3.6.Допустимые напряжения для внутренней изоляции

Внутренняя изоляция должна выдерживать грозовые и внутренние перенапряжения. Эти перенапряжения не должны вызывать пробоя и сокращения сроков службы изоляции, т.е. не должны вызывать местных повреждений и дефектов изоляции (ЧР, образования расслоений и газовых включений). Таким образом, кратковременная электрическая прочность не всегда определяется напряжением пробоя. Электрическая прочность может определятся напряжением возникновения ЧР определенной интенсивности. Поэтому при заводских испытаниях отсутствие пробоя не всегда означает, что испытание прошло успешно. Нужно также убедиться, что отсутствуют дефекты.

Испытательные напряжения выбираются из следующих соображений

, (3.1)

где , – соответственно допустимые импульсное напряжение и напряжение переменного тока частотой 50 Гц; , – соответствующие испытательные напряжения; – уровень перенапряжений для испытуемой изоляции.

При этом результаты испытаний должны гарантировать надежность работы изоляции с вероятностью 0,99 и 0,999.

Для электрооборудования, выпускаемого большими партиями, значение определяется на основании опытных испытаний образцов

, при ;

, при .

Для дорогостоящих конструкций значение допустимых напряжений и определяют на основании допустимых напряженностей электрического поля , , откуда

, , (3.2)

где – толщина изоляции;

– коэффициент неоднородности электрического поля.

3.7.Частичные разряды во внутренней изоляции

Частичными разрядами называются разрядные процессы, развивающиеся под действием приложенного напряжения на части изоляции. Наиболее интенсивный характер ЧР имеют в резко неоднородных полях на ослабленных участках изоляции – в газовых включениях. Такие участки возникают при технологических дефектах или механических повреждениях изоляции.

Для выяснения сущности ЧР воспользуемся схемой замещения изоляции (рис. 3.3б).

Рис. 3.3 – Изоляция с повреждением (а) и ее схема замещения (б)

Частичные разряды в воздушном включении толщиной (рис. 3.3а) возникнут, если напряжение на промежутке будет равным или большим некоторого критического значения , при котором возникают ЧР . Если к изоляции приложено внешнее синусоидальное напряжение , при котором возникают ЧР на промежутке , то

. (3.3)

Тогда напряжение, приложенное к изоляции, при котором возникают ЧР на промежутке из последнего выражения будет

. (3.4)

Так как , то и для емкостей и можно записать

, и , (3.5)

а напряжение возникновения ЧР, приложенное к изоляции, будет

, (3.6)

где и – соответственно диэлектрическая проницаемость материала диэлектрика и газового включения;

– максимальная площадь в поперечном сечении газового включения.

В случае неоднородного поля

. (3.7)

Из последнего выражения следует, что увеличить значение разрядного напряжения можно путем увеличения , т.е. пропиткой или более плотной намоткой изоляции.

Разряд в воздухе наступает при минимальном напряжении , следовательно

Рис. 3.4 – Изменение напряжения на газовом включении при ЧР

. (3.8)

При воздействии синусоидального напряжения (рис. 3.4) ЧР могут возникать многократно в течение полупериода, если напряжение на газовом включении , и погасать, если , где – напряжение погасания частичного разряда.

Если значения и не зависят от полярности, то число ЧР в единицу времени будет

, (3.9)

где – воздействующее на изоляцию напряжения;

.

При наличии в изоляции нескольких газовых включений

. (3.10)

Выделяющаяся в канале энергия идет на разрушение изоляции

. (3.11)

При оценке интенсивности ЧР пользуются величиной кажущегося заряда единичного частичного разряда, который связан с нейтрализующимся при каждом частичном разряде зарядом, приводящим к уменьшению напряжения на электродах на величину

, (3.12)

где – емкость всего диэлектрика.

Также для оценки интенсивности пользуются величиной среднего тока ЧР , где – число разрядов в секунду.

Разрушение изоляции имеет место, если . Начальные ЧР возникают при для бумажно-масляной изоляции (БМИ) и для маслобарьерной (МБИ). Эти разряды возникают в местах с сильно неоднородным полем и, хотя не вызывают разрушения изоляции, но увеличивают и количество растворенных газов, особенно в МБИ и БМИ, что в конечном итоге может привести к тепловому пробою. При ЧР могут привести к пробою и считаются критическими. Такие ЧР недопустимы.

В сплошных изоляционных конструкциях (МБИ и БМИ) ЧР могут возникать вдоль поверхности твердой изоляции. В этом случае на поверхности могут возникать проводящие ветвистые каналы (дендриты), длина которых при перенапряжениях может увеличиться, что в конечном итоге приведет к пробою или перекрытию изоляции по поверхности. Эти процессы наиболее интенсивно развиваются в неоднородном электрическом поле и в том случае, если барьеры расположены не перпендикулярно силовым линиям электрического поля. Такие разряды могут возникать и в щелях между твердой изоляцией.