В общем случае обнаруживается, что перекрытие масляного промежутка электрокартоном снижает разрядное напряжение промежутка. Промежуток, перекрытый конструкцией из электрокартона (серии 3 и 4), становится более чувствительным, чем масляный промежуток (серия 5), к наличию в масле частиц и воды. Снижение может достигать 29%. Модели с прокладками меняют разрядные характеристики при изменении диэлектрической проницаемости твердого диэлектрика не так, как модели с прилегающим листом; в модели с листом полипропилена над электродами прочность заметно возрастает. Это, наряду с отмеченными местами перекрытий и измерениями ЧР, указывает на разные механизмы разряда в этих двух случаях. Ниже подробней рассматриваются особенности обоих типов моделей с твердой изоляцией.
Модели с прокладками.
В этих моделях четко отмечается, что начало развития разряда определяется повышенными напряженностями в масляном промежутке между изолированным электродом и прокладкой вследствие разницы между диэлектрическими проницаемостями масла и материала прокладок. При применении прокладок электрокартона, имеющего высокую проницаемость, среднее разрядное напряжение заметно снижено (серии 2 и 12), тогда как при применении полипропилена, имеющего диэлектрическую проницаемость почти одинаковую с маслом, разрядное напряжение снижается незначительно. Такой механизм подтверждается тем, что в случае электрокартона большая часть разрядов идет вдоль прокладок, особенно при увеличении упомянутого промежутка, а также особенностями развития ЧР в этих моделях.
В моделях с прокладками из электрокартона разрядное напряжение существенно снижается при увеличении увлажнения и содержания частиц в масле. Хотя по проведенным экспериментам нельзя оценить степень влияния каждого из этих факторов в отдельности, можно предположить, что увлажнение увеличивает диэлектрическую проницаемость картона, а это приводит к дальнейшему усилению поля в промежутке между прокладкой и электродом.
Модели с листом твердой изоляции.
Снижение разрядных напряжений не может быть полностью объяснено лишь усилением поля из-за внесения в промежуток твердой изоляции. Как отмечалось выше, коэффициент усиления поля даже в случае электрокартона невелик, а замена его на полипропилен не только не приводит к росту разрядных напряжений (серия 6 и серии 9, 11), а наоборот, снижает их.
В модели типа в с полипропиленом при ее переворачивании (лист над электродами, серия 15) разрядное напряжение существенно возрастает почти до значения для модели без твердой изоляции. В этой серии три модели не были пробиты; они снова были перевернуты в нормальное положение и испытаны после 14 дневной выдержки (серия 15В). Разрядные напряжения снова понизились до характерных для этого типа моделей значений.
Описанное выше можно объяснить тем, что для модели в нормальном положении у гладкой поверхности полипропилена за счет осаждения возрастает концентрация частиц, увеличивая вероятность возникновения ’’слабого звена”. Если эти частицы имеют высокую диэлектрическую проницаемость, они приводят к местному усилению поля. При переворачивании модели скопления частиц не происходит, и наличие твердой изоляции не влияет на разрядное напряжение.
В то же время расположение листа электрокартона над электродами (серия 16) не дает такого эффекта, как при применении полипропилена. Это можно объяснить тем, что поверхность картона более шероховатая, и волокна целлюлозы остаются на ней, увеличивая вероятность возникновения разряда. Кроме того, шероховатая поверхнсоть картона приводит к более прочному прилипанию частиц, что препятствует повышению разрядного напряжения при переворачивании модели.
В модели с двумя листами электрокартона (серия 8) снижение разрядного напряжения аналогично модели с одним листом электрокартона. Это еще раз указывает на то, что разряд вызывается частицами, осевшими на шероховатую поверхность картона, и/или связан с большой разницей между диэлектрическими проницаемостями картона и масла, а также на то, что взвешенные в масле частицы в такой модели влияют мало.
Следует остановиться на результатах испытаний таких моделей в [1], где получено даже увеличение разрядных напряжений по сравнению с моделями без твердой изоляции. В тех моделях бумажная изоляция была тоньше (0,3 мм), размер промежутка больше (32 мм), а состояние масла соответствовало сериям 3, 4, 5. Расчетные напряженности при разрядном напряжении для моделей типа г отличались от таковых в данной работе мало, тогда как для моделей типа а различия существенны (табл. 2). Объяснение этому может быть следующее. Поскольку в [1] масло не фильтровалось после каждого пробоя, частицы сажи могли втягиваться в масляный промежуток и снижать разрядные напряжения.
В моделях типа г действие могли оказывать два противоположных процесса: местное (микроскопическое) усиление поля в масле за счет частиц и препятствия, создаваемые картоном для вызванного электрофорезом движения частиц в наиболее напряженные зоны промежутка. В чистом масле будет превалировать первый процесс, в загрязненном - второй.
Таблица 2
Тот факт, что увеличение только влажности масла (серия 1) мало влияет на разрядное напряжение, а совместное влияние влаги и частиц (серия 3) весьма заметно, указывает на то, что снижение разрядных напряжений может быть связано с наличием в масле увлажненных волокон целлюлозы.
Предварительная выдержка модели типа в под напряжением (серия 13) привела к росту разрядного напряжения до уровня, близкого к модели типа а. Пять моделей, выдержавших испытание в этой серии, позже (серия 13В) дали более низкие значения. Если, как предположено выше, снижение разрядных напряжений объясняется влиянием частиц, это обстоятельство может быть связано с положительным влиянием кондиционирования модели.
Могут быть два объяснения влияния кондиционирования. Первое сводится к тому, что токи между электродами прогревают масло в промежутке, высушивая волокна целлюлозы и тем самым снижая вызванные ими искажения поля. Возвращением влагосодержания к нормальному равновесному состоянию можно объяснись то, что 5 моделей, выдержавших без пробоя испытания после кондиционирования, позже показали снова ожидаемые значения разрядного напряжения. Второе объяснение может быть основано на данных [2], где показано, что при больших напряженностях промышленной частоты возникает движение масла, выводящее частицы из межэлектродного промежутка, тогда как при небольших напряженностях электрофорез способствует накоплению частиц в промежутке. Возможно, что при предварительной выдержке имела место очистка электрокартона от частиц, а затем в упомянутых пяти моделях при их выдержке без напряжения частицы снова осаждались на картоне.
Таким образом, результаты, полученные для моделей с электрокартоном, могут быть объяснены влиянием частиц. Это влияние связано с различными явлениями (осаждение частиц, электрофорез, прилипание к твердому диэлектрику, движение масла, увлажнение и свойства поверхности твердого диэлектрика). Можно отметить, что наибольшее влияние оказывают частицы волокон увлажненной целлюлозы.
Выводы.
Разрядные напряжения чисто масляного промежутка мало зависят от содержания (в рассмотренном диапазоне) частиц целлюлозы и влаги в масле. Наличие твердой изоляции, ’’шунтирующей” промежуток вдоль линий поля, снижает разрядные напряжения, причем степень снижения (наблюдалось снижение на 29%) зависит от состояния масла.
В зависимости от материала и конструкции изоляционных деталей можно отметить два механизма, приводящих к этому снижению. Первый связан с усилением поля в масле из-за повышенной диэлектрической проницаемости твердой изоляции. Он характерен для случая, где твердая изоляция в промежутке размещена последовательно с высоко напряженным малым масляным промежутком. Второй более сложен и связан с влиянием частиц, накапливающихся в масляном промежутке из-за наличия твердой изоляции. Этот механизм определяет возникновение разряда в том случае, когда наличие твердой изоляции не приводит к существенному усилению поля.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
- Anker M. U. IEEE Transactions, V. PAS-102, № 12, Des. 1983, рр. 3796-3802.
- Roach J. F., Rosado M., Ivey H. F. IEE International Symposium on El. Ins., June 1980, Boston, Mass., pp. 234-238.
