где и - наибольшее рабочее междуфазное напряжение, МВ; Яэ - удельная эффективная длина пути утечки, м/МВ, нормированные значения которой приведены в табл. 13-4.

Таблица 13-4

Нормированная удельная эффективная длина пути утечки внешней изоляции электрооборудования ОРУ 3S-7S0 кВ (РУ Минэнерго СССР)

* Кроме напряжения 750 кВ. ** Кроме напряжений 500 и 750 кВ.

В принятой в Руководящих указаниях классификации районов по степени загрязненности атмосферы к районам I степени относятся: лес, тундра, лесотундра, болота, луга, удаленные от промышленных и других источников загрязнения. К районам II степени принадлежат районы с сильно деф-лирующими почвами и земледельческие районы, в которых применяются химические удобрения, гербициды и другие химические вещества, а также промышленные районы с низким уровнем загрязненности атмосферы. Районы III-VI степеней загрязненности- это районы, имеющие источники повышенной загрязненности в виде некоторых промышленных предприятий и тепловых электростанций, участков с засоленной почвой и водоемов с засоленной водой. Правила определения степени загрязненности атмосферы с учетом названных источников и их особенностей (характер и масштабы производства, содержание водорастворимых солей в почве, площадь засоленных массивов и соленость воды в водоемах), а также расстояния от источников загрязнения до места размещения высоковольтного оборудования приведены в Руководящих указаниях.

13-2. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ ТИПОВЫХ ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННЫХ ПРОМЕЖУТКОВ

Общие сведения

Практически всю информацию об электрической прочности различных промежутков, составляющих внешнюю и внутреннюю изоляцию изоляторов, а также любых других высоковольтных изоляционных конструкций, до сего времени получают опытным 26-288

путем. Инженерные методы расчета пробивных напряжений разрабатываются сейчас только для газовых промежутков, физика разрядных процессов в которых изучена уже глубоко. Для внутренней изоляции, состоящей из жидких или твердых диэлектриков или их комбинации, пригодные для практики расчетные методики отсутствуют, сущность сложных процессов нарушения электрической прочности еще в должной мере не выяснена. Поэтому при проектировании изоляционных конструкций приходится пользоваться опытными данными о пробивных напряжениях. Однако получение этих данных обычно очень затруднено из-за высокой стоимости экспериментов, требующих разрушения крупных конструкций или макетов. Из-за ограниченных возможностей проведения экспериментов часто возникает необходимость использования уже имеющихся для рассматриваемого вида изоляции данных, но полученных при иных значениях основных параметров (толщине изоляции, размерах электродов). В таких случаях пользуются следующими приближенными выражениями:

при изменении площади электродов

- o In --

где So-площадь электродов у конструкции, для которой имеются данные о среднем пробивном напряжении fnpo и среднеквадратичном отклонении Оо; S - площадь электродов у конструкции, для которой оценивается среднее пробивное напряжение

при изменении толщины d изоляции со слабонеоднородным электрическим полем

77-7/ -

где Ано - коэффициент неоднородности .электрического поля (отношение наибольшей в промежутке напряженности к средней напряженности для изоляции при толщине do, для которой известно пробивное напряжение fnpo; fen - коэффициент неоднородности электрического поля для изоляции при толщине d, для которой оценивается величина пробивного напряжения fnp;

при изменении толщины d изоляции с резконеоднородным электрическим полем

пр

/ d \0,5

Следует иметь в виду, что приведенные выше соотношения не являются универсальными. Правомерность их использования необходимо проверять в каждом конкретном случае.

Электрическая прочность внутренней изоляции зависит не только от геометрических размеров, но и от ряда других факторов - режимов технологических процессов, свойств исходных материалов, условий ра-

боты или проведения опытов, методов измерения. Среди этих факторов многие являются трудноконтролируемыми, а некоторые вообще не поддаются оценке. По этой причине обычно наблюдаются большие разбросы пробивных напряжений, часто отмечаются значительные расхождения между данными для одной и той же изоляции, изготовленной на разных заводах или в разное время. В связи с этим, чтобы исключить возможность грубых ошибок, необходим и строгий анализ и отбор имеющихся опытных данных, во всех случаях требуется экспериментальная проверка вновь разработанной изоляционной конструкции.

Приводимые ниже сведения об электрической прочности изоляционных промежутков следует рассматривать как ориентировочные. Более подробные сведения имеются в рекомендуемой литературе.

Газовые промежутки

Для воздушных промежутков с однородным электрическим полем и идеально гладкими электродами пробивное напряжение, кВ, определяется выражением

t/np = 24,56/-f бЛТ/б/ ,

где I-расстояние между электродами, см; e=pTofpoT - относительная плотность воздуха; р - давление, МПа; Т-температура, К; ро=0,1 МПа; То=293 К.

Микронеровности на поверхности электродов приводят к снижению величины Unp. При высокой чистоте обработки поверхностей электроде , р0,5 МПа и ?> > 1,0 см снижение t/np составляет не бо,тее 10%.

Начальное напряжение Ug для воздушного промежутка с соосными цилиндрическими электродами идеальной гладкости равно:

0,65

0,38

£np = G(10p)M W

где р -давление, МПа; г - радиус внутреннего электрода, см; а=2,6, Ь=0,8 для элегаза при р=0,1-=-0,75МПа и а=2,5,6= =0,33 для азота при р>0,5 МПа.

Импульсная пробивная напряженность для промежутка с элегазом или азотом под давлением Енмп=иЕпр, где Епр - пробивная напряженность при частоте 50 Гц или

rs 20 W ВО

<1,5- ЬВ 1,5 2JB м

Рнс. 13-2. Разрядные напряжения для воздушных промежутков стержень-стержень и стержень-плоскость при 50 Гц.

где Го - радиус внутреннего электрода, см; R - радиус наружного электрода, см.

Для резконеоднородных электрических полей напряжение Ug соответствует напряжению Uk зажигания короны, для слабонеоднородных полей - пробивному (7др. Условия, при которых электрическое поле следует относить к слабо- или резКонеоднородному, рассматриваются в [13-3]. Там же излагаются методы расчета начальных и разрядных напряжений для других систем электродов и смесей газов, анализируется влияние чистоты обработки поверхностей электродов.

Пробивные напряженности, МВ/м, при частоте 50 Гц и постоянном напряжении для промежутков в виде соосных цилиндров, заполненных элегазом (SFe - шести-фтористая сера) или азотом под давлением можно ориентировочно определить по формуле

при постоянном напряжении; А - коэффициент импульса, который для грозовых импульсов 1,2/50 лежит в пределах 1,5-1,8, а для коммутационных импульсов-1,05-1,10.

Зависимость относительного пробивного напряжения смеси азота и элегаза от объемного содержания элегаза показана на рис. I3-I.

Следует иметь в виду, что на пробивные иапряжениости газовых промежутков значительное влияние оказывают площадь электродов и истота их обработки. Соответствующие данные для промежутков с элегазом приведены в [13-4].

Зависимости разрядных напряжений от расстояния между электродами для промежутков с резконеоднородным электрическим полем (стержень - стержень, стержень - плоскость) при нормальных условиях (давлении 0,1 МПа, температуре 293 К, абсолютной влажности 11 г/м*) при напря-

f-t,Hl,Z/SO U=D,Oit-tO MB 2-Х,МЦ/5д и=0Щ5+В;55ВШВ J-X(-m/SO и=1]!И0ЩВ1 MB -X>l-)l,ZlSO UHZ154E7lMBi

ff,5 W 2fi 2,5 l,M

Рис, 13-3. Импульсные разрядные 50%-ные напряжения для воздушных промежутков стержень - стержень и стержень - плоскость.

2,0 W Ь2 0,6

о Z if 6 8 10 м

Рис. 13-4. Разрядные напряжения для воздушных промежутков стержень - стержень и стержень - плоскость при 50 Гц и нормальных атмосферных условиях.

/ f J it 5. м

Рис. 13-5. Импульсные разрядные йО%-ные напряжения для воздушных промежутков при- нормальных атмосферных условиях.,

1 -импульс 1,2/50, -к-)- стержень - плоскость ;

2 - то же, но - - стержень -- плоскость ; S - то же, но стержень - стерлсень; при положительной полярности незаземлеиного стержня; 4 - то же при отрицательной полярности; 5 - прн коммутационном импульсе т:ф = 120 мкс, стержень -

. плоскость J е - 10 же, но при -i, = 2500 мкс.

жениях с частотой 50 Гц и импульсных приведены на рис- 13-2-13-5. При отклонении условий от нормальных изменение разрядных напряжений учитывается с помощью поправок по ГОСТ 1516.2-76.

Разрядные характеристики встречающихся в реальных конструкциях промежутков с резконеоднородными полями лежат между характеристиками промежутков стержень - стержень и стержень - плоскость.

Воздушные промежутки вдоль поверхности изолятора

Разрядные напряжения в воздухе вдоль поверхности твердого диэлектрика зависят от степени неоднородности электрического поля, расположения поверхности относительно силовых линий поля и состояния поверхности твердого диэлектрика.

В однородном поле, когда силовые линии направлены вдоль чистой и сухой поверхности, средняя разрядная напряженность зависит от гигроскопичности диэлектрика, влажности воздуха и, особенно сильно, от плотности прилегания электродов к диэлектрику. Последнее обстоятельство

Рис. 13-6. Схема изоляции с резконеоднородным полем и преобладающей нормальной составляющей напряженности.

обусловлено тем, что в узких щелях между диэлектриком и электродом из-за различия диэлектрических проницаемостей напряженность возрастает и при относительно низких напряжениях возникают частичные разряды. Они инициируют развитие разряда по поверхности при более низких напряженно-стях. Разрядные напряжения могут быть в 3-6 раз ниже, чем для соответствующего чисто воздушного промежутка. Например, при нормальных условиях и расстояниях между электродами более 100 мм средняя разрядная напряженность при частоте 50 Гц по фарфору в воздухе составляет около 0,5 МВ/м.

При резконеоднородном поле с преобладающей нормальной составляющей напряженности (схема изоляции, соответствующая плоскому конденсатору, показана на рис. 13-6) при напряжении (7к в узкой области у края электрода возникает коронный разряд. Затем при Lck>Lk от края электрода начинают развиваться скользящие разряды, распространяющиеся на значительную часть разрядного расстояния /р. С ростом приложенного напряжения длина /ск этих разрядов быстро увеличивается. При напряжении i/nep, когда /ск достигает /р, происходит полное перекрытие.