Geum.ru

Научно-технические основы создания внешней изоляции электрооборудования высокого и сверхвысокого напряжения

Вид материалаАвтореферат диссертации

Содержание


5. Оптимизация конфигурации ребер изоляторов
Подобный материал:
1   2   3   4   5   6   7   8   9

5. Оптимизация конфигурации ребер изоляторов


Выше отмечалось, что при отклонении конструкции изолятора от оптимальной в процессе развития разряда вдоль загрязненной поверхности может наблюдаться шунтирование межреберных промежутков поверхностными разрядами, что вызывает снижение разрядных напряжений. Анализ фото и кинокадров, показал, что могут иметь место три процесса, приводящих к шунтированию межреберных промежутков:
  • электрический пробой между ребрами в местах с наибольшей напряженностью электрического поля;
  • движение канала ПЧР, возникшего у тела изолятора (в местах с наибольшей плотностью тока), к кромкам ребер;
  • перебрасывание канала ПЧР с верхней поверхности ребра в межреберный промежуток, вероятно, за счет конвекционных потоков воздуха.

Исследование, проведенное на макете изолятора, позволило установить, что шунтирование электрическим пробоем воздушного промежутка между ребрами может иметь место в том случае, когда выдерживаемое напряжение воздушного промежутка между соседними ребрами меньше напряжения , возникающего между ними в случае перекрытия «сухого пояса» при критическом токе утечки – токе, соответствующем критическому напряжению.

Экспериментальные значения , определенные на макете изолятора при увлажнении загрязненной цементом поверхности до насыщения, в диапазоне изменения кратчайшего расстояния между соседними ребрами S, равном примерно 1-6 см, можно аппроксимировать формулой


, кВ.эф. (10)


Если заменить реальный изолятор эквивалентным цилиндром, напряжение может быть рассчитано приближенно по формуле, полученной исходя из выражения (6):



, (11)


где y1, y2 - расстояние от края сухого пояса до соответствующих точек на изоляционной поверхности.

Максимальная электрическая прочность изолятора при заданном профиле ребра имеет место в случае, если = . Соответствующие межреберные расстояния и длина пути утечки являются оптимальными.

Если <, то разрядное напряжение изолятора пропорционально длине пути утечки, так как пробой промежутков между ребрами исключается. Последнее свидетельствует о завышенном запасе электрической прочности промежутков. Некоторое уменьшение расстояний между ребрами позволяет увеличить длину пути утечки и, следовательно, разрядное напряжение изоляторов. При слишком малом расстоянии между ребрами может оказаться, что > . В этом случае, несмотря на повышенную длину пути утечки, разрядные напряжения оказываются заниженными из-за шунтирования межреберных промежутков разрядами.

С целью исследования влияния конструктивных параметров на разрядные харктеристики полимерных изоляторов были изготовлены образцы с различной конфигурацией ребер (изоляторы П1-П9). Исследуемые объекты представляли собой комбинированную конструкцию, состоящую из несущего стержня диаметром d и ребер из силоксановой резины диаметром D. Герметизация границы раздела покрытия и стержня обеспечивалась однокомпонентным герметиком.

Исследованиями установлено, что существует область оптимального соотношения между вылетом ребра и межреберным расстоянием b (/b), которое примерно равно 1,1 – 1,2. Однако это соотношение не может служить геометрическим критерием, однозначно характеризующим конструкцию изолятора по электрической прочности при загрязнении.

Полученная зависимость средних разрядных напряженностей ЕН от отношения удельной длины пути утечки к строительной высоте изолятора показывает, что для однотипных по конструкции изоляторов существует оптимальное отношение L/Hопт, причем для обследованных конструкций получено L/Hопт ~ 3 (рис. 3).




Рис. 3 Зависимость средней разрядной напряженности ЕН

полимерных изоляторов от отношения L/H


Расчеты по предложенному критерию оптимизации дают близкие результаты.

Увеличение длины пути утечки сверх оптимального значения не только не эффективно, но приводит к уменьшению электрической прочности за счет шунтирования части длины пути утечки электрической дугой в межреберном пространстве. Отсюда следует, что для обеспечения высокой электрической прочности изоляторов необходимо добиваться оптимального соотношения между вылетом ребра и межреберным расстоянием.

Из анализа кадров скоростной киносъемки развития разряда по поверхности изоляторов можно сделать следующие выводы.


Для больших межреберных расстояний разряд развивается по контуру пути утечки тока, для малых – по кромкам ребра. Для изоляторов с соотношением /b, соответствующим максимальной электрической прочности, разряд с кромки ребра направлен вдоль изоляционной поверхности. В случаях испытаний изоляторов при больших загрязнениях, а также на постоянном токе, наблюдались процессы шунтирования межреберных промежутков не только из-за электрического пробоя между ребрами, но и за счет процессов, о которых говорилось выше. Разработка соответствующих количественных критериев является предметом дальнейших исследований. Предложенная методика оптимизации относится к изоляции, предназначенной для оборудования переменного тока при умеренных загрязнениях.

Оптимальным следует считать такое межреберное расстояние и соответствующую ему длину пути утечки, при котором выдерживаемое напряжение воздушного промежутка между соседними ребрами равно напряжению, возникшему между ними в случае перекрытия сухого пояса на стержне изолятора.

Из сопоставления как экспериментальных, так и расчетных разрядных напряженностей изоляторов Ф7, Ф8, Ф9, которые были разработаны для воздушных выключателей, следует, что самые высокие электрические характеристики имеет изолятор Ф7, на основании чего он и был применен при создании опорной изоляции воздушных выключателей серии ВНВ 110-1150 кВ.