Изоляция аппаратов высокого напряжения - Трубки для разрядников, прeдoxpaнителeй

Трубки для трубчатых разрядников

Трубчатый разрядник представляет собою искровой промежуток, помещенный внутри изоляционной трубки. При пробое промежутка вследствие перенапряжений, между электродами промежутка возникает дуга, которая должна быть быстро погашена потоком газов, выделяемых дугой из стенок трубки и вытекающих через ее открытый конец. Поэтому материал трубки должен обладать высокими газогенерирующими и достаточными для кратковременной работы (в качестве дугогасительного устройства) изоляционными свойствами. Такими материалами являются фибра, органическое стекло, хлорвинил.
Во внутреннем канале трубки разрядника в момент его срабатывания вследствие образования электрической дуги возникают высокие температуры и импульсы высокого давления. Так, по данным Ф. В. Безрукова и Ю. И. Галкина [Л. 10-1, 10-2], давления могут достигать 100—300 кГ/м².
Поэтому материал трубки разрядника должен обладать высокой механической прочностью и, особенно, высокой ударной вязкостью.
Кроме того, он должен быть влагостойким, либо надежно защищенным от атмосферных воздействий лаковым покровом.
Амплитуда давления в трубчатом разряднике зависит от величины отключаемого импульсного тока, а также от материала трубки разрядника и от его конструкции.
Первоначально трубчатые разрядники изготовлялись из фибры, позже — из оргстекла. Однако эти материалы сами по себе не обладали достаточной механической прочностью и ударной вязкостью.
В настоящее время трубчатые разрядники изготовляются преимущественно из фибро-бакелитовых или винипластовых трубок.
Отечественной электропромышленностью изготовляются фибробакелитовые трубчатые разрядники серии РТ и серии РТФ.
В этих разрядниках в качестве газогенерирующего материала взята фибра, а для повышения механической прочности фибровой трубки последняя окружается в процессе изготовления толстостенной бакелитовой трубкой, составляющей с ней одно целое.
Трубчатый разрядник отделяется от защищаемой линии внешним открытым разрядным промежутком, так что утечки по поверхности. разрядника при нормальном режиме работы линии исключаются. Однако в момент гашения дуги необходимы достаточно высокие изоляционные свойства трубки, являющейся тогда гасительным устройством. Поэтому трубки разрядников РТ, работающие на открытом воздухе, защищаются от увлажнения путем многократного покрытия (снаружи) особой влагостойкой эмалью.
Кроме повреждений электрического характера (пробои, разряды), трубки фибробакелитовых разрядников могут повреждаться также и механически вследствие их недостаточной механической и ударной прочности.
Рисунок 10-7 дает представление о конструкции и размерах отечественных фибробакелитовых разрядников.
Недостаточная влагостойкость и ударная вязкость фибробакелитовых трубок заставила искать другие материалы для конструкций трубчатых разрядников.
Так, например, было испробовано оргстекло (метилметакрилат); однако механическая прочность его оказалась недостаточной.
Исследования, проводимые в ВЭИ с 1949 года, закончились созданием трубчатого винипластового разрядника типа РТВ [Л. 10-1, 10-2].
Основу этой конструкции составляет трубка из полихлорвинилового пластиката марки «винипласт». Этот материал влагостоек и может работать под открытым небом без ухудшения своих изоляционных характеристик.
Газогенерирующая способность винипласта при его термическом разложении электрической дугой значительно выше, чем у фибры. Следует отметить также высокую ударную вязкость винипласта, достигающую 100 кГ-см/см².
Как показывает рис. 10-8, конструкция и принцип действия разрядника РТВ не имеют существенных различий по сравнению с фибробакелитовыми разрядниками.

К недостаткам трубчатых винипластовых разрядников относятся:

1. Большое содержание хлора в выхлопных газах разрядника. Ввиду этого установка винипластовых разрядников в закрытых помещениях не рекомендуется.
2. Низкая теплостойкость винипласта (65° по Мартенсу). Это ограничивает область применения винипластовых разрядников странами с умеренным климатом.
3. Деформация винипласта при длительном приложении даже сравнительно небольших механических нагрузок (винипласт обладает свойством текучести). Так, например, не рекомендуется монтировать разрядники РТВ горизонтально, так как винипластовая трубка под действием собственного веса с течением времени может искривиться (монтаж РТВ рекомендуется производить под углом 65—70° к горизонту).
4. Недостаточная механическая прочность трубки ограничивает верхний предел отключаемых токов пока 10— 15 кА.

Рис. 10-8. Трубчатый винипластовый разрядник типа РТВ на напряжения 6—35 кВ. 1 — стержневой электрод; 2 — винипластовая трубка; 3 — электрод открытого конца; 4 — указатель срабатывания.

Рис. 10-7. Фибробакелитовый трубчатый разрядник серии РТ на 6 и 10 кВ; 1 — резервуар; 2 — конусная насадка; 3 — стержневой электрод; 4 —фибробакелитовая трубка; 5 — бакелит; 6 — фибра; 7 — дополнительный электрод; 8 — электрод открытого конца; 9 — указатель срабатывания.

В настоящее время в ВЭИ разработан новый тип трубчатого разрядника с весьма большими значениями предельных отключаемых токов. Трубка его двухслойная: внутри винипласт, снаружи стеклоэпоксид [Л. 10-3].

Трубки для предохранителей

Конструкция трубчатого предохранителя высокого напряжения обычно заключает в себе два опорных изолятора с контактными частями, в которые закладывается трубчатый патрон предохранителя. Патрон состоит из изоляционной трубки с контактной арматурой на концах и плавкой вставки, расположенной внутри трубки и присоединенной тем или иным способом к концевой арматуре трубки.
На рис. 10-9 показан патрон предохранителя типа ПК (предохранитель с заполнением кварцевым песком) на напряжения 6—35 кВ.

Рис. 10-9. Патрон силового предохранителя типа ПК-3-6-10. 1— указатель срабатывания; 2 — латунный колпачок; 3 — цемент; 4 — сердечник; 5 — плавкая вставка; 6 — фарфоровый цилиндр; 7 — вспомогательная вставка; 8 — песок кварцевый.

Здесь применена фарфоровая трубка, армированная на концах латунными колпачками на цементе; колпачки являются контактными элементами патрона. В этой конструкции имеется еще один изоляционный элемент — керамический стержень звездообразного сечения, служащий основой для плавких вставок (они монтируются снаружи стержня и в его внутреннем канале); этот стержень располагается внутри трубки патрона, после чего все оставшееся свободное пространство в трубке засыпается чистым сухим кварцевым песком.

К трубкам высоковольтных предохранителей предъявляются следующие требования:

1. Трубка должна обладать стабильными изоляционными характеристиками и достаточной электрической прочностью, чтобы противостоять восстанавливающемуся напряжению после перегорания плавкой вставки и гашения электрической дуги. Для патронов предохранителей высокого напряжения применяют трубки из фарфора, стекла, бакелита, фибры и т. д. Электрическая прочность (разрядное напряжение), трубки зависит в значительной степени от ее длины, а также от конструкции патрона.
2. Трубка должна обладать достаточной механической прочностью, чтобы противостоять повышению давления внутри трубки при перегорании плавкой вставки. Нарастание давления при этом имеет в большинстве случаев ударный характер. Амплитуда давления зависит от разрываемого тока и от конструкции предохранителя. Наиболее высокие ударные нагрузки трубка предохранителя получает при токах короткого замыкания, когда выделяющаяся в нем энергия особенно велика.
3. Трубка предохранителя должна обладать достаточной устойчивостью по отношению к резким изменениям температуры как в нормальных эксплуатационных условиях (нагрев рабочим током и охлаждение после его отключения), так и при кратковременном повышении температуры в момент перегорания плавкой вставки.
4. Некоторые типы трубчатых предохранителей (тип ПК с кварцевым песком) должны удовлетворять еще требованию герметичности. При нарушении герметичности песок увлажняется, дуга, образовавшаяся после перегорания плавкой вставки, испаряет влагу, что приводит к недопустимому повышению давления в трубке и может вызвать ее разрушение.

При проектировании трубок предохранителей необходимо исходить из следующих расчетных условий.

1. При работе под током трубка шунтирована плавкой вставкой и разность потенциалов между ее контактами близка к нулю.
2. После перегорания плавкой вставки между контактами восстанавливается напряжение, которое в переходном процессе может значительно превзойти рабочее напряжение сети. После этого трубка остается под рабочим напряжением, которое она должна выдерживать до смены при любых атмосферных условиях, в том числе и при росе. ГОСТ 1516-60 требует, чтобы при вынутом патроне предохранитель выдерживал повышенное испытательное напряжение (см. гл. 1). По существу это требование следовало бы предъявлять и к предохранителю с перегоревшей вставкой, ноне снятым патроном.
3. Разрядное напряжение вдоль трубки предохранителя (после перегорания плавкой вставки) можно определить, принимая разрядный градиент вдоль пути утечки равным около 2,0 кВ/см.
4. Разрядное напряжение между контактами предохранителя при вынутом патроне можно определить по рис. 2-9.
5. Механический расчет трубки на внутреннее давление должен вестись по данным гл. 9.