книги / Техника высоких напряжений

150 кв сплошные фарфоровые изо­

ляторы не

обеспечивают

необходи­

мой механической прочности на из­

гиб. Поэтому для опорных колонок

на напряжение выше

ПО кв

(а иногда и на напряжение ПО кв)

опорные изоляторы делают полыми,

но большего диаметра. При этом

достигается

увеличение

механиче­

ской прочности изолятора на изгиб.

Недостатком

полых

изоляторов,

препятствующим

широкому

приме­

нению этих более легких и эконр-

мичных

изоляторов

в

открытых

180-----J

установках,

является

возможность

возникновения

разрядов

во

вну­

Рис. 12-4. Стерж­

тренней

полости.

Влага,

попадаю­

невой опорный изо­

щая

во внутреннюю полость изоля­

лятор СО-35 на

тора, может вызвать появление ча­

напряжение 35 кв.

стичных разрядов на его внутрен­

них стенких даже при рабочем на­

пряжении.

Эти

разряды

приводят

Опорные изоляторы

стержнево­

к

резкому

снижению

разрядного

напряжения внутри полости. Мерой,

го типа, предназначенные

для ра­

предупреждающей

разряд

внутри

боты в

открытых

распределитель­

колонки, является устройство в изо­

ных

устройствах,

отличаются

силь­

ляторах

фарфоровых

перегородок

ным

развитием ребер

на

их

боко­

достаточной

толщины

(рис.

12-5).

вой

поверхности,

имеющим

целью

Иногда

вместо

фарфоровых

пере­

повышение

их

разрядного

напря­

городок для предотвращения разря­

жения в условиях дождя. Мокро­

дов во внутренней полости прибе­

разрядные напряжения определяют­

ся

главным

образом

разрядным

гают

к заполнению

ее компаундом

или

трансформаторным

маслом.

расстоянием

изолятора,

количе­

Однако

в

этом

случае

изоляторы

ством и размером

ребер. Наиболь­

должны иметь хорошие уплотнения,

шая

величина

мокроразрядного на­

препятствующие

вытеканию

масла

пряжения

при

данном разрядном

или массы наружу.

расстоянии получается в том слу­

чае, когда разность радиусов ребра

Высокие

колонки

опорных

изо­

и тела изолятора равна расстоянию

ляторов стержневого типа по пред­

между ребрами.

ложению

Г.

А.

Лебедева

(ВЭИ)

На напряжение до 35 кв изоля­

снабжаются так называемыми звез­

торы для открытых установок из­

дочками — металлическими

экрана­

готовляются в виде сплошного фар­

ми,

укрепляемыми

на

арматуре

форового

стержня.

Конструкция

в

местах

соединения

изоляторов

такого изолятора на 35 кв показа­

(рис. 12-6). Это простое мероприя­

на на рис. 12-4.

тие

позволяет

существенно

увели­

При напряжениях ПО кв и вы­

чить

мокроразрядное

напряжение

ше применяются колонки из не­

колонки изоляторов.

скольких

изоляторов

на

меньшее

Количество дождевой воды, сте­

напряжение,

соединенных

между

кающей по изоляторам колонки, не­

собой

с

помощью металлической

одинаково по высоте. Чем ниже рас­

арматуры.

Поскольку

с

увеличе­

положен изолятор, тем больше по

нием

номинального

напряжения

нему стекает

воды.

Это приводит

растут

механические

нагрузки на

к

усилению

неравномерности

рас­

изолятор,

то уже

при

напряжении

пределения

напряжения

по

нзоля-

фарфоровой

крошкой,

а эластич­

ность изолятора достигается покры­

тием поверхностей фарфора и арма­

туры, соприкасающихся с цементом,

битумом. Отсутствие битумных про­

слоек

между частями

изолятора

и

цементом

приводит к

быстрому рас­

трескиванию

фарфора

в

головке

изолятора.

изоляторы

штыревого

Опорные

типа

на

35

кв (рис. 12-9)

имеют

две фарфоровые части, соединенные

между

собой

цементом.

Форма

юбок изолятора и их размеры вы­

бираются опытным путем, исходя из

получения

необходимой

величины

мокроразрядного

напряжения. Су­

хоразрядные напряжения при 50 гц

Рис.

12-8.

Штыревой опорный изолятор на

и

импульсные

характеристики

напряжение 10 кв.

у

опорных

штыревых

изоляторов

/ —штырь;

2— фарфор;

3— шапка; 4— цемент.

близки

к

характеристикам

воздуш­

ного

промежутка стержень—плос­

как и стержневые, собираются в ко­

кость

при

длине

его,

равной

сухо­

разрядному

расстоянию

изолятора.

лонки, состоящие

при напряжении

Механическая прочность одиноч­

110

кв

из

трех изоляторов

35

кв,

ных штыревых опорных изоляторов

при

150

кв — из

четырех

и

при

определяется

прочностью

штыря,

220 кв — из

пяти

изоляторов.

а не прочностью фарфоровой голов­

На рис. 12-8 показан штыревой

ки, поскольку при приложении из­

опорный изолятор на

10 кв. Фарфо­

ровая часть штыревых опорных изо­

гибающей нагрузки к шапке изо­

лятора

изгибающий

момент,

дей­

ляторов

по

своей

конфигурации

ствующий

на

головку

изолятора,

аналогична

штыревым

линейным

благодаря небольшой толщине фар­

изоляторам, но в отличие от линей­

ных

опорные

изоляторы

штыревого,

фора оказывается много меньше из­

типа

армируются с помощью

цемен­

гибающего

момента,

действующего

на

штырь.

та металлической

арматурой.

Для

в

колонках

из

трех—

прочного

соединения

фарфора с

Однако

шапкой и стержнем армируемые по­

пяти

изоляторов

(рис.

12-11)

на

го­

ловку нижнего изолятора действует

верхности

фарфора

покрываются

почти

такой

же

изгибающий мо-

Рис. 12-9. Штыревой опорный

Рис. 12-10. Штыревой изолятор

типа ИШД-35

повышенно^

изолятор на напряжение 35 кв

прочности на

напряжение

типа ШТ-35.

35 кв.

личения толщины изоляции и, сле­

довательно,

диаметра фланца.

Для напряжений до 35 кв освое­

но производство изоляторов, в ко­

торых

удовлетворительная

длина

получена

путем

увеличения

толщи­

ны фарфора по сравнению с вели­

чиной,

необходимой

для

получения

требуемого пробивного напряжения,

а

также

путем

создания

утолще­

ний-ребер на поверхности, т. е.

участков,

где

поверхностная

ем­

кость еще меньше и, следователь­

но, развитие

разряда

дополнитель­

но затруднено.

изоляторах

на

эти

Рис. 12*13. ПроРис. 12-14. Про­

Раньше

в

ходной

изолятор,

ходной

изолятор

напряжения

для

увеличения

диа­

/—токоведущий стер- С ВОЗДУШНОЙ ПО-

жень; 2— фланец;

ЛОСТЬЮ.

метра

фланца

изоляционное

тело

3— изоляционное

приходилось

выполнять

не

сплош­

тело.

ным, а с полостью (рис. 12-14), так

электрики (фарфор,

трансформа­

как

производство

толстостенных

изделий

из

фарфора

затрудни­

торное

масло,

картон,

бумага

тельно.

и др.).

Проходные

изоляторы,

так

же

в

Наличие

воздушной

полости

как и изоляторы других типов, кон­

изоляторе

на

напряжение

3—

струируют таким образом, что при

10 кв

практически

не влияет на его

нормальном

состоянии

изоляции

пробивную прочность, ибо при на­

пробивное напряжение по пути 1\

пряжении,

близком

к разрядному,

(рис. 12-13) несколько превышает

в

полости

происходит

ионизация

напряжение перекрытия по пути 12.

воздуха и все напряжение прикла­

В простейшей конструкции рис. 12-13

дывается к фарфору. По этой же

требуемую величину пробивного на­

причине

при

предразрядных

на­

пряжения можно получить уже при

пряжениях

происходит

некоторое

относительно малой толщине б, до­

увеличение

поверхностной

емкости

статочной и с точки зрения механи­

и

соответственно снижение

напря­

ческой прочности. Однако при ма­

жения

перекрытия. Это обстоятель­

лых б получается большая поверх­

ство

вынуждало дополнительно

не­

ностная емкость и облегчается раз­

сколько

увеличивать

диаметр флан­

витие разряда по поверхности. Что­

ца и создавать на поверхности изо­

бы обеспечить

требуемое

напряже­

лятора ребра (у фланца).

ние перекрытия, длину изолятора /

Чтобы

устранить

этот

неприят­

пришлось

бы

сделать

чрезмерно

ный эффект, в проходных изолято­

большой. Такой

изолятор, несмотря

рах с внутренней полостью на на­

на

относительно

малый

диаметр,

пряжение 35 кв токоведущий стер­

был бы очень неудобным, так как

жень покрывали слоем бакелизи-

из-за большой длины вынуждал бы

рованной

бумаги

толщиной

3—

неоправданно

увеличивать размеры

6 мм

или

заполняли

внутреннюю

аппарата

или

распределительного

полость

компаундом.

Первое меро­

устройства, в котором он устанав­

приятие

увеличивает

напряжение

ливается.

длины

изолятора

появления

короны

приблизительно

без

Сокращение

в

2 раза;

второе — принципиально

изменения

его

разрядного

на­

более эффективно, так как позво­

пряжения

наиболее просто

может

ляет

полностью

устранить

корону

быть достигнуто

путем

уменьшения

во внутренней полости и повышает

поверхностной

емкости за

счет уве­

электрическую

прочность

изолято­

ра в радиальном направлении. Од­

получить

приемлемые

радиальные

нако практически в залитой вязкой

размеры

изолятора.

Для

резконе­

изоляционной массой

полости всег­

однородного

поля среднее пробив­

да

остаются

газовые

включения —

ное

напряжение

трансформаторно­

каверны. В связи с этим возникает

го

масла

выражается

зависи­

опасность того, что в газовых вклю­

мостью

чениях уже при рабочем напряже­

t/np==28,2s°'e4 ^дейст-

ПРИ плавн°м

нии

будут

происходить

частичные

разряды,

вызывающие

дополни­

подъеме;

тельный

местный

нагрев,

постепен­

f/np =

26,6s°-e4

К*действ — при

одно-

ное разложение компаунда и уве­

минутном воздействии,

личение

размеров

включений.

Та­

ким

образом,

с

течением

времени

где

s — расстояние

между

электро­

под

действием

частичных

разрядов

дами,

см

(указанные

зависимости

может

произойти

снижение

элек­

действительны

для

s>30

см).

трической

прочности

в радиальном

По

этим

зависимостям

легко

направлении.

Для

того

чтобы

подсчитать,

что

для получения про­

устранить

эту

опасность,

приходит­

бивного

напряжения порядка 450—

ся

снижать

средние

рабочие

ра­

диальные

напряженности,

т. е. до­

500

кядейств

нужен

масляный про­

межуток

около

100—120 см.

При

полнительно

увеличивать

диаметр

этом диаметр

фланца должен

быть

фланца.

соответственно 2—2,5 му что, оче­

Во

всех

рассмотренных

выше

видно,

неприемлемо.

случаях

необходимая

электриче­

Для

повышения

электрической

ская прочность в радиальном на­

прочности

масляного

промежутка

правлении

достигалась

выбором

между стержнем и фланцем уста­

соответствующей

толщины

фарфо­

навливают

несколько

цилиндриче­

ра. Для изоляторов на напряжение

ских барьеров из бакелизирован-

ПО кв и выше такой путь невозмо­

ной бумаги, а токоведущий стер­

жен, так как пробивное напряже­

жень

обматывают кабельной

бума­

ние

проходного

изолятора

110 кв

гой

(маслобарьерные

изоляторы).

должно

быть

не

менее

450—

Эти

меры

повышают электриче­

500

квдейств

(примерно

в

1,5

раза

скую

прочность

промежутка

почти

больше

испытательного).

Изгото­

в 2,5

раза.

Основное

повышение

вить

сплошное

фарфоровое

тело

прочности примерно в 2 раза дают

изолятора

с

такой

электрической

покрытие

токоведущего

стержня

прочностью

практически

невозмож­

кабельной бумагой и барьер, уста­

но, так как при увеличении толщи­

новленный

вблизи

фланца. Проис­

ны

пробивная

напряженность

рез­

ходит это благодаря тому, что по­

ко

падает

на

(рис. 9-2).

Поэтому

крытие и барьер затрудняют обра­

изоляторы

напряжение

ПО кв

зование

под

действием

электриче­

и более изготовляют с большой

ского поля мостиков из проводя­

внутренней

полостью, заполняемой

щих

загрязнений

(например,

из

изоляционным

материалом

с

высо­

увлажненных

волокон),

по

кото­

кой

электрической

прочностью.

рым обычно

и

развивается разряд

Для

этой

цели

наиболее

удобно

в масле. Остальные барьеры повы­

трансформаторное

масло.

В

силу

шают

50

электрическую

прочность

его малой вязкости и высокой рас­

при

гц

еще

приблизительно

творимости в нем газов исключа­

на 50%.

образуют

каналы,

по

ются остаточные

газовые

включе­

Барьеры

ния и обеспечивается хорошая теп­

которым

происходит

естественная

лоотдача.

электрическая

проч­

циркуляция

масла,

улучшающая

Однако

отвод

тепла,

выделяющегося вслед­

ность масла в больших промежут­

ствие

диэлектрических

потерь

ках

недостаточна для

того,

чтобы

в

изоляции^

За

счет

этого

значи­

тельно

повышается

напряжение

учета искажения поля на краях

теплового пробоя.

обкладок)

При

импульсных

воздействиях

2 Ы Ф

.

г

_

2гсе/,

проводящие

мостики

не

образуют­

U 2 "

ся

(не успевают),

и

потому поло­

•*

1п-~-

жительный

эффект

от

дополни­

Г2

тельных

барьеров

отсутствует.

Бо­

1 II о

Z2

лее того, поскольку барьеры

имеют

1

Г2

диэлектрическую

проницаемость,

In —

гс

большую,

чем

масло,

в

по­

Пусть

необходимо

выравнять

рас­

следнем

увеличивается

напряжен­

ность электрического поля. По этой

пределение напряжения

в

радиаль­

ном направлении. Это можно сде­

причине

дополнительные

барьеры

даже

несколько

снижают

импульс­

лать

следующим

образом.

Толщи­

ную

прочность

изолятора.

Имея

ны

слоев

принять

одинаковыми,

т. е. гф—г1= Г\—г2= г2 —гс,

и

подо­

это

в

виду,

в маслобарьерных

про­

брать

длины

обкладок

1\

и /2

та­

ходных

изоляторах

устанавливают

кими,

чтобы

С\ = С2=С 3.

В

силу

небольшое число барьеров.

равенства

емкостей

Ci,

С2

и С3

на­

Как

показывает

опыт,

при

вы­

пряжение

между

слоями

будет рас­

боре

числа

и

размеров

барьеров

пределяться

равномерно. При

оди­

целесообразно

исходить

из

следую­

наковой

толщине

слоев

будут

оди­

щих

значений

наибольших

допу­

наковыми

и

средние

напряженно­

стимых

напряженностей

в

масля­

сти

в

слоях.

ных

каналах,

соответствующих

На

рис.

12-15,а

схематически

испытательным

напряжениям.

показан

изолятор,

обкладки

кото­

При

толщине масляного

канала

рого подобраны именно таким об­

40—100 мм и диаметре внутренней

разом. Там же показаны кривые,

обкладки менее 200 мм напряжен­

характеризующие

изменение

сред­

ность

не

на

внутренней

обклад­

них

и

действительных

напряжен­

ке

должна

превосходить

ностей в радиальном и осевом на­

45— 50

квдейств/c-w;

в

каналах

правлениях.

Средние

радиальные

меньшей

толщины

напряженность

напряженности в слоях (под флан­

может

быть

увеличена

до

60—

цем) получаются, как видно, оди­

65 явдейств/с^. Если диаметр вну­

наковыми.

Действительная

напря­

тренней

обкладки

больше 200 мм,

женность в каждом слое несколько

то средняя напряженность в кана­

меняется по толщине, однако в зна­

ле толщиной 40—100 мм не долж­

чительно

меньшей

степени,

чем

на быть выше 40—45 кв^ств/см.

при

отсутствии

обкладок.

Дальнейшее

улучшение

масло­

При

такой

системе

обкладок

барьерной

изоляции

достигается

поле в осевом направлении полу­

путем

регулирования

электриче­

чается

очень

неоднородным.

По­

ского поля с помощью обкладок из

этому

разрядные

напряжения

та­

фольги,

располагаемых

на

барье­

кого

изолятора

будут

низкими.

об­

рах.

Теперь

выберем

размеры

Регулирование

электрического

кладок

так,

чтобы

сделать равно­

мерным

распределение

напряже­

поля с помощью обкладок

поясним

ния

в

осевом

направлении.

Для

на примерах. Для простоты при­

этого

примем

одинаковыми длины

мем,

что имеются

всего

две

об­

кладки,

разделяющие

диэлектрик

уступов,

т. е.

на

три

слоя

(рис. 12-15). Совмест­

I n

^ 2

^ 2

^ 1 “ “

но со стержнем и фланцем они об­

2

2

2

разуют

три

последовательно

со­

и

подберем

радиусы

обкладок

гх

единенных

цилиндрических

кон­

и

г2

так,

чтобы

опять

Ci = C2 = C3,

денсатора,

емкости

которых

(без

В этом

случае

напряжения

на

ело-