ГЛАВА ТРЕТЬЯ
ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ И ВЫБОРА СТЕКЛЯННЫХ ИЗОЛЯТОРОВ
1. ПОРЯДОК КОНСТРУИРОВАНИЯ ИЗОЛЯТОРОВ
Для проектирования изолятора разрабатывается техническое задание, содержащее следующие сведения: тип изолятора (штыревой, подвесной тарельчатый или стержневой и т. д.), расчетные механические нагрузки в нормальном и аварийном режимах, номинальное напряжение установки, атмосферные и климатические условия, тип гирлянды для подвесных изоляторов, материал опор для штыревых изоляторов, высота расположения установки над уровнем моря и отношение lУ/Н для подвесных изоляторов. Однако техническое задание может быть ограничено только некоторыми показателями, например могут быть заданы номинальное напряжение установки, данные атмосферных и климатических условий, марка провода и материал опор линии.
В этом случае предстоит установить тип изолятора, величину механических нагрузок на изолятор и другие данные, необходимые для разработки конструкции.
Порядок разработки новых конструкций изоляторов состоит в следующем.
После предварительных расчетов и разработки новой конструкции изготовляются опытные образцы, которые
Подвергаются испытаниям. На основании результатов испытаний вносятся коррективы в конструкцию для изготовления опытной партии изоляторов. Эти изоляторы направляются в различные климатические районы и устанавливаются для опытной эксплуатации. По получении результатов полных исследований в специальных лабораториях и данных эксплуатации новые конструкции и техническая документация к ним утверждаются соответствующими организациями для пуска изоляторов в серийное производство.
При разработке новых конструкций стеклянных изоляторов необходимо также учитывать особенности стекольного производства, как-то: технологичность изготовления принятой формы изолятора, возможность закалки, простоту процессов производства и их экономичность.
2. ОСНОВЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО РАСЧЕТА ИЗОЛЯТОРОВ
Первоочередной задачей при конструировании изоляторов является определение основных размеров: конструктивной высоты, длины гирлянды подвесных изоляторов или, точнее, сухоразрядного расстояния, наибольшего диаметра, длины пути утечки и толщины диэлектрика в наиболее электрически напряженном месте.
Электрический расчет высоковольтных изоляторов в самый начальный период их создания производился на основе построения схематических электрических полей вокруг эскизных проектов изоляторов.
Основой для построения электрических полей изоляторов служит то обстоятельство, что каждый изолятор можно рассматривать как конденсатор с собственными емкостями между электродами (шапка — стержень или провод — штырь) и омическими сопротивлениями. На этом основании представляется возможным определить расчетным путем эти емкости и сопротивления, а также построить электрическое поле, т. е. найти количество и направление силовых линий вокруг изолятора. Проверка полученных расчетов может быть произведена на макете (образце) изолятора [Л. 24].
В настоящее время эти трудоемкие методы проектирования изоляторов не применяются, так как теорией и практикой изоляторостроения разработаны эмпирические
Рис. 3-1. Зависимость разрядного напряжения от длины воздушного промежутка между электродами стержень — заземленный стержень.
формулы и зависимости между отдельными параметрами различных типов изоляторов, которые дают возможность создания подобных по форме изоляторов с требуемыми характеристиками.
Как указывалось выше (§ 2-5), электрическая прочность высоковольтного изолятора оценивается следующими электрическими характеристиками: сухоразрядное, мокроразрядное, 50%-ное .влагоразрядное напряжения промышленной частоты, сухоразрядное и мокроразрядное напряжения гирлянд при коммутационных волнах, импульсные разрядные напряжения при полной и срезанной волнах при обеих полярностях, вольт-секундные характеристики и пробивные напряжения изолятора.
Величины требуемых электрических характеристик изоляторов в зависимости от номинального напряжения указаны в стандартах, технических условиях или в специальных заданиях на проектирование изоляторов. На основе нормированных электрических характеристик устанавливаются основные габаритные размеры изоляторов и в первую очередь сухоразрядное и мокроразрядное расстояние изоляторов.
Для определения сухоразрядного и мокроразрядного расстояний изоляторов рассмотрим разрядные явления на поверхности изоляторов. С известным приближением разрядное напряжение изолятора можно рассматривать как разрядное напряжение воздушного промежутка стержень — заземленный стержень или стержень — заземленная плоскость.
Рис. 3-2. Зависимость импульсного 50%-ного разрядного напряжения от длины воздушного промежутка между электродами стержень — заземленный стержень.
Пробивные напряжения таких воздушных промежутков в различных условиях (атмосферных и др.) изучены достаточно полно и освещены во многих литературных источниках [Л. 10, 51]. На рис. 3-1 приведена кривая зависимости- разрядного напряжения от длины воздушного промежутка между электродами стержень — заземленный стержень при частоте 50 гц, нормальных атмосферных условиях 760 мм. рт. ст., температуре 20 °C, влажности 11 г/м2.
Зависимость импульсного 50 %-ного разрядного напряжения от длины воздушного промежутка между электродами стержень — заземленный стержень при волне 1,5/40 мксек, приведена на рис. 3-2.
Как видно из обоих рисунков, разрядные напряжения представляют собой линейную зависимость от длины воздушных промежутков, что также в основном подтверждается и на изоляторах. Однако разрядное напряжение по поверхности изолятора отличается от пробивного напряжения между электродами в воздухе. По поверхности изолятора распределение напряженности электрического поля неравномерно. Она достигает наибольшей величины у электрода, находящегося под высоким потенциалом. В связи с этим напряжение перекрытия по поверхности изолятора ниже, чем между электродами в воздухе при таком же расстоянии. Поэтому определив приблизительно высоту изолятора по рис. 3-1 и 3-2, следует уточнить его основные размеры согласно кривым, представляющим зависимости разрядных напряжений (сухоразрядного, мокроразрядного и импульсного) однотипных изоляторов от соответствующих разрядных расстояний (см. ниже).
