Поверхности изоляторов

Высокий уровень электрического сопротивления изоляции проходных изоляторов во влажном воздухе внутри термовлагокамеры поддерживается с помощью специального обогрева изоляторов ( 7-6). Термовлагокамера имеет двойные стенки 1; обогрев обеспечивается обогревательной рубашкой 4. Проходные изоляторы 3 для измерительных вводов могут быть выполнены из полистирола, фторопласта или другой влагостойкой пластмассы. Они снабжены обогревателями 5. Мощность обогревателей должна быть такой, чтобы создавать на поверхности проходного изолятора местное превышение температуры в 3—4 °С по отношению к температуре воздуха в камере. Это препятствует конденсации влаги на поверхности изолятора и обеспечивает высокое электрическое сопротивление между измерительными вводами 2.

Чем более интенсивно загрязнение, тем большую длину пути утечки необходимо иметь по поверхности изолятора (см/кв). Эффективным является установка изоляции на ступень выше номинального напряжения или специальной изоляции с повышенной длиной 'пути утечки. Повреждения вводов силовых трансформаторов

Разъединитель герметизированного распределительного устройства с элегазовой изоляцией (ГРУ), конструкция которого схематично показана на 4.4, также имеет опорную изоляцию (обычно изоляторы из твердой полимерной изоляции) 1 и продольную изоляцию, образованную промежутком между разомкнутыми контактами в атмосфере сжатого газа SF6. Перекрытие вдоль поверхности изолятора приводит к его повреждению. Пробой изоляционного промежутка между контактами и прохождение тока к. з. приводит к серьезному повреждению аппарата, так как электрическая дуга горит в замкнутом объеме.

це раздела двух диэлектриков. При этом основное требование к изоляционным элементам из твердой изоляции, расположенным между электродами газового промежутка, заключается в следующем: напряженность поля на поверхности твердого диэлектрика не должна превышать максимальную напряженность на поверхности электродов при отсутствий твердого диэлектрика. Тогда при достаточно высокой внутренней электрической прочности твердого диэлектрика его наличие не влияет на электрическую прочность изоляционной системы в целом. Этого можно достичь путем выбора соответствующей формы поверхности изолятора, а также применения системы экранов, в том числе встроенных в толщу изолятора. Оптимальную конфигурацию изолятора из твердого диэлектрика выбирают на основе расчетов электрических полей изоляционной конструкции, которые достаточно трудоемки даже при использовании ЭВМ.

Для эпоксидных компаундов ет ж (2^3) е0 и R0/r0 ж 2,5. Наибольшее приближение внутреннего поля в изоляторе к однородному и одновременно снижение напряженности на поверхности изолятора можно получить при /о = 0,067 RQ и а = 2,5. Для изолятора воронкообразного профиля ( 4.22, б) целесообразно расширение профиля поверхности твердого диэлектрика у электрода с меньшим диаметром до величины, равной расстоянию между электродами. Наклон поверхности изолятора при этом должен составлять 45°. На электрическую прочность системы с оптимальной конфигурацией изоляторов и электродов существенно влияет узел сочленения изоляторов с электродами и, в частности, плотность прилегания твердого диэлектрика к электроду. При неплотном прилегании в газовой прослойке между твердым диэлектриком и электродом возникает значительное местное повышение напряженности электрического поля; ионизационные процессы начинаются при сравнительно низком напряжении на электроде и при их достаточной интенсивности приводят к старению твердой изоляции и, как следствие, к снижению длительной электрической прочности.

Мелкие проводящие частицы размерами в десятки микрометров, осаждаясь на поверхности твердого диэлектрика, приводят к локальным повышениям напряженности электрического поля и соответственно к развитию ионизационных процессов в этих местах и снижению длительной электрической прочности. Поэтому, если не принимать специальных мер по тщательной очистке газовой среды внутренней изоляции аппарата от влаги, пыли и проводящих частиц, то возможно ускоренное разрушение поверхности изолятора при длительном приложении напряжения даже при оптимальном характере электрического поля. Таким образом, принятие всех перечисленных выше мер (выравнивание электрического поля, обеспечение плотного соединения твердого диэлектрика с электродами, тщательная очистка газа) приводит к тому, что наличие твердых диэлектриков практически не влияет на электрическую прочность конструкции аппарата, которая определяется электрической прочностью газовой среды.

Увлажнение загрязненных поверхностей изоляторов в электрических аппаратах значительно снижает их электрическую прочность. При этом возможны перекрытия изоляторов не только при перенапряжениях, но и при рабочем напряжении. Слой загрязнения на поверхности изоляторов образуется в результате выпадения из потоков воздуха твердых или жидких взвешенных частиц. Интенсивность этого процесса пропорциональна градиенту скорости воздушного потока у поверхности изолятора. При резком уменьшении скорости, вызываемой препятствиями в виде вертикальных ребер и других, загрязнение изоляторов происходит более интенсивно, чем при ламинарном потоке по гладким поверхностям.

Перекрытия загрязненной изоляции происходят, как правило, при увлажнениях моросящим дождем, туманом, росой, когда загрязненный слой насыщается влагой и на поверхности изоляторов образуется электролит. По поверхности изолятора начинает проходить ток, называемый током утечки, при этом электролит разогревается, влага испаряется. На отдельных участках поверхности, где плотность наибольшая или толщина увлаж- 4.24 ненного слоя наименьшая, образуются

Ток, проходящий по каналу дуги, ограничивается сопротивлением поверхности изолятора. Поверхностное электрическое сопротивление гладкого стержневого изолятора диаметром d с длиной пути тока утечки Ly и толщиной слоя загрязнения А равно

где гп и гя — соответственно сопротивления единицы длины поверхности изолятора и дуги; /д — длина дуги. Согласно формулам (4.21), (4.22)

Если в месте образования кольцевой зоны гя > гп (где гп — со противление рассматриваемого участка поверхности в увлажненном состоянии), то после образования дуги R > Rn ток по поверхности изолятора

На результаты измерений tg6 сильное влияние оказывают паразитные токи и внешние электростатическое и магнитное поля. Для исключения этих влияний в мостах осуществлено экранирование и дополнительно принимаются следующие меры. Для устранения поверхностных утечек перед производством измерений тщательно протираются поверхности изоляторов. Если при этом tg6 все еще превышает допустимое нормами значение, на изолятор накладывается охранное кольцо К, соединяемое с экраном мое-

Внешняя изоляция находится в непосредственном контакте с атмосферой (окружающим воздухом) и использует ее изоляционные свойства. Условия работы внешней изоляции существенно зависят от места установки аппарата: на воздухе в открытом распределительном устройстве (ОРУ) или в закрытом помещении — комплектные распределительные устройства (КРУ). В случае ОРУ внешняя изоляция подвергается воздействию неблагоприятных атмосферных условий 'например, колеба ния атмосферного давления и температуры воздуха, увлажнения) и загрязнениям. Внешняя изоляция аппаратов КРУ работает в существенно более легких условиях (практически отсутствуют загрязнения). Однако в неотапливаемых помещениях на поверхности изоляторов может выпадать роса.

Увлажнение загрязненных поверхностей изоляторов в электрических аппаратах значительно снижает их электрическую прочность. При этом возможны перекрытия изоляторов не только при перенапряжениях, но и при рабочем напряжении. Слой загрязнения на поверхности изоляторов образуется в результате выпадения из потоков воздуха твердых или жидких взвешенных частиц. Интенсивность этого процесса пропорциональна градиенту скорости воздушного потока у поверхности изолятора. При резком уменьшении скорости, вызываемой препятствиями в виде вертикальных ребер и других, загрязнение изоляторов происходит более интенсивно, чем при ламинарном потоке по гладким поверхностям.

изоляторов следует стремиться не к защите возможно большей поверхности изоляторов от ливневого дождя, а к обеспечению возможно большей доступности поверхности изоляторов этому дождю.

Перекрытия загрязненной изоляции происходят, как правило, при увлажнениях моросящим дождем, туманом, росой, когда загрязненный слой насыщается влагой и на поверхности изоляторов образуется электролит. По поверхности изолятора начинает проходить ток, называемый током утечки, при этом электролит разогревается, влага испаряется. На отдельных участках поверхности, где плотность наибольшая или толщина увлаж- 4.24 ненного слоя наименьшая, образуются

Как уже отмечалось (§ 4.6), появление частичных дуговых разрядов на поверхности увлажненных изоляторов — явление неизбежное. Опорные точки дуги, опирающиеся на электролит, имеют температуру, не превышающую 100 °С. Однако в стволе дуги, отделенном от подсушенной поверхности изолятора слоем воздуха толщиной в несколько миллиметров, температура достигает 4000°С. Тем не менее температура поверхности изоляторов не превышает 200°С, что определяется подвижностью дужек и низкой теплопроводностью слоя воздуха. Поэтому тепловое воздействие частичных дуговых разрядов на поверхность изоляторов не приводит к опасным последствиям.

Кроме того, атомы кислорода вступают во взаимодействие с молекулярным и атомарным азотом, образуя окислы азота, которые, достигая увлажненной поверхности, образуют агрессивную азотную кислоту. В результате и подсушенная, и увлажненная поверхности изоляторов подвергаются воздействию активных окислителей, что приводит постепенно к изменению химического состава поверхности и увеличению поверхности проводимости на пять-шесть порядков, и изолятор теряет свои изолирующие свойства. Опорные точки дуги переходят на подсушенную поверхность изолятора, разогревают ее вплоть до полного разрушения поверхности с выделением либо летучих продуктов распада (эрозия поверхности), либо углерода. В последнем случае науглеро-женная поверхность разогревается до тысяч градусов, что приводит к быстрому распространению разрушения поверхности вплоть до полного перекрытия изолятора. Поэтому длительность завершающей стадии разрушения несоизмеримо мала по сравнению с длительностью

Для низковольтной аппаратуры можно использовать другой путь — исключение появления частичных дуговых разрядов на увлажняемой поверхности изоляторов. Расчеты и экспериментальные исследования показывают, что при слабом загрязнении поверхности изоляторов (соответствующем удельной поверхностной проводимости в увлажненном состоянии gn ^ 2 мкСм) ограничение средней напряженности поля вдоль пути тока утечки величиной 150 В/см (действующее значение) практически исключает возникновение поверхностных дуговых разрядов и соответственно разрушение ими поверхности изоляторов.

В некоторых случаях смена метеорологических условий (например, появление мокрых осадков) может качественно изменять состояние поверхностей изоляторов наружной установки и механизм развития разрядов вдоль них, что сильно сказывается на значениях разрядных напряжений. Чтобы учесть это, электрическую прочность промежутков вдоль изоляторов наружной установки измеряют в условиях, соответствующих разным механизмам разрядных процессов, а именно, когда поверхности изоляторов чистые и сухие, чистые и смачиваются дождем, загрязнены и увлажнены.. Разрядные напряжения, измеренные при указанных состояниях поверхностей изоляторов, называют соответственно сухоразрядными, мокрораз-рядными и грязе- или влагоразрядными.

Продолжительность перенапряжений может оказаться недостаточной для растягивания дуги на весь промежуток. Поэтому дождь и влажные загрязнения практически не влияют на импульсные разрядные напряжения вдоль поверхности изоляторов,

При выводе (4-7) предполагалось, что вся поверхность изолятора загрязнена и увлажнена строго равномерно. На самом деле поверхности изоляторов загрязняются и увлажняются ' неравномерно.' Кроме того, при сложной форме изолятора разряд на отдельных участках может отрываться от поверхности и развиваться по наикратчайшему пути в воздухе. В результате эффективно используется не вся геометрическая длина пути утечки Ly, а только ее часть. Поэтому напряжение перекрытия изоляторов, загрязненных в реальных условиях эксплуатации, пропорционально не геометрической, а эффективной длине пути утечки