструкции металлической арматуры, формы изоляционного тела, определяющей длину пути разряда в воздухе, и состояния поверхности изолятора. При проектировании изоляторов пользуются разрядными напряжениями, измеренными при сухом состоянии поверхности и при дожде нормированной интенсивности (см. ГОСТ 1516.2-76). При сухом состоянии поверхностей измерения проводятся при напряжениях 50 Гц и импульсном, под дождем - при напряжении 50 Гц.

Влияние смачивания чистой поверхности дождем на разрядное напряжение видно из кривых на рис. 13-7,

При расчетах фарфоровых изоляторов пользуются следующими эмпирическими формулами:

выдерживаемые напряжения, кВ, при 50 Гц в сухом состоянии для изоляторов:

штыревых 17=15-1-0,395 стержневых [7=24-1-0,378 1 опорных 17р=30-Ь0,290 1 проходных 17р=(0,33-1-0,43)

выдерживаемые напряжения 50 Гц под дождем для изоляторов:

17д=0,25 стержневых [7=0,30 1

штыревых

стержневы.. -с

проходных 17д=(0,23-1-0,26) 1

импульсные 50%-ные разрядные напряжения для изоляторов:

одноюбочных штыре- UsoVoO 70 I

вых

многоюбочных шты- l50%=30-f0,54 г

ревых с

стержневых 50%=0,67

проходных l50%=(0,52-fO,60)

В этих выражениях для разрядных напряжений 1с - длина пути перекрытия в сухом состоянии, мм, которая ориентировочно определяется как наикратчайшее расстояние

О го 40 БО БО 100 по

Рис. 13-8. Зависимость 50%-ного импульсного разрядного напряжения по поверхности опорного изолятора от длины I внутреннего электрода. / - импульс -И .20/50; 2 -импульс -1,2/50.

по воздуху между высоковольтным и заземленным электродами.

Приведенные выше выражения дают приближенные значения разрядных напряжений, так как не учитывают строго влияние формы изоляционного тела, конструкции металлической арматуры. Для иллюстрации того влияния, которое может оказывать арматура на электрическую прочность внешней изоляции изолятора, на рис. 13-8 показана зависимость импульсного 507о-ного разрядного напряжения опорного изолятора от длины внутреннего электрода.

Изоляционные промежутки в масле

Электрическая прочность промежутков в масле зависит от ряда факторов: формы и размеров электродов и промежутка, опре-

деляющих конфигурацию электрического поля и объем масла в наиболее напряженной части промежутка, формы воздействующего напряжения, степени очистки самого масла, т. е. от количества и вида содержащихся в нем загрязнений, и может зависеть от давления и температуры [13-1, 13-2].

Рис. 13-9. Разрядные напряжения для трансформаторного масла прн напряжениях 50 Гц н импуль сах разной формы в слабонеодисродном поле.

iO 20 за w мм

МВ 0.7

аз о,г

2&

40 80 120 too ММ

Рис. 13-10. Разрядные напряжения для трансформаторного масла при напряжении 50 Гц и импульсах разной формы Б резконеоднородном поле.

больше 0,9 £отоа:, тц&Етах-наибольшзя напряженность в промежутке. Как видно из кривых на рис. 13-11 и 13-12, наибольшие в промежутке пробивные напряженности у промежутков с разными системами электродов, но с одинаковыми активными объемами примерно одинаковы. Эта закономерность справедлива для промежутков со слабонеоднородными полями (коэффициент неоднородности н<3,0), ею можно поль-

W 20 50 100 500 im cmS

Рнс. 13-11. Зависимость наибольшей в промежутке пробивной напряженности при 50 Гц от активного объема масла в слабонеоднородном поле. Температура масла 90° С

МВ/м

Рнс. 13-12. Зависимость наибольшей в промежутке импульсной пробивной папряжениостн от активного объема масла в слабонеоднородных полях. Температура масла 90°С.

/ - сфера - плоскость; 2 - цилиндр - плоскость; 3 - соосные цилиндры.

Зависимости разрядных напряжений от расстояния между электродами в трансформаторном масле при напряжениях с частотой 50 Гц и импульсных разной формы в случае слабо- и резконеоднородных электрических полей приведены на рис. 13-9 и 13-10.

Для трансформаторного масла экспериментально установлена интересная зависимость электрической прочности от так называемого активного объема, т. е. от объема той части рассматриваемого промежутка, в которой напряженность равна или

зоваться для оценки пробивных напряжений у новых систем электродов в масле.

На электрическую прочность промежутков в масле сильное влияние могут оказывать следующие загрязнения: влага, волокна целлюлозы, особенно увлажненные, твердые проводящие и непроводящие частицы разного происхождения, растворенные газы. Подробнее о влиянии загрязнений см. [13-1 и 13-2]. Здесь лишь отметим, что загрязнения в меньшей степени влияют иа пробивные напряжения при импульсах, в большей

степени - при частоте 50 Гц и постоянном напряжении. С увеличением расстояния между электродами влияние загрязнений несколько снижается.

Чисто масляные промежутки из-за сравнительно невысокой электрической прочности очень редко используются в высоковольтных аппаратах и устройствах. Обычно для повышения электрической прочности таких промежутков применяют барьеры из картона (маслобарьерная изоляция), покрытие или изолирование электродов слоями пропитанной маслом бумаги (маслона-полненная изоляция). Характеристики таких видов изоляции описаны в [13-1 и 13-2].

Промежутки в масле вдоль поверхности твердого диэлектрика

В слабонеоднородных полях, если граница раздела масло - твердый диэлектрик совпадает с силовыми линиями, наличие в промежутке твердого диэлектрика практически ие влияет на разрядное напряжение. Если же граница раздела пересекает силовые линии, то влияние твердого диэлектри-. ка может быть различным в зависимости от ?ого, как присутствие твердого диэлектрика влияет на напряженность в той области масла, которая прилегает к поверхности твердого диэлектрика: разрядное напряжение может снизиться, остаться неизменным или даже иесколько возрасти. Приб.ижен-ная оценка влияния твердого диэлектрика 3 таких случаях может быть произведена путем анализа электрического поля, например в электролитической ванне, точная - только на основании результатов экспериментов.

Б резконеоднородных полях разряд в масле по поверхности твердого диэлектрика, как и в воздухе, имеет три стадии: начальные частичные разряды малой интенсивности (корона), скользящие разряды, полное перекрытие. Для изоляции конденсаторного типа по схеме рис. 13-6 напряжение Uck, кВ, появления скользящих разрядов по поверхности, обычно используемых в масле твердых изоляционных материалов (картона, бумаги и др.), опре.деляется по формуле

t/c =I3,8i-

где d - толщина твердой изоляции, мм.

Длина /ск, мм, скользящих разрядов при напряжении £/>£/ск

1,28

где и выражено в кВ.

Полное перекрытие разрядного промежутка в масле длиной 1р происходит при напряжении

гпер = Уск+1,28/р.

где /р выражено в миллиметрах.

Формула справедлива для /р>Б0 мм.

Бумажно-масляная изоляция

Бумажно-масляная изоляция (БМИ) является основной внутренней изоляцией во вводах на напряжения 110-750 кВ. Длительная и кратковременная электрическая прочность БМИ выше, чем у применявшейся ранее во вводах 110-220 кВ маслобарьерной изоляции. Вследствие этого вводы с БМИ имеют значительно меньшие радиальные размеры.

Характеристики БМИ зависят от ее структуры, т. е. от взаимного расположения лент или полос бумаги в слоях, от качества бумаги и масла, а также от технологии изготовления: плотности намотки бумажного остова, режимов вакуумной сушки и пропитки маслом. Подробные сведения о свойствах БМИ приведены в [13-6].

В вводах на напряжение 110-750 кВ непременно используется регулирование электрического поля в БМИ с помощью дополнительных электродов - алюминиевых обкладок, закладываемых в бумажный остов при намотке. Эти обкладки образуют систему последовательно соединенных конденсаторов и разделяют БМИ на ряд относительно тонких слоев. БМИ в слое на участках, прилегающих к краям обкладок, работает в резконеоднородном поле (БМИ конденсаторного типа), в остальной части-в слабонеоднородном поле.

Для БМИ конденсаторного типа допустимые рабочие и испытательные напряженности выбираются исходя из следующих условий:

отсутствия при рабочем напряжении начальных частичных разрядов, медленно разлагающих масло и ограничивающих срок службы изоляции;

отсутствия при испытательном напряжении 50 Гц критических разрядов, способных за короткое время необратимо повредить изоляцию;

отсутствия при импульсных испытательных напряжениях пробоев или перекрытий по уступу (от края вдоль слоев бумаги) между обкладками.

При проектировании вводов для БМИ конденсаторного типа принимаются следующие средние по толщине допустимые напряженности:

испытательные импульсные 1,2/50- £имп,доп=40й- = МВ/м, но не более 40 МВ/м;

испытательные при частоте 50 Гц - £исп,доп=12£г->>= МВ/м, но не более 12 МВ/м;

рабочие -£pa6,flon=3,8d- .s8 мВ/м, но не более 3,8 МВ/м.

Здесь d - толщина слоя БМИ между обкладками, мм.

Средние по длине уступа допустимые напряженности (вдоль слоев бумаги) принимаются равными:

Испытательные при частоте

50 Гц.........- 0,8-1,0 МВ/м

Испытательные прн импульсах 1,2/50......... 1,8-2,0 МВ/м

Испытательные при коммутационных импульсах : , , , . 1,5-1,7 МВ/м