книги / Техника высоких напряжений

Таблица 18*3

Испытательные напряжения кабелей

Поясная изоляция

Фазная обо­

Маслонапол­

с вязкой пропиткой

лочка с вяэГазонаполненные на

Тип кабеля

на

к<?й пропиткой

ненные на

на

6 кв

К) кв

35 кв

10 кв

35 кв

110 к в

(зазем­

ленная ней­

траль)

Величина

напряжения

14,2

23

65

—

—

140

50 г ц ............................

Длительность,

мин

. .

10

10

20

—

—

15

Величина

напряжения

—

—

—

40

130

—

постоянного

тока

Длительность, мин

—

—

—

30

30

—

при повышенном переменном напря­

tgô свидетельствует о наличии в ка­

жении

возможно

образование

вет­

беле газовых включений. В газона­

вистых

разрядов,

частично

повреж­

полненных

кабелях,

где

газовые

дающих кабель в процессе испыта­

включения

являются неотъемлемой

ния. Величины

испытательных

на­

составной

частью

изоляции,

обыч­

пряженки для кабелей разных ти­

но измеряется напряжение, при ко­

пов приведены

в табл. 18-3.

тором начинается

ионизация

газа,

Как указывалось выше, для ма­

либо путем измерения tgô, либо

слонаполненных

кабелей

высокого

другими

методами.

Применяемые

напряжения особую роль играет ве­

в Советском Союзе нормы по опре­

личина

tg Ô изоляции. Для

кабелей

делению tgô и сопротивления утеч­

с вязкой пропиткой абсолютная ве­

ки изоляции приведены в табл. 18-4.

личина tgô имеет меньшее значе­

Электрические испытания изоля­

ние, зато

очень

важен

характер

ции кабелей не могут обнаружить

изменения tgô при увеличении на­

всех технологических дефектов и от­

пряжения,

так

как

быстрый

рост

ступлений от заданной конструкции.

Таблица 18-4

Нормы по определению tgô и сопротивления утечки изоляции кабелей

С поясной изоляцией

С фазной обо­

Газонаполненные

на

Маслонапол­

с вязкой пропиткой

лочкой с вяз­

на

кой пропиткой

ненные на

Тип кабеля

на

35 кв

ПО к в (зазем­

6 кв

10 к в

35 к в

10 кв

(заземлен­

ная ней­

ленная ней­

траль)

траль)

Напряжение

при

изме­

14

23

65

14

40

70

рении tgô, кв . .

. .

Максимально

допусти­

мое значение tg Ô при

комнатной

темпера­

0,02

0,015

0,01

0,025

0,025

0,006

туре .

напряжения

Пределы

4—14

4—23

10,5— 65

—

20(0,3£/ф)

при измерении

tg à . .

—

до

1,56/ф

Максимально

допусти­

0,008

0,006

0,0025

мое

приращение

tg Ь

Сопротивление утечки,

норма в Мом на

1 км

100

100

100

200

400

—

длины кабеля

Эти дефекты наиболее просто вы­

трещины

в

свинцовой

оболочке.

являются

путем

разборки

образца

С этой целью отрезок кабеля дли­

кабеля длиной порядка 300 мм, ко­

ной 5 м навертывают на цилиндр,

торый отрезается от каждой строи­

диаметр которого в 15 раз больше

тельной длины кабеля. Особое вни­

диаметра кабеля (по свинцовой обо­

мание при разборке уделяется кон­

лочке)

для

многожильных

кабелей

тролю

однородности

изготовления

и в 25 раз

— для одножильных. Ка­

изоляции

и

совпадения

бумажных

бель развертывают

и

выпрямляют,

лент, особенно вблизи жилы кабеля.

а

затем

навертывают

на

цилиндр

На отрезках кабелей всех напряже­

в

обратном

направлении.

Такая

ний проверяется способность выдер­

операция

повторяется

трижды,

по­

живать изгибания,

которые

могут

сле чего проверяется электрическая

вызвать

разрыв

бумажных

лент и

прочность кабеля.

ГЛАВА ДЕВЯТНАДЦАТАЯ

изоляция СИЛОВЫХ КОНДЕНСАТОРОВ

19-1, ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

постоянном

или пульсирующем

на­

Силовые

конденсаторы

исполь­

пряжении.

конден­

зуются

в

электроэнергетических

4.

Электротермические

установках в цепях,

где

осущест­

саторы для работы при напряжении

вляется

преобразование

или

пере­

высокой

частоты

(до

нескольких

дача больших мощностей, и выпол­

килогерц).

кон­

няют

ответственные

и

разнообраз­

К первой группе относятся

ные

функции,

как

правило,

денсаторы,

наиболее широко

при­

связанные с генерированием

значи­

меняемые в энергетике и использу,-

тельной

реактивной

мощности

емые

для

улучшения

коэффициен­

или

накоплением

больших

коли­

та

мощности

промышленных уста­

честв энергии. Поэтому они нарав­

новок

(«косинусные»

конденсато­

не с другими аппаратами и устрой­

ры),

для

продольной

емкостной

ствами относятся к основному сило­

компенсации индуктивного сопротив­

вому

оборудованию

электротехни­

ления

длинных линий

электропере­

ческих установок. В настоящее вре­

дачи

и регулирования

напряжения

мя промышленностью

выпускаются

в распределительных сетях, для от­

силовые

конденсаторы

нескольких

бора от линий высокого напряжения

типов на напряжение от 200 в до

незначительной мощности

и подсо­

150 кв и емкостью от тысячных до­

единения к ним установок защиты и

лей до тысяч микрофарад, различ­

связи, а также для некоторых дру­

ные по конструкции и другим элек­

гих целей.

Общая

установленная

трическим параметрам.

реактивная

мощность

этих

конден­

Силовые конденсаторы целесооб­

саторов в энергосистемах всего ми­

разно

классифицировать

по

виду

ра достигает в настоящее время не­

рабочего

напряжения,

определяю­

скольких десятков миллионов кило­

щего

условия

работы

и,

следова­

вольт-ампер. Изоляция этих конден­

тельно, поведение

изоляции

между

саторов подвергается

длительному

обкладками.

По

этому

признаку

воздействию

рабочего

напряжения,

можно выделить

четыре

основные

а в ряде случаев и значительным по

группы силовых конденсаторов:

величине

перенапряжениям. К кон­

1.

Конденсаторы,

предназначен­

денсаторам

этой

группы,

как и

ные

для

работы

при

напряжении

к другому оборудованию сетей вы­

промышленной

частоты

(50 гц).

сокого напряжения, предъявляются

2.

Импульсные конденсаторы.

очень высокие требования в отно­

3.

Конденсаторы для работы при

шении надежности.

капливается

определенное

количе­

пов в качестве диэлектрика исполь­

ство

энергии,

используемой

затем

зуется

конденсаторная

или

кабель­

для разных целей. Энергия W%на­

ная

бумага, пропитанная

жидким

капливаемая в конденсаторе, равна:

или полужидким

изоляционным ма­

т у /_

Си * _ ~*SU 2

d _

териалом. Чаще

всего для пропитки

применяют

минеральное конденса­

W ~

2

—

2d

d ~

торное,

иногда

касторовое

масла.

(19-1)

В зарубежном

конденсаторострое-

где

S — площадь

электродов;

нии

весьма

широко

используются

синтетические изоляционные жидко­

Va. д — объем

активной

части

сти

типа

совола (хлорированные

диэлектрика,

равный Sd\

дифенилы),

имеющие

ряд

преиму­

ского

поля

в

активной

освоено производство силовых

кон­

части диэлектрика.

денсаторов

с

пропиткой

соволом,

Полный объем

V

конденсатора

однако

они выпускаются пока еще

приблизительно пропорционален Уа.д.

в ограниченном

количестве.

Поэтому V =^~2-i

т.

е* количество

Пропитка бумаги резко увеличи­

материалов,

расходуемых

на

изго­

вает

ее электрическую прочность и

повышает

диэлектрическую

прони­

товление

конденсатора

и его стои­

цаемость.

Происходит это

вследст­

мость,

зависит

от

е,

но

еще

силь­

вие того, что ,в многочисленных по­

нее от

рабочей

напряженности, ко­

рах

бумаги,

занимающих

25—35%

торую желательно

иметь возможно

ее объема, воздух замещается мас­

большей. Величина

рабочей

напря­

лом или другим высокопрочным изо­

женности в свою очередь зависит от

ляционным

материалом,

имеющим

кратковременной

и, особенно, дли­

более

высокую

диэлектрическую

тельной

электрической'

прочности

проницаемость. На рис. 19-3 показа­

диэлектрика,

а

также

от

потерь

на

зависимость

диэлектрической

в нем, условий охлаждений конден­

проницаемости пропитанной конден­

сатора

и допускаемой для данного

саторной бумаги от диэлектрической

диэлектрика температуры. Другими

проницаемости жидкой пропиточной

словами,

рабочая

напряженность

массы. Твердые

пропиточные

мас­

устанавливается

такой,

чтобы она

сы в силовых конденсаторах не при­

не превышала

электрическую проч­

меняют, так как при затвердевании

ность диэлектрика и не вызывала

его нагрев выше допустимой темпе­

ратуры. Из сказанного следует, что

размеры, вес и стоимость силового

конденсатора зависят от целого ря­

да свойств

диэлектрика.

Поэтому

для изготовления конденсаторов ис­

пользуют те изоляционные материа­

лы, которые

обладают

наилучшим

сочетанием

указанных

свойств

(электрическая

прочность,

tgô,

е,

допускаемая

температура

и др.)

и

стоимости. Кроме того, важное зна­

чение имеют механические

харак­

Диэлектрическая проницаемость

теристики изоляционного материала

пропиточной массы

(прочность на разрыв и т. д.), так

как от них зависит режим

намотки

Рис..

19-3.

Зависимость диэлектрической

секций.

проницаемости

пропитанной

конденсатор­

В настоящее

время

в

силовых

ной бумаги KOHI от диэлектрической про­

ницаемости

жидкой

пропиточной

ма<зсы

конденсаторах практически всех ти­

(В. Т.

Ренне).

они дают усадку и в диэлектрике

кабельную.

Наша

промышленность

остаются незаполненные массой по­

выпускает

два

сорта

конденсатор­

ры — газовые (воздушные)

включе­

ной бумаги: KOHI и КОНИ, толщи­

ния. В силу этого снижается диэлек­

ной от 5 до 30 мк, которые отлича­

трическая

проницаемость

диэлек­

ются высокой плотностью

(KOHI —

трика (на

10—15%)

и

возникает

1,0 г/см*, КОНН—1,2 г/смг) и ма­

опасность появления частичных раз­

лым

числом

неорганических

вклю­

рядов, которые постепенно разруша­

чений. Вследствие повышенной плот­

ют диэлектрик и тем самым резко

ности такая бумага обладает более

сокращают срок

службы

конденса­

высокой механической и электриче­

тора.

рабочей

напряжен­

ской прочностью и увеличенной по

Уменьшение

сравнению с другими сортами бу­

ности и диэлектрической

проницае­

маги

диэлектрической

проницаемо­

мости, как это следует из (19-1),

стью.

Электрическая

прочность бу­

приводит к существенному увеличе­

маги

лежит

в

пределах

30—

нию объема, веса и, следовательно,

.50 кв/мм

(при

50 гц),

причем боль­

стоимости конденсатора.

зани­

шие значения соответствуют бумаге

Монопольное

положение,

более высокой плотности и меньшей

маемое бумажной пропитанной изо­

толщины.

ляцией в силовом конденсаторо-

Бумага KOHI используется глав­

строении, объясняется тем, что эта

ным образом для конденсаторов пе­

изоляция обладает весьма высокими

ременного

напряжения,

а

КОНИ—

электрическими

и механическими

постоянного. Последняя в силу бо­

качествами при

относительно

низ­

лее высокой плотности имеет не­

кой стоимости. Для изготовления ее

сколько

увеличенные

диэлектриче­

основных

компонентов — бумаги и

ские потери.

бумага

(толщиной

масла — имеется большая и практи­

Кабельная

чески неограниченная

сырьевая

ба­

50—120

мк)

применяется

редко,

за. Появившиеся в последние годы

главным

образом

в

конденсаторах

синтетические

полимерные

пленки

высокого

напряжения

большой

пока не используются в силовых

емкости

индивидуального

изготов­

конденсаторах

массового

примене­

ления.

ния из-за высокой стоимости и де­

Как уже указывалось, в боль­

фицитности, а также в силу того,

шинстве случаев силовые конденса­

что по некоторым важным показа­

торы

пропитывают

минеральным

телям они не сильно отличаются от

конденсаторным

маслом,

получае­

пропитанной бумаги или даже усту­

мым

из

трансформаторного

путем

пают ей

(е, минимальная

возмож­

дополнительной

очистки

адсорбен­

ная толщина, механические характе­

тами, фильтрации, сушки и дегаза­

ристики). Пленки в ближайшее вре­

ции.

Дополнительная

обработка

мя, вероятно, будут использоваться

производится в связи с тем, что кон­

лишь в электротермических конден­

денсаторное масло работает в бо­

саторах, так как некоторые из них

лее тяжелых условиях, чем транс­

имеют малые

диэлектрические

по­

форматорное:

при

более

высоких

тери при высокой частоте и допу­

напряженностях и при худшем теп-

скают нагрев до более высоких

плоотводе.

температур.

Хорошо очищенное конденсатор­

19-2. БУМАЖНО-ПРОПИТАННАЯ

ное

масло

имеет

электрическую

прочность

не

менее

200

кв/см

КОНДЕНСАТОРНАЯ

ИЗОЛЯЦИЯ

(в стандартном

разряднике), вели­

а)

Исходные материалы

чину tgô

около

10~4

(при

20° С и

и их основные свойства

кон­

1 000 гц)

и диэлектрическую прони­

Для изготовления

силовых

цаемость

е= 2,1-ь2,2.

При

этом е

денсаторов используют специальную

пропитанной маслом бумаги состав­

бумагу — конденсаторную или реже

ляет примерно 3,8.

неравномерности электрического по­

изоляции

(начальная

ионизация),

ля у краев электродов.

при

представляют собой небольшие раз­

Как

показали

наблюдения,

ряды

в

тонкой

масляной

пленке

напряженностях,

лежащих

значи­

у электродов. Они происходят в ме­

тельно ниже кратковременной элек­

стах наибольшей напряженности по­

трической

прочности,

происходит

ля,

т. е.

у

краев

электродов

или

постепенное

разрушение

бумажно­

у

складок

фольги,

образующихся

масляного диэлектрика,

завершаю­

при опрессовке секций. Эти разряды

щееся пробоем и выходом конденса­

охватывают ничтожные объемы мас­

тора из строя. В качестве примера

ла

и

сопровождаются

рассеянием

на рис. 19-6 приведена зависимость

незначительной

энергии.

Однако,

срока службы бумажно-масляного

повторяясь несколько раз в каждый

диэлектрика толщиной 78 мк от на­

полупериод,

они

постёпенно

разла­

пряженности при 50 гц. Подобная

гают

масло,

вызывая

рост

потерь

зависимость имеет место и при по­

в нем и, таким образом, с течением

стоянном

напряжении.

Увеличение

времени приводят к пробою изоля­

срока службы по мере снижения Е

ции.

происходит лишь до некоторой на­

Чем

выше

напряженность,

тем

пряженности,

зависящей от толщи­

интенсивнее ионизационные процес­

ны диэлектрика и его качеств, а за­

сы — больше число разрядов и энер­

тем срок службы становится неогра­

гия, рассеиваемая в каждом разря­

ниченно длительным. Эта характер­

де,— тем

быстрее

разрушается

ди­

ная для конденсаторной и некото­

электрик,

т.

е.

тем

меньше

срок

рых других видов изоляции зависи­

службы

конденсатора.

мость срока службы от напряженно­

При

некоторой

большой

напря­

сти

(или длительной

электрической

женности,

лежащей,

однако,

еще

прочности от

времени

воздействия

значительно

ниже

кратковременной

напряжения)

объясняется

тем, что

электрической

прочности,

интенсив­

при

определенной

напряженности

ность

ионизации

резко

возрастает

в изоляции возникают процессы, по­

(критическая ионизация). При этом

степенно

разрушающие

ее.

Основ­

с

краев

электродов

развиваются

ную роль здесь играют ионизацион­

скользящие

разряды,

происходит

ные процессы; при

постоянном на­

интенсивное

разложение

масла

пряжении

большое значение

имеют

с выделением

газов,

образующих

также

электрохимические

явления.

газовые включения. В этих включе­

Первые ионизационные процессы,

ниях

также

происходят

разряды.

возникающие

в

бумажно-масляной

За

несколько

секунд

критической

KÔ /A L J K

ионизации

в

изоляции

происходят

столь

значительные

изменения,

что

затем интенсивная ионизация и бы­

строе

разрушение

диэлектрика

мо­

гут происходить уже при значитель­

но

более

низких

напряженностях,

ниже напряженности появления на­

чальной

ионизации.

Учитывая

оказанное,

толщину

диэлектрика

конденсатора

выби­

рают такой, чтобы рабочая напря­

Секунды

Часы

Годы

женность

лежала

ниже

напряжен­

Рис. 19-6. Зависимость срока

службы бу­

ности

появления

начальной

иониза­

мажно-масляного диэлектрика от напря­

ции. Если в процессе эксплуатации

женности

поля

(амплитудные

значения)

конденсатор

может

подвергаться

при

50

гц (Хельд

и

Кунце).

воздействию значительных

по вели­

Т олщ и н а

и зо л яц и и

6 x 1 3

м к,

ем ко сть

секц и й

1.5 м кф ;

в б а к е

ко н д ен сато р а

и зб ы точ н ое

д а в л е ­

чине

перенапряжений,

то

толщина

ние

м асл а 1,5 ат

(д л я

врем ен

бо л ее

103

ч

кри вы е

должна

быть

такой,

чтобы

не

воз-

п остроены

р асчетн ы м

п у тем ).