Содержание материала

УДК 621,315.614.65.004.2
ПОВЕДЕНИЕ ИЗОЛЯЦИИ ИЗ ЭЛЕКТРОКАРТОНА В МАСЛЕ ПРИ ИМПУЛЬСНОМ И ПЕРЕМЕННОМ НАПРЯЖЕНИЯХ
Николопулос, Саккас, Диамантопулос (Греция)1
Исследование поведения электрокартона в масле при воздействии различных видов напряжений имеет большое значение для обеспечения надежной работы мощных трансформаторов и электрических машин.
В данной работе исследовались модели, представляющие собой систему электродов стержень—плоскость с помещенным между ними листом электрокартона толщиной 1 или 2 мм, погруженные в трансформаторное масло, при воздействии переменного напряжения частотой 50 Гц и импульсов напряжения 1,2/50 мкс. Стержневой электрод в опытах с переменным напряжением имел диаметр 2 мм и плоско срезанный конец, упирающийся в лист картона. При импульсном напряжении применялся стержень диаметром 5 мм с коническим (угол 44°) концом, закругленным на вершине с радиусом 0,9 мм. При этом неоднородное поле в области конца стержневого электрода было аналогично полю, создаваемому в реальных конструкциях.
При испытаниях импульсным напряжением регистрировались осциллограммы приложенного напряжения и тока или заряда разрядов. Немедленно после приложения напряжения листы картона вынимались, и их поверхность фотографировалась.
При испытаниях переменным напряжением применялись различные методики измерения ЧР: измерение заряда и энергии ЧР по мостовой схеме, измерение напряжения радиопомех, измерение выпрямленного среднего тока ЧР, измерение заряда ЧР прибором ERA, осциллографирование с помощью ВЧ-осциллографа.
Имелось также устройство для одновременного приложения испытательного напряжения к 10 моделям.
Напряжения возникновения ЧР и пробивные напряжения электрокартона. Результаты испытаний при обоих видах напряжений приведены в таблице. Можно отметить, что напряжения начала ЧР на поверхности листов картона при переменном и импульсном напряжениях отличаются незначительно (больший радиус закругления стержневого электрода при импульсах привел, вероятно, к некоторому увеличению начальных напряжений), причем большая разница отмечается для листов толщиной 2 мм. Как напряжения начала ЧР, так и пробивные напряжения при отрицательной полярности на 5-8% выше, чем при положительной.


1 P. N. Nikolopoulos, G. C. Sakkas, D. N. Diamantopoulos. The practical aspects ot the behaviour· of the pressboard oil insulation of large electric equipment under impulse and alternating voltages. Доклад 15-03 на сессии СИГРЭ 1982 г. Сокр. пер. с англ. В. М. Погостина.

Таблица. Максимальные (амплитудные) значения характерных напряжений, кВ, для испытанных моделей

*В скобках максимальное значение поверхностной составляющей напряженности, кВ/мм, на картоне у конца стержня.
**Плавный подъем напряжения от нуля со скоростью 100 В/с (эффективное значение).
***Плавный подъем напряжения от нуля со скоростью 1 кВ/с (эффективное значение).
*4 Плавный подъем напряжения от нуля со скоростью 1,5 кВ/с (эффективное значение).
*5 Время между последовательными приложениями 10 с.
Примечание. В числителе - данные при толщине картона 1, в знаменателе - 2 мм.

Приведенные в скобках значения тангенциальной составляющей напряженности поля у поверхности картона определены расчетом поля у конического электрода. Можно отметить, что они совпадают со значениями разрядной напряженности в масле. При переменном напряжении нет разницы между напряжениями начала поверхностных и объемных (внутри листов картона) ЧР, тогда как при импульсах напряжение начала объемных ЧР в 2-2,5 раза выше, чем поверхностных, а разница в напряжениях начала объемных ЧР при разных полярностях импульсов отсутствует. При импульсах можно отметить разницу между пробивными напряжениями при первом и при последовательном приложениях ряда импульсов той же амплитуды с определенной частотой повторения (например, через 10 с). Важно отметить, что пробивное напряжение картона при импульсах не менее чем вдвое выше, чем при переменном напряжении, а при толщине листа 2 мм примерно на 60% выше, чем при толщине 1 мм.
Механизм развития разрядов и пробоя при импульсном напряжении.

Образование поверхностных разрядов.

Немедленно после приложения импульсного напряжения, превышающего напряжение начала поверхностных ЧР на поверхности картона', со стороны, обращенной к стержневому электроду, можно было наблюдать след почти круговой формы с центром в месте касания конца стержня, который авторы назвали ’’картиной поверхностных разрядов” (КПР). Она состоит из тонкого масляного слоя на неровной верхней поверхности листа и, вероятно, образуется при предварительных разрядах в масле, происходящих вблизи и/или на поверхности листа; содержит поверхностные (или пространственные) заряды, созданные предварительными разрядами. Можно ответить, что в центре КПР и на конце стержневого электрода наблюдаются (особенно при повторных приложениях импульсов) потемнения от углерода, образовавшегося при предварительных разрядах.
После образования КПР постепенно бледнеет и примерно через час исчезает, причем это время сокращается, если лист картона оставить в модели и заземлить стержень. После исчезновения картины на поверхности картона не остается никаких следов, т. е. образование КПР является временным, обратимым явлением.
Радиус окружности КПР примерно одинаков при обеих полярностях импульсов (несколько меньше при отрицательной) и увеличивается прямо пропорционально (с коэффициентом 0,83 мм/кВ для обеих толщин картона) разности между максимальными значениями приложенного напряжения и напряжения начала поверхностных ЧР. Эта зависимость сохраняется вплоть до напряжения 55—60 кВ, т. е. до возникновения объемных ЧР, после чего форма КПР искажается из-за образования каналов разрядов внутри картона.
Обнаружено, что образование КПР приводит к увеличению емкости испытуемой модели, причем размер этого увеличения зависит от приложенного напряжения. Если представить себе, что КПР заменена металлическим кругом того же радиуса, то зависимость емкости этой воображаемой модели от напряжения аналогична зависимости для истинной емкости модели, но эта последняя емкость равна примерно половине емкости воображаемой модели. Это, вероятно, объясняется тем, что КПР не содержит непрерывно распределенный слой зарядов.