Робота ізоляційних конструкцій - як працює електрична ізоляція
Сторінка 2 з 12
- ОСОБЛИВОСТІ РОБОТИ ІЗОЛЯЦІЙНИХ КОНСТРУКЦІЙ
Зовнішня і внутрішня ізоляції. Ізоляція електроустановок розділяється на зовнішню і внутрішню. Зовнішньої називають ізоляцію; працюючу в атмосферному повітрі. Електрична міцність зовнішньої ізоляції визначається пробоєм повітряних проміжків або перекриттям в повітрі по ізолюючим поверхонь. Основною ознакою зовнішньої ізоляції є залежність її електричної міцності від атмосферних -Умови.
Прикладом зовнішньої ізоляції можуть служити повітряні проміжки між струмоведучими частинами і землею на лініях електропередачі та підстанціях, а також зовнішня поверхня ізоляторів, що стикається з повітрям. Ізоляція, електрична міцність якої практично не залежить від зовнішніх атмосферних умов, називається внутрішньою. Прикладом внутрішньої ізоляції може служити ізоляція обмоток масляного трансформатора між собою і від муздрамтеатру. Є і такі ізоляційні конструкції, в яких застосовується комбінація зовнішньої і внутрішньої ізоляцій, наприклад, вводи трансформаторів і вимикачів. Зовнішня частина вводів працює в атмосферному повітрі, а внутрішня - в трансформаторному маслі.
Вплив атмосферних умов на електричну міцність зовнішньої ізоляції.
Електрична міцність зовнішньої ізоляції електроустановок залежить від метеорологічних чинників: від тисків і температури повітря і від його вологості. Розрядні напруги повітряних проміжків і ізоляторів при напружених промислової частоти і при імпульсах залежать від відносної щільності повітря і можуть бути підраховані за формулою
де б - відносна щільність повітря;
U0 - розрядна напруга при нормальних атмосферних умовах (тиск 760 мм рт. Ст. Температура 20 ° С);
U - розрядна напруга при відносній щільності повітря 8.
Відносної щільністю повітря називається відношення щільності повітря при будь-яких атмосферних умовах до щільності при нормальних умовах. Вона підраховується за формулою
де Р - тиск повітря, мм рт. ст. \ t - температура повітря, ° С.
При нормальних атмосферних умовах б0 = 1.
Зі збільшенням! Висоти над рівнем моря зменшується тиск і, отже, відносна щільність повітря. В результаті електрична міцність повітря знижується. При підвищенні температури відносна щільність повітря зменшується, що викликає зниження розрядних напруг зовнішньої ізоляції. Вологість атмосферного повітря також впливає на електричну міцність зовнішньої ізоляції. З ростом вологості повітря розрядні напруги дещо зростають. Справа в тому, що розряд в повітрі виникає в результаті іонізації, виробленої вільними електронами. Якщо ж в повітрі є частинки водяної пари, т. Е. Повітря вологий, то вільні електрони «прилипають» до часток водяної пари і втрачають здатність іонізувати молекули повітря. Тим самим може освіту електронних лавин і підвищується розрядна напруга зовнішньої ізоляції. При збільшенні вологості до 100% на поверхню ізоляторів випадає роса. Роса, як і дощ, дає істотне зниження розрядних напруг. Вода має досить високу провідність, внаслідок цього напруга на ізоляторі перерозподіляється: частка напруги, яка припадає на змочені водою ділянки поверхні, зменшується, а частка напруги на сухих ділянках збільшується. В результаті перекриття ізолятора під дощем відбувається при меншій напрузі, ніж в сухому стані. Особливо значним буває зниження розрядної напруги в тому випадку, коли поверхня ізолятора була забруднена. Забруднення ізолятора в сухому стані зазвичай не призводить до зниження розрядної (напруги. Але при зволоженні забрудненої поверхні розрядна напруга ізолятора різко знижується. Зволоження шару забруднення відбувається особливо інтенсивно під час туману. Роси, дощику, дощу, танення снігу та ожеледиці. Ось чому часто спостерігаються перекриття ізоляції в ранні ранкові години, коли при висхідному сонці на ізоляторах випадає роса. Сильні дощі, навпаки, змивають шари забруднення і тим самим очищають ізолятори. Розрядні напруги я залежать від складу забруднюючої осаду, особливо сильно знижуються розрядні напруги при забрудненні ізоляторів забирає хімічних, металургійних та цементних заводів, бризками морської води і пилом солончакової грунту. Перекриття забрудненої і зволоженою ізоляцій можуть відбуватися навіть при робочій напрузі. За зволоженому шару зазгрязненія під дією прикладеного напруги протікають струми витоку. Так як інтенсивність забруднення і зволоження окремих ділянок поверхні ізоляторів неоднакова і залежить від конструкції та ктівная особливостей ізолятора, то і щільність струму витоку, що протікає по різних дільницях забрудненого шару, також різна. Там, де щільність струму велика, поверхня підсушується і опір забруднюючої шару зростає. На цих ділянках збільшується падіння напруги, що призводить до виникнення часткових дужок. Після перекриття підсушених ділянок ізоляції всю напругу прикладається до ділянок з вологим забрудненим шаром, який має відносно невеликий опір і підсушується струмом витоку. Розподіл напруги по забрудненої поверхні ізолятора різко порушується, виникають нові часткові дуги, число їх зростає, і процес завершується повним перекриттям ізолятора. При правильній експлуатації електрообладнання атмосферні умови не впливають на характеристики внутрішньої ізоляції. При порушенні правил експлуатації (відсутність воздухоосушитель) вологе повітря, потрапляючи в трансформатор, зволожує його ізоляцію. При відсутності захисту (термосифонних фільтрів, азотної «подушки») масло, стикаючись з повітрям, окислюється, утворюється шлам, погіршується циркуляція.
Старіння внутрішньої ізоляції.
На рис. 13 представлена схема заміщення гірлянди ізоляторів. Власні ємності ізоляторів С рівні між собою, ємності кожного ізолятора на землю С1 за величиною менше власної ємності С. Ємності ізоляторів по відношенню до проводу С2 дуже малі і не впливають.
Мал. 13. Розподіл напруги по ізоляторах лінійної гірлянди.
а - місткість схема заміщення гірлянди ізоляторів; б - розподіл напруги на гірлянді.
Зі схеми видно, як поступово від проводу до землі зменшується величина струму, що протікає через ємність С. Отже, зменшується також падіння напруги на кожній ємності С з наближенням до землі. На рис. 14 показано розподіл напруги уздовж гірлянди ізоляторів без кілець: на перший ізолятор від проводу доводиться напруга, в кілька разів більше, ніж на ізолятор, розташований у траверси. Якщо ж збільшити ємність перших ізоляторів на провід за допомогою підвіски арматури у вигляді кільця на першому ізоляторі, то напруга перерозподіляється і ізолятори будуть навантажені більш рівномірно. Регулювання розподілу напруги ємностями в установках високої напруги має широке поширення. На рис. 15 показано розподіл електричного поля близько країв свинцевою оболонки кабелю по ізоляції, нанесеної на токоведущий стрижень (праворуч). Якщо на ізоляцію наноситься шар з полупроводящей речовини, поле стає більш рівномірним (зліва). Полупроводящіе покриття застосовуються також для регулювання електричного поля в електричних машинах у місця виходу провідників з паза статора.
Мал. 14. Криві розподілу напруги по гірлянді з 13 ізоляторів з кільцями і без кілець.
Мал. 15. Електричне поле біля країв свинцевою оболонки кабелю.
I - провід; 2 - ізоляція; 3 - свинцева оболонка; зліва - поверхня ізоляції покрита напівпровідними матеріалами.