Содержание материала

УДК 621.313.048:621.315.616
ИССЛЕДОВАНИЕ СТОЙКОСТИ ЛИТОЙ ЭПОКСИДНОЙ ИЗОЛЯЦИИ К ВОЗДЕЙСТВИЮ ЧР
Г. А. Алексеев, И. М. Бортник, В. Н. Вариводов, С. Г. Трубачев, В. Н. Шамрай 1

Введение.

 Электрическая изоляция на основе эпоксидных смол весьма широко применяется в современной электротехнике. В последние годы было опубликовано много работ по исследованию характеристик эпоксидной изоляции, в том числе по определению стойкости этой изоляции к действию электрического поля [1—4]. Работа по созданию метода оценки стойкости эпоксидной изоляции проводится также в ИК № 15 СИГРЭ. Следует отметить, что в настоящее время практически отсутствуют общепринятые количественные соотношения, которые позволили бы связать срок службы эпоксидной изоляции с характеристиками ЧР. Исследователям не удалось по характеристикам ЧР (напряжение возникновения и погасания, максимальный кажущийся заряд и др.) прогнозировать длительную электрическую прочность. В то же время ни у кого не вызывает сомнения, что ЧР в изоляции являются одним из основных факторов, возникающих на старение изоляции. Причиной того, что пока еще не установлена корреляция между характеристиками ЧР и длительной электрической прочностью, по-видимому, является то обстоятельство, что условия проведения испытаний, конструкции образцов и измеряемые характеристики давали некоторую усредненную информацию, отражающую целый ряд накладывающихся друг на друга процессов. Процессы деструкции поверхности газовой полости, приводящие к снижению ее поверхностного сопротивления, происходят одновременно с разрушением изоляции в местах с высокой напряженностью электрического поля (вблизи электрода с малым радиусом кривизны, канала стримера ЧР и др.).
Традиционные методы определения характеристик ЧР даже в слабонеоднородных электрических полях часто не дают возможности прогнозирования длительной электрической прочности по следующим причинам: время от момента подачи напряжения до проведения измерений может быть различным (в зависимости от условий испытания). Это не позволяет оценить физические процессы, происходящие в газовой полости (изменение давления, количество остаточных зарядов на стенках и др.);
количество импульсов ЧР от периода к периоду приложенного напряжения может меняться. Это тоже не определяется при традиционных методах испытания;
напряжение возникновения ЧР также на разных периодах может быть различным, а измеряется лишь его минимальное значение.
Авторами была предпринята попытка устранить некоторые недостатки традиционных методов измерений характеристик ЧР и условий проведения испытаний с целью получения информации о влиянии ЧР на длительную прочность эпоксидной изоляции.
Образцы и схема установки для испытаний. На рис. 1 приведены типы образцов, на которых проводились основные исследования. Образцы изготавливались из бисфенольной эпоксидной смолы, отвердитель — фталевый ангидрид и наполнитель - кварцевый песок.


1 G. A. Alexeyev, I. М. Bortnik. V. N. Varivodov, S. G. Trubatchev, V. N. Shamrai. Endurance of moulded epoxy insulation subjected to partial discharges. Доклад 15-10 на сессии СИГРЭ 1982 г.

Образцы типа А представляли собой две эпоксидные пластины с залитыми металлическими электродами и плоской щелью между ними. В некоторых случаях (специально оговоренных в тексте) газовые включения в образцах типа А представляли собой сферические поры диаметром от нескольких десятков микрон до нескольких миллиметров, распределенные в объеме диэлектрика и образованные в процессе изготовления образцов. Образец типа В состоял из эпоксидной пластины, с одной стороны которой механическим путем была сделана полусферическая полость диаметром 5 мм. Образец типа С состоял из двух эпоксидных пластин, между которыми имелась искусственная, выполненная механическим путем, сферическая полость диаметром 3 мм.
При испытании образцов использовались традиционные методы измерения характеристик ЧР в соответствии с рекомендациями Публикации 270 МЭК [5], а также метод измерения ЧР на одном полупериоде синусоидального напряжения. Измерялось напряжение возникновения ЧР, количество импульсов ЧР и максимальный кажущийся заряд. После измерения ЧР образцы подвергались обычному электрическому старению, и были сделаны попытки прогнозировать очередность пробоев образцов по характеристикам ЧР в исходном состоянии.


Рис. 1. Образцы из эпоксидного компаунда, содержащие искусственные дефекты: а - тип А (дефект - цилиндрическая полость); б — тип В (дефект - полусфера в системе электродов сфера-плоскость) ; в - тип С (дефект-сфера в системе электродов плоскость-плоскость); 1 — электроды из алюминиевой фольги; 2 - дефект

Испытания образцов типа А проводились в воздухе, а образцов типов В и С — в трансформаторном масле при комнатной температуре.
Схема установки для измерения характеристик ЧР при подаче одного периода испытательного напряжения приведена на рис. 2. В основу этой схемы положена известная схема регистрации ЧР, использующая включение измерительного резистора Rm в заземляющую цепь испытуемого объекта Сx. Основное отличие предложенной схемы в том, что в нее дополнительно введены выпрямительный мост V и синхронизирующее устройство S. Управление выпрямителем осуществляется при помощи тиристорного ключа К, включенного в диагональ моста. Импульсы на управление тиристорным ключом вырабатываются синхронизирующим устройством S. Это же устройство вырабатывает импульс, включающий измерительное устройство.
Синхронизирующее устройство представляет собой логический блок, собранный на девяти интегральных микросхемах, и включает в себя четырехразрядный счетчик, узел предварительной установки счетчика, пусковой триггер, триггер распознавания фазы импульса, схему запрета и схему сравнения.
При таком построении синхронизирующее устройство имеет очень широкие возможности. При помощи этого устройства можно изменять количество следующих непрерывно один за другим полупериодов испытательного напряжения в пределах от 1 до 18, изменять полярность полупериодов испытательного напряжения, запускать измерительное устройство в нужный момент времени.

Рис. 2. Схема установки для измерения ЧР:
V - выпрямительный мост; S - синхронизирующее устройство; Rд - демпфирующий резистор; Сх - испытательный образец; Rm - измерительный резистор; F - фильтр верхних частот; М — измерительное устройство; К - тиристорный ключ

Широкие эксплуатационные возможности устройства позволили провести исследования и показать, что наиболее результативными измерениями характеристик ЧР будут измерения, проведенные при подаче одного полупериода испытательного напряжения. Фильтр верхних частот F служит для подавления гармоник испытательного напряжения. Измерительное устройство М содержит электронный осциллограф с приставкой для фотографирования наблюдаемых явлений и счетчик импульсов ЧР с блоком памяти. Демпфирующий резистор Rд, включенный параллельно первичной обмотке испытательного трансформатора Тр, предназначен для уменьшения максимальных значений переходных процессов, возникающих при работе тиристорного ключа.