12. ИЗОЛЯТОРЫ, ОСЬ ВРАЩЕНИЯ КОТОРЫХ ПЕРПЕНДИКУЛЯРНА ОСИ ТОКОПРОВОДА
12.1. СТОЛБИКОВЫЕ ИЗОЛЯТОРЫ БЕЗ ВСТРОЕННЫХ ЭЛЕКТРОДОВ
Рассмотрим опорные изоляторы, ось вращения которых перпендикулярна оси токопровода (столбиковые конструкции). Очевидно, что напряженность Ет будет равна напряженности ЕТ в том случае, если образующая профиля совпадает с силовыми линиями чисто газового промежутка. При использовании коаксиальных электродов изолятор будет иметь эллиптическое сечение и представлять собой усеченный конус, основание которого прилегает к внешнему электроду. При цилиндрической форме изолятора напряженность Ет будет несколько ниже ЕТ, так как в сечении, перпендикулярном оси токопровода, поверхность твердого диэлектрика не совпадает с силовыми линиями поля.
У таких изоляторов с етв = 4 минимальное значение напряженности Em/Ezp составляет 0,85 при оптимальном радиусе изолятора, равном (0,3—0,5)r0, т. е. такое же, как и у дискового изолятора (см. рис. 1).
Эффективное снижение напряженности Ет можно получить при замене цилиндрической поверхности изолятора на коническую, обращенную основанием к токопроводу (рис. 32). Например, для эпоксидного компаунда (втв = 4) использование подобной формы поверхности изолятора позволяет понизить напряженность Ет в изоляторе на 32% по отношению к ЕТ и, следовательно, может увеличить срок жизни диэлектрика примерно на два порядка. Зависимость напряженности Ет конического изолятора столбикового типа от соотношений гк0 и гкт при различной диэлектрической проницаемости приведена ниже:
Как видно, у конического изолятора столбикового типа при 8тВ = 4 оптимальные размеры гк0 и гк.Т соответственно равны 0,1r0 и 0,5r0; минимальное значение Ет/Еср равно 1,21 для е = 8. Изменение в пределах (0,05—0,1)r0 практически не влияет на значение Ет/Еср из-за малого объема диэлектрика вблизи оболочки.
Если сравнить чти результаты с расчетами напряженности изолятора дискового типа, то соотношение Ет/Еср для дисковых изоляторов, равное 1,52, существенно выше, чем у конических изоляторов столбикового типа. Соотношение НТ/Н0 у дисковых изоляторов при этом равно 8.
Большая зависимость снижения максимального значения напряженности поля от параметров профиля для конических изоляторов столбикового типа объясняется тем, что формирование профиля у дискового изолятора осуществляется только в одной плоскости, которая совпадает с осью токопровода. У конического изолятора столбикового типа формирование профиля изолятора происходит также и в плоскости, перпендикулярной оси токопровода.
Изложенные данные показывают, что увеличение размеров изолятора вблизи токопровода позволяет снизить напряженность электрического поля в твердом диэлектрике. Это снижение тем эффективнее, чем больше отличается форма изолятора от силовых линий в чисто газовом промежутке. Картина существенно меняется, если подобный изолятор контактирует непосредственно не с токопроводом, а охватывает его своей специальной цилиндрической частью (рис. 33), как у дискового изолятора [см. формулу (18)]. В этом случае при Ra/r0 = 3,2 и толщине охватывающей части изолятора R\ — r0 = (0,2—0,4) r0 минимальное значение напряженности Ет наблюдается при диаметре опорного цилиндра, равном 1,2r0.
Для диэлектрической проницаемости етв = 4 напряженность Ет в изоляторе составит всего (1,1—1,15) Еср даже при цилиндрической поверхности опорной части изолятора. Без охватывающего цилиндрического элемента изменение напряженности Ет менее 1,2Eср невозможно и при использовании конусного профиля опорной части. Близкие результаты отмечаются для других значений параметров, характеризующих как сам изолятор, так и фиксируемые им электроды. Например, для R0/r0 = 3,2 и етв = 4 при оптимальных соотношениях Ri/r0 и гц/r0, соответствующих 1,4 и 0,4 напряженность Ет составит всего 1,12Eср.
Замена цилиндрического изолятора коническим приводит к повышению напряженности Ет/Еср. Область с максимальной напряженностью при этом смещается от токопровода к оболочке.
Рис.. 33 Зависимость К« от Ri (а) вдоль оси цилиндрической части опорного изолятора (б) при Ro/r0 = 3,2 Ri/r0 = 1,4, rjr0 = 0,2 (кривая /, е™ = 4; кривая 3, етв = 2) и Гц/го = 0,4 (кривая 2, етв = 4)
Рис. 34. Опорный цилиндрический изолятор столбикового типа с изолирующим слоем на токопроводе в элегазовой КРУ [43]
Если сравнить приведенные данные с данными для дискового изолятора, профиль которого описывается формулой (18) (см. рис. 23,6), то эффективность снижения максимальной напряженности внутри изолятора оказывается выше у изоляторов столбикового типа. Так, у. дисковых изоляторов с рассматриваемым профилем минимальное значение Ет/Еср составляет 1,32 при оптимальных размерах Ri = 1,8r0 и На = 0,4r0, а у цилиндрического изолятора столбикового типа с изолирующим слоем na токопроводе минимальное значение Ет/ЕСр равно 1,12 с оптимальными размерами R1 = 1,6 и гц = 0,6r0. Если не учитывать влияние активного объема диэлектрика на электрическую прочность изолятора, то срок службы рассматриваемого изолятора столбикового типа будет в 5 раз выше, чем срок службы дискового, а с учетом активного объема (nv = 10) — более чем в 20 раз. Такой изолятор (рис. 34) имеет преимущество по сравнению с коническим изолятором столбикового типа в отношении его крепления к токопроводу.
