Электрические характеристики внутренней изоляции электроустановок: Методическое пособие по курсу "Техника высоких напряжений"

Белорусский Государственный Университет Транспорта

кафедра электротехники

А.В. Слученков   И.С. Мищенко    Н.А. Малашкин

Техника Высоких Напряжений

Методическое пособие

Гомель 2003

Электрические характеристики внутренней изоляции электроустановок

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ВНУТРЕННЕЙ ИЗОЛЯЦИИ

1.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Понятие «внутренняя изоляция» объединяет широ­кий круг конструкций, в которых в качестве диэлектри­ка применяются твердые, жидкие и газообразные мате­риалы. С целью уменьшения массы и габаритов элек­трооборудования используются изоляционные материа­лы, обладающие высокой электрической прочностью. Такой, например, широко распространенный диэлектрик, как технически чистое минеральное масло, имеет элек­трическую прочность в однородном поле 150 кВ/см, т. е. в 7—8 раз более высокую, чем атмосферный воздух. Твердые изоляционные материалы обладают еще боль­шей электрической прочностью — до 1000 кВ/см. Весьма высокую прочность имеют также газы, особенно при повышенном давлении. Воздух, например, при давлении 1,5 МПа (15 атм) имеет прочность 150 кВ/см, т. е. та­кую же, как минеральное масло, а элегаз (SF6) при том же давлении —500 кВ/см.

Весьма эффективным является применение комбини­рованной изоляции: жидкого и твердого   диэлектрика, а также газа и твердого диэлектрика. В некоторых случаях комбинация диэлектриков позволяет получить электрически более прочную изоляцию, чем прочность ее составных частей (например, бумажно-масляная изоляция). Помимо этого, отдельные компоненты изоляции могут выполнять дополнительные функции. Твердая изоляция, как правило, несет механическую нагрузку, а с помощью жидкой изоляции в ряде конструкций обес­печивается  достаточно хороший теплоотвод благодаря конвекции или принудительной циркуляции.

         Внутренняя изоляция устройств высокого напряже­ния в большинстве случаев не имеет прямого контакта с окружающей средой и поэтому сохраняет свои элек­трические характеристики практически неизменными при колебаниях температуры, давления и влажности воз­духа,                                          

         Зависимость электрической прочности внутренней изоляции от времени воздействия напряжения качест­венно показана на рис. 1.3. При малых временах воз­действия (до миллисекунд), соответствующих грозовым и внутренним перенапряжениям, пробой изоляции имеет электрический характер. В таких случаях говорят об электрической прочности внутренней изоляции при кратковременных воздействиях напряжения (кратковре­менной, электрической прочности). Длительные повыше­ния напряжения (минуты, часы) при затрудненном  теплоотводе  могут приводить к нарушению тепловой устойчивости изоляции и к ее тепловому пробою. При рабочем напряжении происходит  постепенное, длящееся годами снижение  электрической прочности из-за старения изоляции под действием электрохимических про­цессов, а также тепловых и механических воздействий. В этом случае речь идет об электрической прочности внутренней изоляции при длительном  действии напря­жения (длительной электрической прочности).

1.2. СТАРЕНИЕ ВНУТРЕННЕЙ ИЗОЛЯЦИИ ПРИ ДЛИТЕЛЬНОМ ДЕЙСТВИИ НАПРЯЖЕНИЯ

В процессе длительной работы при рабочем напря­жении происходит ухудшение  физико-химических харак­теристик изоляции, что непосредственно или косвенно приводит к повышению диэлектрических потерь, сниже­нию сопротивления изоляции и, в конечном итоге, к ее пробою. Основными факторами, вызывающими старение изоляции, являются частичные разряды, нагрев и увлажнение.              

Изменение характеристик изоляции под действием частичных разрядов называется электрическим старением. Частичные разряды (ч. р.) представляют собой локальные пробои ослабленных участков изоляции, ко­торыми являются газовые полости (пузырьки, микроза­зоры) в толще диэлектрика, или же местные разряды           

в точках значительного усиления электрического поля, например на острых краях электродов.

Газовые пузырьки внутри твердого диэлектрика мо­гут образоваться при его усадке во время изготовления или же в результате растрескивания в процессе работы (например, под действием вибрации, как это имеет ме­сто во вращающихся машинах). Газовые полости на поверхности, в которых могут возникнуть ч. р., представляют собой узкие щели у края электрода. Поверхность твердого диэлектрика, прилежащего к газовому включению, подвергается воздействию ч. р. Хотя энер­гия, рассеиваемая при единичном ч. р., невелика, однако многократное повторение ч. р. постепенно приводит к разрушению диэлектрика. Скорость разрушения зависит от того, как часто повторяются ч. р. и какая энергия рассеивается в каждом единичной ч.р.

Рис.1.1. Схема диэлек­трика с газовым включе­нием (а) и схема заме­щения при ч. р. (б).

Постепенное ухудшение   характеристик   внутренней

 изоляции при длительном нагреве называется тепловым старением и происходит в результате ускорения при

 повышении температуры химических реакций в диэлектрике. Тепловое старение твердых диэлектриков прояв­ляется в снижении их механической прочности, что может привести к повреждению изоляции и последующему за этим электрическому пробою ее. Тепловое старение жидких диэлектриков выражается в повышении их проводимости