УДК(621.315.618:621.315.623.4).621.3.018.782.3
ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ SF6 В ПРИСУТСТВИИ И В ОТСУТСТВИИ ТВЕРДОЙ ИЗОЛЯЦИИ ПРИ КРАТКОВРЕМЕННЫХ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССАХ*
Боек, Ташнер, Горабленков, Люкса, Ментен (ФРГ)
* W. Boeck, W. Taschner, J. Gorablenkow, G. F. Luxa, L. Menten. Insulating behaviour of SFg with and without solid insulation in case of fast transients (Federal Republic Germany). Доклад 15-07 на сессии СИГРЭ 1986 г. Пер. с англ. В. А. Минасбековой.
Операция переключения разъединителя в процессе эксплуатации вызывает в КРУЭ множество переходных явлений, особенно при высоких частотах в интервале от 1 до 100 МГц. Эти кратковременные перенапряжения приводят к увеличению напряженности электрического поля вдоль изоляции, тем большему, чем более высоковольтным является КРУЭ. Известно много результатов оценки вольт-секундных характеристик для времен выше 1 мкс, но очень мало данных имеется для более короткого интервала времен, особенно в присутствии изоляционных распорок. Кроме того, необходимо было исследовать влияние недостатков конструкции электродов.
Система электродов в КРУЭ обычно создает слабонеоднородное электрическое поле. Случайные факторы, как, например, подвижные или закрепившиеся на поверхности частицы, могут изменять его до сильно неоднородного.
В присутствии искусственных неподвижных дефектов выдерживаемое напряжение снижается при уменьшении времени до пика импульсного напряжения. Операция переключения разъединителя может вести в этих редких случаях к пробою в примыкающих к нему секциях сборных шин, что до настоящего времени не изучено.
Были созданы различные испытательные установки: одна в виде короткой секции сборных шин в герметичной испытательной камере, обеспечивающей проведение детальных исследований, и две установки, состоящие из промышленно выпускаемых элементов КРУ 420 кВ.
Быстрые переходные процессы, возникающие при переключении разъединителя. В начале переходных процессов, протекающих при переключении разъединителя, возникает крутой импульс напряжения с временем фронта от 4 до 10 нс, обусловленный сравнительно малой задержкой формирования разряда в SF6.
Рис. 3. Типичное напряжение на испытуемом объекте
Рис. 1. Испытательная установка Мюнхенского университета:
1 - ввод; 2 — разрядный промежуток в системе шаровых электродов; 3 — изолирующее крепление; 4 — коаксиальный испытуемый объект; 5 — емкостный зонд; 6 — заземляющие соединения
Рис. 2. Испытуемый объект с рифлеными распорками
Амплитуда, частота и выброс этих колебательных напряжений зависят от отражений бегущей волны в КРУЭ, поэтому необходимо рассмотреть в отдельности каждую испытательную систему, особенно когда вследствие коротких сборных шин, примыкающих к разъединителю, генерируются очень высокие частоты.
Испытательная установка со сборными шинами. Исследования с короткими секциями сборных шин (рис. 1) при импульсном напряжении и кратковременных перенапряжениях в переходных процессах были проведены в Высоковольтной лаборатории Технического университета г. Мюнхена. Испытуемый объект представлял собой коаксиальный цилиндр с распоркой и без нее (рис. 2). 'Использование разрядного промежутка с шаровыми электродами позволяло получать импульсы испытательного напряжения с крутым фронтом. При давлении SF60,3 МПа амплитуды испытательного напряжения приблизительно 3 МВ с временем фронта около 50 не (рис. 3) измеряли емкостным зондом, расположенным в испытательной камере (рис. 2). Эта установка имеет то дополнительное преимущество, что создает отражения бегущей волны в камере, подобные возникающим в КРУЭ.
В случае чисто газовой изоляции (рис. 4 а. б) явно выражено влияние полярности напряжения. В настоящее время общепринято, что причина этого в более высокой скорости распространения разряда при напряжении положительной полярности с меньшей задержкой времени формирования разряда по сравнению с напряжением отрицательной полярности. Почти все пробои при напряжении положительной полярности наблюдаются на крутом фронте импульса перенапряжения, в случае напряжения отрицательной полярности они наблюдаются гораздо позже во время колебаний на хвосте импульса. Для сравнения получены также данные для импульсного напряжения с двумя экспонентами 0,4/50 мкс. Очевидно, что вольт-секундные характеристики для разных форм напряжения различны. Рис. 4. Вольт-секундные кривые для коаксиальных цилиндров диаметром 150/ 520 мм без распорок при напряжениях положительной (а) и отрицательной (б) полярности при давлении SF6 0,3 МПа при импульсном напряжении 0,4/50 мкс (точки) и быстрых колебательных напряжениях с временем фронта около 50 нс (кресты); горизонтальная пунктирная линия — низшее измеренное пробивное напряжение при импульсном напряжении
Рис. 5. Вольт-секундные кривые для коаксиальных цилиндров диаметром 196/ 460 мм в присутствии распорок при напряжениях положительной (а) и отрицательной (б) полярности при давлении SF6 0,3 МПа при импульсном напряжении (точки) и быстрых колебательных напряжениях с временем фронта около 50 нс (кресты); горизонтальная пунктирная линия — низшее измеренное пробивное напряжение при импульсном напряжении
Экстраполяция к более коротким временам ведет обычно к неверным результатам. В элегазе при наличии изоляционных распорок (рис. 5, а, б) можно отметить два отчетливых эффекта на вольт-секундных кривых. Изгиб кверху кривой, характеризующей напряжение в кратковременных переходных процессах, менее явно выражен по сравнению с чисто газовой изоляцией. Распространение разряда, по-видимому, определяется присутствием распорок; особенно влиять на развитие разряда может эмиссия электронов с поверхности распорок. Несколько светящихся центров было приписано самостоятельно развивающимся разрядам.
По сравнению с чисто газовой изоляцией в присутствии распорок влияние полярности напряжения выражено меньше. В любом случае большой разброс ведет к довольно пологой нижней границе вольт-секундной кривой, что указывает на снижение пробивных напряжений, и это является решающим фактором, определяющим конструкцию изоляции КРУЭ. Следует ожидать, таким образом, что изгиб кверху кривой в кратковременных переходных процессах будет незначительным.
Минимальное давление SF6 в процессе эксплуатации в присутствии коаксиальной сборной шины составляет 0,45 МПа, однако все результаты, представленные на рис. 4 и 5, получены при давлении SF6 0,3 МПа.
