Техника высоких напряжений
Контрольная работа - Физика
Другие контрольные работы по предмету Физика
исходя из эти факторов.
Диэлектрики, из которых изготовляются изоляторы, должны обладать высокой механической прочностью, поскольку изоляторы, являясь элементом конструкции, несут значительную нагрузку. Изоляторы линий электропередачи, например, несут нагрузку от тяжения проводов, исчисляемую тоннами, а иногда и десятками тонн. Опорные изоляторы, на которых крепятся шины распределительных щитов и устройств, выдерживают громадные нагрузки от электродинамических сил, возникающих между шинами при коротких замыканиях.
Диэлектрики должны иметь высокую электрическую прочность, позволяющую создавать экономичные и надежные по конструкции изоляторы. Нарушение электрической прочности изоляторов может происходить или путем пробоя твердого диэлектрика, из которого он изготовлен, или в результате развития разряда в воздухе вдоль внешней поверхности изолятора. Пробой твердого диэлектрика означал бы выход изолятора из строя, тогда как разряд по поверхности при условии быстрого отключения напряжения не причиняет изолятору никаких повреждений. Поэтому пробивное напряжение твердого диэлектрика должно и всегда делается примерно в 1,5 раза более высоким, чем напряжение перекрытия по поверхности, которым и определяется электрическая прочность изолятора.
Диэлектрики должны быть не гигроскопичны и не изменять своих свойств под действием различных метеорологических факторов. При неблагоприятных условиях (дождь, увлажненные загрязнения) на поверхностях изоляторов, устанавливаемых на открытом воздухе (изоляторы наружной установки), могут возникнуть частичные электрические дуги. Под их действием поверхность может обугливаться и на ней могут появляться проводящие следы - треки, снижающие электрическую прочность изоляторов. Поэтому диэлектрики для изоляторов наружной установки должны обладать высокой трекингостойкостью.
Всем указанным требованиям в наибольшей степени удовлетворяют глазурованный электротехнический фарфор и стекло, а также некоторые пластмассы (полимеры).
Электрическая прочность фарфора в однородном поле при толщине образца 1,5 мм составляет 30 - 40 кВ/мм и уменьшается при увеличении толщины. Электрическая прочность стекла при тех же условиях - 45 кВ/мм.
Механическая прочность фарфора и стекла зависит от вида нагрузки. Например, прочность фарфоровых образцов диаметром 2 - 3 см составляет при сжатии 450 МПа, а при изгибе 70 МПа, а при растяжении всего 30 МПа. Поэтому наиболее высокой механической прочностью обладают изоляторы, в которых фарфор работает на сжатие.
Стекло по механической прочности не уступает фарфору и тоже лучше всего работает на сжатие. Стеклянные подвесные изоляторы тарельчатого типа для ЛЭП изготовляются на нагрузки до 40 т.
Полимерные изоляторы наружной установки изготовляются из эпоксидных компаундов на основе циклоолифатических смол или же из полиэфирных смол с минеральным наполнителем и добавкой фторопласта. Такие изоляторы имеют высокую электрическую прочность и достаточную трекингустойчивость. Для повышения механической прочности полимерные изоляторы армируются стекловолокном.
Рассмотрим изоляторы при загрязненной и увлажненной поверхности.
В условиях эксплуатации поверхности изоляторов всегда загрязняются. Однако, как правило, сухие загрязнения не оказывают заметного влияния на разрядные напряжения изоляторов, так как слой загрязнения имеет высокое сопротивление и не влияет на распределение напряжения по поверхности изолятора. Увлажнение слоя загрязнения моросящим дождем или росой приводит к уменьшению сопротивления слоя загрязнения, изменению распределения напряжения по поверхности изолятора и в результате к снижению разрядного напряжения.
Грязеразрядное напряжение изолятора зависит от характеристики слоя загрязнения - его количества и состава, а также от интенсивности и вида увлажнения. Большое разнообразие видов загрязнений, встречающихся в условиях эксплуатации, не позволяют выбрать единственное возможное стандартное загрязнение. Наиболее правильно разрядные напряжения в реальных условиях загрязнения могут быть определены из опыта эксплуатации. Однако в ряде случаев этого недостаточно и возникает необходимость в исследованиях по определению грязеразрядных напряжений в лабораторных условиях. В настоящее время принято определять грязеразрядное напряжение при нанесении на поверхность изолятора твердого вещества (цемента) с последующим увлажнением распыляемой водой или сконденсированным паром, а также в атмосфере соленого тумана.
Рассмотрим, упрощенно, механизм перекрытия изолятора при увлажненной загрязненной поверхности.
Под действием приложенного к изолятору напряжения по увлажненному слою загрязнения проходит ток утечки (Iу), нагревающий его. Так как загрязнение распределено по поверхности изолятора неравномерно и плотность тока утечки неодинакова на отдельных участках изолятора из-за сложной конфигурации его поверхности, то нагревание слоя загрязнения происходит также неравномерно. На тех участках, где плотность тока наибольшая, а загрязняющий слой тоньше, происходит интенсивное испарение воды и образуются подсушенные участки с повышенным сопротивлением. Распределение напряжения по поверхности изолятора меняется. Почти все напряжение, воздействующее на изолятор, оказывается приложенным к подсушенным участкам. В результате этого подсушенные участки перекрываются искровыми каналами, называемыми частичными д