В течение длительного времени происходит старение изоляции и снижение ее главного параметра – электрической прочности. Однако если рассматривать зависимость пробивного напряжения на большом промежутке времени (10–6–106 с), то выясняется, что на отдельных интервалах времени механизм разрушения изоляции имеет различ- ную физическую природу. При этом границы действия того или ино- го механизма разрушения весьма условны и зависят от конструкции изоляции, вида материала и условий работы. Кроме того, зависи-
мость пробивного напряжения от времени его воздействия Uпр = f (t)
(кривая «жизни» изоляции) (рис. 3.2) является статистической харак- теристикой, для которой среднеквадратичное отклонение s пробив- ных напряжений может достигать значительной величины.
Рис. 3.2. Зависимость пробивного напряжения от времени воздействия напряжения
Зависимость Uпр = f (t) можно разбить на несколько зон (рис. 3.2), в каждой из которых главную роль будет играть определенный ме- ханизм разрушения. Границы разделения зон носят ориентировоч- ный характер и для различных видов изоляции могут отличаться.
В интервале времени I от микросекунд до нескольких миллисе- кунд главную роль в разрушении изоляции играют электрические процессы. В этом интервале свободные электроны под действием электрического поля приобретают энергию, достаточную для иони- зации нейтральных молекул и образования лавины электронов. Для развития электрического пробоя в этом случае необходимо, чтобы время приложения напряжения t было больше времени развития разряда t > tр . Очевидно, что это время будет зависеть от толщины
и свойств материала, а также от наличия примесей. Так, для жидких
снижение электрической прочности
можно объяснить влиянием примесных твердых частиц, вокруг ко- торых происходит некоторое увеличение напряженности электри- ческого поля. Электрические процессы, аналогичные рассматривае- мым, могут развиваться в изоляции при воздействии атмосферных и внутренних перенапряжений. Поэтому для обеспечения надежной работы оборудования, импульсная прочность внутренней изоляции должна быть больше возможных атмосферных и внутренних пере- напряжений с учетом их ограничения защитной аппаратурой.
В интервале II (от долей секунд до нескольких часов) главным механизмом пробоя являются тепловые процессы. Реальная изоля-
ция обладает конечным значением проводимости, кроме того, в изо- ляции протекают поляризационные процессы, связанные с потерей энергии. Поэтому при длительном воздействии напряжения имеет место разогрев изоляции, что в свою очередь приводит к дальней- шему увеличению диэлектрических потерь и дальнейшему увели- чению мощности, рассеиваемой в диэлектрике. Значительную часть тепла изоляция может получать от токоведущих частей, нагреваю- щихся при протекании по ним тока. При нарушении баланса полу- чаемой и отводимой от изоляции тепловой энергии процесс может приобретать лавинный характер, что в конечном итоге приводит к тепловому разрушению и пробою изоляции. Также в этом интервале возможно старение изоляции от возникновения частичных разрядов в газовых включениях и расслоениях изоляции, которые могут воз- никать в изоляции в результате импульсных перенапряжений.
В интервале времени от нескольких часов до нескольких лет (зо- ны III и IV) старение изоляции и пробивные напряжения определя- ются медленно протекающими процессами. Главную роль здесь иг- рают частичные разряды слабой интенсивности. В жидкой изоляции процесс медленного старения связан с окислительными процессами, которые развиваются при соприкосновении жидкости с металлами, кислородом и озоном.
Электрическая прочность внутренней изоляции при длительном воздействии напряжения должна быть выше уровня возможных от- клонений рабочего напряжения. Однако, определение электриче- ской прочности изоляции при длительном воздействии напряжения экспериментально невозможно, т. к. для этого требуется длитель- ный срок. Поэтому прочность изоляции в больших интервалах оп- ределяют по результатам измерения интенсивности процесса старе- ния ( Rиз , tg d , ЧР и т. п.).
В связи с изложенным можно говорить о прочности изоляции при атмосферных перенапряжениях, внутренних перенапряжениях и длительном воздействии напряжения.
Посмотри в записях от руки
Внутренняя изоляция оборудования энергосистем должна надежно выдерживать грозовые и внутренние перенапряжения. Электрическая прочность при воздействии перенапряжений характеризует способность изоляции противостоять этим воздействием и определяется пробивным напряжением (пробивной напряженностью электрического поля) при нормированных воздействиях.
Перенапряжения не должны приводить к полному пробою внутренней изоляции, а также к появлению в ней каких-либо местных повреждений, влекущих за собой сокращение срока службы изоляционной конструкции. Такие повреждения при перенапряжениях могут быть вызваны частичными разрядами. Это возможно в том случае, если энергия частичных разрядов достаточна для разрушения изоляции за малое время существования перенапряжения.
Таким образом, кратковременная электрическая прочность внутренней изоляции или ее способность выдерживать воздействие перенапряжений не всегда характеризуется напряжением полного (сквозного) пробоя, в ряде случаев она определяется напряжением появления частичных разрядов (ЧР) с опасной для данной изоляции интенсивностью.
Кратковременные воздействия: 1. Грозовые (100 мкс)
2. Коммутационные (до 5000 мкс)
3. Повышение напряжения (1-5 мин)
Испытания кратковременной прочности ВнИ
Посмотри в записях от руки
Кратковременная электрическая прочность обычно рассматривается применительно к следующим нормированным воздействиям:
а) электрическая прочность при кратковременном приложении напряжения промышленной частоты — используется при определении требуемых габаритов изоляции по заданным испытательным напряжениям промышленной частоты, при определении допустимых испытательных напряженностей электрического поля;
б) электрическая прочность при импульсных напряжениях длительностью порядка десятков микросекунд — используется при определении размеров изоляции (допустимых напряженностей) по заданным грозовым перенапряжениям, возникающим в электропередачах при ударах молнии.
в) электрическая прочность при импульсных напряжениях длительностью от сотен микросекунд до десятых долей секунды — используется при определении размеров изоляции (допустимых напряженностей) по заданным внутренним коммутационным перенапряжениям. Испытания изоляции чаще всего проводятся апериодическим импульсом.
Электрическая прочность внутренней изоляции зависит как от амплитуды и длительности, так и от его формы. При этом воздействие колебательных импульсов для некоторых видов изоляции более опасно, чем апериодических при одинаковой амплитуде импульса. Это связано с тем, что в первом случае количество ЧР, возникающих в изоляции при каждом импульсе, больше, чем во втором.
Частичные разряды сопровождаются разрушением изоляции, и поэтому многократное воздействие перенапряжений приводит к накоплению разрушений,например к образованию газовых полостей в пропитанной изоляции за счет разложения жидкого диэлектрика и снижению напряжения частичных разрядов.
Внутренний ресурс ВнИ
Посмотри в записях от руки
Для каждого вида электрооборудования может быть введено понятие внутреннего ресурса. Внутренний ресурс изоляционной конструкции представляет собой величину, характеризующую способность изоляции в течение определенного времени выдерживать приложенное напряжение и противостоять разрушающему действию процессов, протекающих при этом напряжении.
Данные о кратковременной электрической прочности при стандартных грозовых импульсах напряжения и при плавном или ступенчатом подъеме напряжения 50 Гц. Соответствующие напряжения будем обозначать далее 
и 
. При этом требования о том, что внутренняя изоляция должна выдерживать воздействия грозовых и внутренних перенапряжений, могут быть записаны в виде следующих неравенств:
где 
и 
— испытательные напряжения соответственно импульсное и промышленной частоты, значения которых устанавливаются с учетом уровней возможных в эксплуатации грозовых и внутренних перенапряжений.
В силу случайной природы разрядных процессов во внутренней изоляции и неконтролируемых различий между внешне одинаковыми изоляционными конструкциями напряжения и являются величинами случайными, подверженными значительным разбросам. Следовательно все условия должны соблюдаться с достаточно высокой вероятностью Р (например, Р=0,999).
где и — испытательные напряжения соответственно импульсное и промышленной частоты, значения которых устанавливаются с учетом уровней возможных в эксплуатации грозовых и внутренних перенапряжений.
и 
— допустимыми для данной изоляционной конструкции. Таким образом, условиями нормальной работы внутренней изоляции при перенапряжениях будут неравенства
³ (6.3)
³ (6.4)
При разработке изоляционных конструкций пользуются значениями напряжений и , полученными по результатам испытаний соответствующих конструкций или макетов, воспроизводящих ту или иную часть конструкции. Для этого результаты испытаний достаточно больших партий конструкций или макетов подвергают статистическому анализу и определяют допустимые напряжения из условий
£ 1- Р; (6.5)
£ 1- Р, (6.6)
где Р — вероятность того, что конструкция выдержит перенапряжения без пробоя и повреждения.
Дата добавления: 2018-04-05 ; просмотров: 105 ; ЗАКАЗАТЬ РАБОТУ
В процессе длительной эксплуатации происходит старение изоляции, выражается в уменьшении кратковременной электрической прочности и ухудшении других электрических характеристик изоляции.
Причинами ухудшения внутренней изоляции является:
1) электрическое старение вследствие развития частичных разрядов при перенапряжении или рабочем напряжении;
2) тепловое старение и окисление изоляции;
3) увлажнение изоляции.
Кроме этих возможны другие причины старения: механическое старение и повреждения под влиянием электродинамических усилий, вибрации больших механических нагрузок и т.д., химические под воздействием органических кислот, окислов азота и других агрессивных веществ, а также под влиянием электролитических процессов.
В процессе старения увеличиваются диэлектрические потери в изоляции, что может привести к развитию теплового пробоя. Основной причиной электрического старения многих видов изоляции являются частичные разряды. Энергия частичного разряда тратится на разрушение молекул и ионизацию атомов, на нагрев диэлектрика и на излучение. На необратимое разрушение диэлектрика (разрушение молекулярной связи) расходуется только часть этой энергии.
Характер и степень разрушения изоляции частичными разрядами зависит от свойств материалов и вида изоляции. В твердом диэлектрике разрушения связаны с разрывом молекулярных связей и образования радикалов; возможен и обратный процесс. В органических диэлектриках эти выделения связаны с выделением Н2 и других газов (метан, ацетилен, СО2 и др.), возможны образования углеродистых соединений, в ряде случаев имеющих значительную проводимость. Следствием частичных разрядов во многих случаях является образование микротрещин в твердом диэлектрике.
Старение маслобарьерной и бумажно-масляной изоляции проявляется в изменении электрической и физико-химической характеристике как минерального масла, так и бумаги или электрокартона. Разрушение пропитывающего состава сопровождается увеличением его проводимости и tg d , что может завершиться пробоем.
Газовыделения в масле в сильном электрическом поле может проходить также при отсутствии частичных разрядов, это объясняется тем, что в сильных полях электроны способны приобрести энергию около 3 эВ, достаточную для разрушения молекулы углерода с отщеплением атома водорода. Интенсивность газовыделения зависит от его химического состава.
Электрическая прочность кратковременная — характеризует способность изоляции противостоять этим воздействиям и определяется пробивным напряжением при соответствующих нормированных воздействиях.
При определении электрической прочности необходимо учитывать статистический характер пробоя. Чаще всего определяется среднее значение пробивного напряжения и среднеквадратичное его отношение. Внутренняя изоляция в большинстве случаев не восстанавливает электрическую прочность после пробоя. Получение большого числа экспериментальных данных по пробивным напряжениям наталкивает на значительные экспериментальные трудности и связано с большими затратами, поэтому приходится ориентироваться только на средние значения пробивных напряжений и грубую оценку среднеквадратичных отклонений или даже на нижнее значение пробивных напряжений.
Кратковременная электрическая прочность обычно рассматривается применительно к следующим воздействиям:
а) электрическая прочность при кратковременном приложении напряжения промышленной частоты;
б) электрическая прочность при импульсных напряжениях длительностью от сотен мкс. до десятых долей сек.
Для внутренней изоляции необходимо учитывать специфику воздействия импульсов различной формы. (Рис. 1.13-1.16)
Рисунок 1.13 Импульс
Рисунок 1.14 Импульс
Рисунок 1.15 Импульс
Рисунок 1.16 Импульс
1-3 — для имитации коммутационных и квазистационарных или длительных (5 и 4) перенапряжений.
Электрическая прочность при воздействии импульсов, соответствует внутренним перенапряжениям, может отличатся от прочности при воздействии стандартных импульсов 1.5/40, (11.2/50) мкс. Вследствие зависимости пробивного напряжения от числа импульсов, времени воздействия, крутизны фронта, времени колебательного характера импульса.
Снижение электрической прочности при колебательных импульсах напряжения по сравнению с апериодическими связано с тем, что в первом случае количество частичных разрядов, возникающих в изоляции при каждом импульсе, больше чем во втором. Частичные разряды сопровождаются газовым полем и некоторой порче изоляции. Многократное приложение импульсов напряжения приводит к накоплению разрушения (кумулятивный эффект). Количество частичных разрядов определяется изменением напряжения на изоляции за рассматриваемый отрезок времени. Такие изменения напряжения возникают при каждом изменении полярности, что и приводит к возникновению дополнительных частичных разрядов. Следствием этого является зависимость электрической прочности от декремента колебаний импульса и снижение электрической прочности с увеличением числа воздействующих импульсов.
В ряде случаев пробой изоляции наступает не непосредственно в результате воздействия повышенного напряжения, а как следствие того, что частичные повреждения изоляции могут быть вызваны воздействиями повышенного испытательного напряжения или перенапряжений в процессе эксплуатации.
Если эти повреждения заметно нарушают электрическое поле, то они продолжают развиваться и далее при рабочем напряжении и вызывают ее ускоренное старение. Таков ползущий разряд в маслобарьерной изоляции, критические частичные разряды в бумажно-маслянной изоляции, дендриты в твердой изоляции. Такие повреждения в процессе эксплуатации завершаются преждевременным пробоем изоляции.
Предельно допустимое количество импульсов заданной формы с заданной амплитудой определяется как отсутствием пробоя изоляции, так и отсутствием повреждений, недопустимых для дальнейшей длительной эксплуатации при рабочем напряжении.
