Совершенствование средств защиты электрооборудования от перенапряжений приводит к сближению рабочих напряжений с перенапряжениями, возникающими в эксплуатации, и, как следствие, с испытательными напряжениями. В результате уменьшаются размеры изоляции, и длительное воздействие рабочих напряжений становится более опасным. Обеспечение надежности оборудования вызывает необходимость повышения требований к испытаниям изоляции у изготовителя. Применительно к масляным трансформаторам высокого напряжения это может быть достигнуто путем увеличения длительности испытательных напряжений при тщательном контроле отсутствия повреждающих частичных разрядов (ЧР).
Выбор величины и длительности испытательных напряжений требует знания зависимости между напряжением появления опасных ЧР и временем воздействия.
Рис. 1. Модель витковой бумажной изоляции (тип А).
Рис. 2. Модель маслобарьерной изоляции (тип В\ и 52). / — металлический цилиндр диаметром 140 мм (В\) и 120 мм (В2), 2— барьер из эле ктро картон а толщиной 1,5 мм, 3 — клинья, дистанцирующие масляный канал 3 мм, 4— проводник 12 х 2,5 мм, радиус закругления 0,5 мм, 5— витковая бумажная изоляция толщиной на 2 стороны 1,8 мм (В\) и 2,25 мм (В2).
В пяти странах были проведены исследования моделей изоляции масляных трансформаторов (рис. 1—10П): витковой бумажно-масляной (один тип конструкции) и главной маслобарьерной (барьеры из электрокартона, 4 типа промежутков «витки обмотки — заземленный металлический цилиндр»). Значения испытательных напряжений каждого типа моделей менялись в широких пределах: для моделей витковой изоляции — от 30 до 42 кВ, для главной изоляции — от 50 до 140 к В (пределы для разных типов несколько отличались).
Напряжение поднималось ступенями, значение ступеней — от 2 до 10 кВ. На каждой ступени напряжения максимальная длительность выдержки составляла 60 минут. Определялось количество моделей в процентах от общего числа испытанных на данной ступени, в которых «опасный» уровень ЧР возникал при времени воздействия не более определенных значений — от 0,1 до 60 минут. В качестве «опасного» принимался уровень ЧР, превосходящий нормированный допустимый для данной конструкции изоляции. Этот уровень для разных моделей сильно отличался — от 200 до 10000 пКл.
Результаты экспериментов были обработаны методами статистики с целью получения вольт-временных зависимостей, соответствующих одинаковой вероятности появления опасных ЧР.
Рис. 3. Модель маслобарьерной изоляции (тип С).
1 — бумага, 2 — бакелитовый цилиндр, 3 — металлический цилиндр, 4— картонные клинья, 5 — масляный канал, 6 — экраны, 7— дисковые катушки, 8 — прокладки 7 мм, 9— прокладки 3 мм, 10— заземленный отвод.
Рис. 10П. Модель маслобарьерной изоляции (тип D). I — металлический цилиндр, 2 — бумажная изоляция, 3 — клинья, дистанцирующие масляный канал, 4 — витковая бумажная изоляция 3 мм на сторону, 5 — то же 1 мм на сторону.
Более удобное и общее выражение для вольт-временных кривых может быть получено при использовании относительных значений напряжения вместо абсолютных, принимая за базис значение напряжения в определенный момент времени t = tR.
Таблица 1П
Конструкция | А | В1 | В2 | С | D |
Значение у | 0,019 | 0,033 | 0,027 | 0,025 | 0,059 |
На рис. 11П и 12П показаны полученные вольт-временные характеристики для всех исследованных моделей изоляции при вероятности возникновения ЧР 50%. Напряжения выражены в относительных единицах, причем на рис. 11П за 100% приняты напряжения, соответствующие времени воздействия 1 мин, а на рис. 12 П — 30 мин. По времени характеристики экстраполированы до 10000 мин, т.е. почти до 7 суток. В таблице 1 П приведены значения у для всех моделей.
Проведенные исследования показали, что возникновение ЧР есть случайное явление, вероятность которого подчиняется законам статистики. Вместо принятого в настоящем исследовании закона распределения Вейбулла для оценки вероятностей могут быть использованы и другие законы распределения.
Рис. 11 П. Вольт-временные характеристики, отнесенные к времени воздействия 1 мин
t (min)
Рис. 12 П. Вольт-временные характеристики, отнесенные к времени воздействия 30 мин
t (min)
Количественные результаты получены для определенных конструкций и длительностей воздействия. Для их экстраполяции на другие конструкции и большие длительности нужны дополнительные исследования.
