Изоляция электрических установок

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Линейные изоляторы

2. Общие сведения о кратковременной электрической прочности внутренней изоляции. Тепловой пробой внутренней изоляции

Список используемой литературы

Введение

Изоляция электрических установок разделяется на внешнюю и внутреннюю.

К внешней изоляции установок высокого напряжения относят изоляционные промежутки между электродами (проводами линий электропередачи (ЛЭП), шинами распределительных устройств (РУ), наружными токоведущими частями электрических аппаратов и т.д.), в которых роль основного диэлектрика выполняет атмосферный воздух. Изолируемые электроды располагаются на определенных расстояниях друг от друга и от земли (или заземленных частей электроустановок) и укрепляются в заданном положении с помощью изоляторов.

К внутренней изоляции относится изоляция обмоток трансформаторов и электрических машин, изоляция кабелей, конденсаторов, герметизированная изоляция вводов, изоляция между контактами выключателя в отключенном состоянии, т.е. изоляция герметически изолированная от воздействия окружающей среды корпусом, оболочкой, баком и т.д. Внутренняя изоляция, как правило, представляет собой комбинацию различных диэлектриков (жидких и твердых, газообразных и твердых).

В данной работе были рассмотрены линейные изоляторы, их характеристика, а также были приведены рисунки некоторых типов линейных изоляторов. Еще в данной работе общие сведения о кратковременной электрической прочности внутренней изоляции и тепловой пробой внутренней изоляции.

1. Линейные изоляторы

Изоляторы, применяемые для крепления проводов воздушных линий электропередачи, делятся по своей конструкции на штыревые, подобные опорным штыревым, и подвесные. Последние подразделяются на изоляторы тарельчатого типа и стержневые.

Линейные изоляторы испытывают механические нагрузки, которые создаются натяжением проводов и зависят от сечения проводов и длин пролетов между опорами, от температуры проводов, силы ветра и других факторов. Для штыревых линейных изоляторов эти нагрузки являются главным образом изгибающими. Подвесные изоляторы благодаря шарнирному креплению подвергаются только растягивающим усилиям.

Штыревые изоляторы. Провод крепится на верхней или боковой бороздке изолятора с помощью проволочной вязки или специальных зажимов. Сам изолятор навертывается на металлический штырь или крюк, закрепленный на опоре. Чтобы крюк не поворачивался в опоре при натяжении провода, ему придается такая форма, что ось провода и ось ввертываемой в опору части крюка лежат в одной плоскости. При этом натяжение провода не создает вращающего момента относительно оси крюка.

Гнездо с резьбой для ввертывания штыря или крюка углублено в тело изолятора настолько, что верхняя часть штыря или крюка оказывается на уровне шейки изолятора. Этим достигается уменьшение изгибающего момента, действующего на тело изолятора. Механическая прочность штыревых изоляторов характеризуется минимальной разрушающей нагрузкой на изгиб.

При дожде внешняя часть поверхности изолятора оказывается полностью смоченной водой. Сухой остается лишь его нижняя поверхность, поэтому почти все напряжение оказывается приложенным между концом внешнего ребра и штырем. Вследствие этого, несмотря на значительное увеличение диаметра изолятора (он примерно на 35 % больше высоты), мокроразрядное напряжение получается почти вдвое меньше, чем сухоразрядное.

Изоляторы типа ШФ 20 на напряжение 20 кВ и ШФ 35 на напряжение 35 кВ в целях получения необходимых электрической и механической прочностей выполняются из двух фарфоровых частей, склеиваемых цементным раствором. Подвесные изоляторы тарельчатого типа. На линиях 35 кВ и более высокого напряжения применяются преимущественно подвесные изоляторы тарельчатого типа. Путем последовательного соединения таких изоляторов можно получить гирлянды на любое номинальное напряжение. Применение на линиях разного класса напряжения гирлянд из изоляторов одного и того же типа значительно упрощает организацию их массового производства и эксплуатацию.

Как уже отмечалось, из-за шарнирного соединения изоляторы в гирлянде работают только на растяжение. Однако сами изоляторы сконструированы так, что внешнее растягивающее усилие вызывает в изоляционном теле в основном напряжения сжатия и среза. Тем самым используется весьма высокая прочность фарфора и стекла на сжатие.

Рисунок 1. Изолятор линейный полимерный

Рисунок 2. Изолятор линейный подвесной стеклянный ПСВ-40В

2. Общие сведения о кратковременной электрической прочности внутренней изоляции. Тепловой пробой внутренней изоляции

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. Например, опасные повреждения возможны при появлении критических частичных разрядов в бумажно-масляной изоляции, а также в маслобарьерной изоляции силовых трансформаторов при частичных разрядах в виде пробоя первого масляного канала.

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.

Это весьма важно с практической точки зрения. Например, при заводском контроле изоляционных конструкций отсутствие пробоя во время приложения испытательного напряжения еще не означает, что испытания прошли успешно. Необходимо убедиться в том, что под действием испытательного напряжения в изоляции не появились частичные повреждения. С этой целью до и после приложения испытательного напряжения состояние изоляции обязательно контролируется с использованием методов, позволяющих обнаружить местные дефекты (например, по характеристикам частичных разрядов).

Кратковременная электрическая прочность обычно рассматривается применительно к следующим нормированным воздействиям:

а) электрическая прочность при кратковременном приложении напряжения промышленной частоты (плавный подъем напряжения с определенной скоростью или одноминутное приложение напряжения) - используется при определении требуемых габаритов изоляции по заданным испытательным напряжениям промышленной частоты, при определении допустимых испытательных напряженностей электрического поля по результатам этих испытаний, а также при определении размеров (допустимых напряженностей) по уровню длительных квазистационарных перенапряжений;

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 этом случае при испытаниях чаще всего используются импульсы 1,2/50 мкс и срезанные импульсы при времени среза 2-3 мкс;

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 с фронтом примерно 250 мкс и длительностью примерно 2500 мкс (250/2500 мкс) или колебательным импульсом; например, для внутренней изоляции силовых трансформаторов - с фронтом не менее 100 мкс и длительностью импульса не менее (длительностью первого полупериода до полуспада напряжения) 1000 мкс.

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. Снижение электрической прочности при колебательных импульсах напряжения по сравнению с апериодическими 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 (кумулятивный эффект), например к образованию газовых полостей в пропитанной изоляции за счет разложения жидкого диэлектрика и снижению напряжения частичных разрядов.

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 U_И и U_50Гц При этом требования о том, что внутренняя изоляция должна выдерживать воздействия грозовых и внутренних перенапряжений, могут быть записаны в виде следующих неравенств:

U_И>U_ИСП.И; (1)

U_50Гц>U_{ИСП.50 Гц}, (2)

где U_ИСП.И и U_{ИСП.50 Гц} - испытательные напряжения соответственно импульсное и промышленной частоты, значения которых устанавливаются с учетом уровней возможных в эксплуатации грозовых и внутренних перенапряжений. изоляция электрическая прочность пробой

В силу случайной природы разрядных процессов во внутренней изоляции и неконтролируемых различий между внешне одинаковыми изоляционными конструкциями напряжения U_И и U_50Гц являются величинами случайными, подверженными значительным разбросам. Следовательно условия (1) и (2) должны соблюдаться с некоторой достаточно высокой вероятностью Р, зависящей от требований к надежности изоляции (например, Р=0,999). Это означает, что в условия (1) и (2) должны входить такие значения напряжений U_И и U_50Гц, вероятность появления которых или еще более низких очень мала и равна 1-Р.

Напряжения U_И и U_50Гц, соответствующие требуемой малой вероятности пробоя, или повреждения изоляции называются допустимыми для данной изоляционной конструкции. Обозначим их U_Д.И и U_Д.50Гц. Таким образом, условиями нормальной работы внутренней изоляции при перенапряжениях будут неравенства:

U_Д.И?U_ИСП.И; (3)

U_Д.50Гц? U_{ИСП.50 Гц}. (4)

При разработке изоляционных конструкций пользуются значениями напряжений U_Д.И и U_Д.50Гц, 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, выбирают вид функций распределения F(U_И) и F(U_50Гц) и оценивают их параметры, например, математические ожидания U_И, U_50Гц и среднеквадратические отклонения ?_И, ?_50Гц. Затем, используя функции распределения F(U_И) и F(U_50Гц), определяют допустимые напряжения из условий:

F(U_Д.И)? 1- Р; (5)

F(U_Д.50Гц)? 1- Р, (6)

где Р - вероятность того, что конструкция выдержит перенапряжения без пробоя и повреждения.

При пробое под воздействием высокого напряжения внутренняя изоляция полностью или частично утрачивает свою электрическую прочность. Большинство видов внутренней изоляции принадлежит к группе несамовосстанавливающейся изоляции, пробой которой означает необратимое повреждение конструкции. Это означает, что внутренняя изоляция должна обладать более высоким уровнем электрической прочности, чем внешняя изоляция, т.е. таким уровнем, при котором пробои полностью исключаются в течение всего срока службы.

Необратимость повреждения внутренней изоляции сильно осложняет накопление экспериментальных данных для новых видов внутренней изоляции и для вновь разрабатываемых крупных изоляционных конструкций оборудования высокого и сверхвысокого напряжения. Ведь каждый экземпляр крупной дорогостоящей изоляции можно испытать на пробой только один раз.

Список используемой литературы

1. http://www.bester54.ru/goods/index.php?type=description&id=442.

2. http://www.bester54.ru/goods/index.php?section=7&subSection=51&type =goods.

3. http://electricalschool.info/main/visokovoltny/437-osnovnye-vidy-i-jelektricheskie.html.

4. http://www.mosvet.ru/page319.html.

Размещено на Allbest.ru