Оценка электрической прочности маслобарьерной изоляции при длительном воздействии рабочего напряжения
На моделях главной изоляции (края и середины), на которых производились исследования электрической прочности главной изоляции при грозовых и коммутационных импульсах, а также при одноминутном воздействии напряжения промышленной частоты были проведены также испытания моделей при разной длительности выдержки напряжения 50 Гц от 1 мин до 1000 часов. По результатам испытаний построена вольт-секундная характеристика в этом диапазоне воздействий.
Исследования электрической прочности при воздействии до 1000 часов показали, что электрическая прочность главной изоляции в этом диапазоне длительностей определяется, как и при кратковременных воздействиях, электрической прочностью прилегающего к обмотке масляного канала, которая в свою очередь, зависит от величины средней напряженности в канале, ширины его и конструкции дистанцирующих изоляционных деталей. Нарушение электрической прочности при всех исследованных длительностях происходит в виде пробоя канала, который регистрируется как мощный ЧР с интенсивностью (1—5) • 10-7 Кл. Перед пробоем канала не наблюдается постепенного роста интенсивности ЧР выше уровня помех (2,5 • 10-11)- Отсюда был сделан вывод, что при указанном времени воздействия напряжения процессы ионизации, происходящие в малых объемах масла в местах повышенной напряженности, не оказывают влияния на электрическую прочность масляного канала и не участвуют в подготовке его пробоя, т.е. вольтсекундная характеристика в этом диапазоне определяется статистическими явлениями.
Этот вывод представляется исключительно важным. Если основным фактором, определяющим зависимость времени от начала приложения напряжения до момента пробоя канала, следует считать статистические явления, и в процессе воздействия напряжения на изоляцию не происходит накопления каких-либо продуктов распада, приводящих к изменению механизма пробоя со временем.
На рис. 2 представлена экспериментально полученная вольтсекундная характеристика маслобарьерной изоляции в диапазоне длительности воздействия от 1 мин до 1000 часов.
Характер зависимости Епоъ= f(t) одинаков для конструкций главной изоляции с вводом в середину обмотки и на конце. Вольтсекундная характеристика отличается относительно небольшим снижением повреждающей напряженности с увеличением времени воздействия напряжения. Экстраполируя вольт-секундную характеристику до времени, равного расчетному сроку службы трансформатора (25 лет) и принимая соотношение допустимой и минимальной напряженностей то же, что при одноминутном воздействии получаем, что длительная электрическая прочность маслобарьерной изоляции, соответствующая этому времени составляет 0,8 одноминутной прочности для всех конструкций изоляции.
Рис. 2. Вольтсекундная характеристика маслобарьерной изоляции: Eотн — относительная напряженность — отношение повреждающей напряженности при данном значении / к минимальной повреждающей напряженности при одноминутном воздействии; /— время от начала выдержки на данной ступени до пробоя масляного канала; х — опыт с пробоем масляного канала; о — опыт без пробоя масляного канала.
Однако, полученные таким путем значения напряженности должны быть скорректированы на основе изучения физико-химических процессов старения бумажно-масляной изоляции и масла, приводящих к возникновению необратимых изменений в масле и твердой изоляции и влиянию их на электрическую прочность изоляции.
Специальные исследования показали, что воздействие на маслобарьерную изоляцию электрического поля с напряженностью 5 кВ/мм в течение 1000 часов не приводит к появлению в масле каких-либо продуктов старения и изменению его характеристик, т. е. кумулятивный эффект отсутствует.
При напряженности электрического поля 6,0—6,5 кВ/мм, уже через 500 часов происходит снижение пробивного напряжения масла в стандартном разряднике, отмечается рост концентраций растворенных в масле газов.
Исходя из этих результатов предельно допустимая рабочая напряженность в маслобарьерной изоляции должна быть ограничена величиной 5 кВ/мм, независимо от ширины масляного канала.
Таким образом, для определения длительной электрической прочности маслобарьерной изоляции Eдоп ра6 = 0,8 Елоп , Ч1ИН , полученным из вольтсекундной характеристики. Однако применение этою соотношения возможно только в тех случаях, когда полученная таким образом напряженность не превосходит 5 кВ/мм.
Необходимо отметить, что в опытно-промышленных трансформаторах с каналом у обмоток 8 мм апробирована рабочая напряженность 4,8 кВ/мм, три таких трансформатора работают уже более 20 лет и тринадцать трансформаторов более 15 лет.
