Глава восьмая
ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ РАЗРАБОТКИ ИЗОЛЯЦИИ
8-1. Координация изоляции
Разработка изоляции высокочастотных установок, как и изоляции электротехнических устройств промышленной частоты, связана с решением двух основных задач координации изоляции:
согласование разрядных характеристик (уровня изоляции) всей изоляционной конструкции с воздействующими напряжениями;
согласование разрядных характеристик отдельных элементов изоляционной конструкции между собой, а также с характеристиками защитных устройств.
Особенностями координации изоляции высокочастотных изоляционных конструкций является учет влияния высокой частоты на разрядные характеристики этих конструкций, а также учет особенностей рабочих режимов и перенапряжений в высокочастотных установках. Поскольку и те и другие характеристики являются случайными величинами, то строгое решение задач координации должно осуществляться статистическими методами и должно учитывать законы распределения вероятностей этих величин и их числовые характеристики (средние значения, средние квадратичные отклонения и др.) [2].
Однако находят применение и упрощенные решения указанных задач, при которых учитывается статистический характер воздействующих и разрядных напряжений, а для обеспечения надежной координации вводятся необходимые коэффициенты запаса [102].
Согласование разрядных характеристик изоляционной конструкции с воздействующими напряжениями. В большинстве случаев задача сводится к тому, что при заданных значениях максимальных рабочих напряжений Upаб max в рабочем диапазоне частот определяются испытательные напряжения, с которыми согласуются разрядные напряжения изоляционной конструкции.
Хотя высокочастотные установки могут иметь самые разные назначения, однако общим требованием, которому должны удовлетворять их изоляционные конструкции, является отсутствие при Upаб max коронирования в любой форме (стримерной, кистевой, факельной) на электродных системах и отсутствие поверхностных ЧР и скользящих разрядов на поверхности диэлектриков.
Второе условие, которому должны удовлетворять изоляция любой высокочастотной установки, является отсутствие пробоев воздушных промежутков и перекрытий по поверхности изоляторов при наибольших рабочих напряжениях в установках без перенапряжений и при расчетных кратностях внутренних перенапряжений в установках с перенапряжениями.
Проверка выполнения этих требований проводится путем приложения к изоляционной конструкции соответствующих испытательных напряжений:
Соотношения (8-1—8-4) дают возможность решить задачу определения необходимых разрядных напряжений изоляционной конструкции, обеспечивающих ее эксплуатацию при заданном напряжении Upаб max. Знание этих напряжений позволяет по известным разрядным характеристикам воздушных промежутков и изоляторов в рабочем частотном диапазоне (гл. 2, 4, 5) выбрать необходимые размеры изоляционной конструкции. Очевидно, что возможно решение и обратной задачи: определение Upаб max изоляционной конструкции по известным для нее разрядным напряжениям.
В практике разработки изоляции используется более простой подход согласования Upаб max и Up изоляционной конструкции с помощью коэффициента согласования (запаса) — ке. В этом случае
(8-5)
В табл. 8-1 приведены значения кс в зависимости от рабочего напряжения для высокочастотных изоляционных конструкций внутренней установки.
Таблица 8-1
Коэффициенты согласования (запаса) электрической прочности для приближенных расчетов изоляции внутренней установки
Коэффициенты табл. 8-1 заданы при условии, что изоляция может эксплуатироваться при повышенной влажности воздуха, кратность перенапряжений допускается не выше 1,5, что обеспечивается соответствующей защитой.
Согласование разрядных характеристик.
Изоляционную конструкцию можно рассматривать как параллельное соединение нескольких разрядных промежутков. Один из них обычно выполняет роль защитного, его разрядное напряжение согласуется с рабочими и испытательными напряжениями. Разрядные напряжения каждого из остальных промежутков с некоторым запасом отстраиваются от разрядного напряжения защитного промежутка, в результате такого согласования определяются необходимые длины воздушных промежутков, размеры изоляторов, выбираются изоляционные материалы изоляторов по их электрической прочности. При этом разрядное напряжение по поверхности изолятора примерно в полтора—два раза ниже напряжения пробоя диэлектрика изолятора. В этом, в конечном счете, и заключается решение второй задачи координации изоляции.
Очевидно, что разрядные напряжения, необходимые для такого согласования, определяются в условиях, приближающихся к реальным условиям эксплуатации.
Поскольку разрядные напряжения — случайные величины, то решение этой задачи координации требует знания статистических характеристик случайных величин и должно осуществляться методами математической статистики [103].
Приведем решение такой задачи, считая, как это делалось выше, что разбросы разрядных напряжений подчиняются нормальному закону распределения вероятностей и что известны средние значения этих напряжений и средние квадратические отклонения σU.
Этому напряжению соответствует длина L2=30 см (кривая 2 рис. 8-1).
Итак, изоляционная конструкция включает в себя изолятор АС-300 и защитный воздушный промежуток длиной 14 см, образованный стандартными электродами в виде конуса.
Приведем решение задачи по определению рабочих напряжений изоляторов типа АС,
Внешний вид изоляторов представлен на рис. 5-6, а их основные размеры даны в табл. 5-1. В гл. 5 приведены результаты исследований разрядных характеристик изоляторов в сухих условиях и при дожде, причем в сухих условиях перекрытие по поверхности изоляторов происходило без коронирования, а при дожде перекрытию предшествовали скользящие разряды по поверхности диэлектрика. Эти данные позволяют определить их максимальные рабочие напряжения для работы в устройствах внутренней и наружной установки.
Допустим, что изоляторы применяют в установке, в которой отсутствуют перенапряжения. Определение максимального рабочего напряжения изоляторов внутренней установки основано на том, что они должны быть меньше наименьшего разрядного напряжения в сухих условиях. Это напряжение определяется по соотношениям (8-2), (8-4), (8-4,а).
Разрядные напряжения сухих изоляторов зависят от частоты приложенного напряжения. Поэтому рабочее напряжение определяется для конкретной рабочей частоты. В табл. 8-2 приведены рабочие напряжения изоляторов АС при их работе в закрытых установках, рассчитанные по соотношениям (8-2) и (8-4,а).
В расчетах принято
Таблица 8-2
Амплитудные значения рабочих напряжений стержневых изоляторов для внутренней установки
Тип изолятора | Upаб max.вн кв при частоте, кГц | ||
15 | 150 | 1500 | |
АС-1500-600 | 90 | 80 | 75 |
АС-1500-380 | 80 | 75 | 65 |
АС-2500-300 | 75 | 65 | 55 |
АС-2500-200 | 65 | 45 | 45 |
Рабочие напряжения для изоляторов наружной установки определяются по соотношениям (8-1), (8-4) или (8-4,а) из условия, чтобы при рабочем напряжении под дождем не возникали скользящие разряды и кистевая корона.
Как показали измерения, напряжения возникновения скользящих разрядов и кистевой короны почти не зависят от частоты приложенного напряжения (см. гл. 5). Поэтому рабочее напряжение одинаково для диапазона частот от 10 до 1500 кГц. В табл. 8-3 приведены рабочие напряжения изоляторов АС при их наружной установке, т.е. в условиях дождя. Напряжения рассчитаны с использованием экспериментальных данных для Uск.ср. В расчетах принято СUск=10о/о, 
Таблица 8-3
Амплитудный значения рабочих напряжений стержневых изоляторов для наружной установки
Приведенные в гл. 5 экспериментальные данные и соотношения настоящего параграфа позволяют решить также обратную задачу: определить необходимую длину изоляторов для заданного рабочего напряжения.
