книги / Техника высоких напряжений

лательно иметь tg ô возможно мень­ шим.

Диэлектрические потери в бу­ мажно-пропитанном диэлектрике складываются из потерь в клетчатке и потерь в пропиточном составе. Для клетчатки величина tg ô со­ ставляет примерно 0,06—0,07, т. е. в несколько десятков раз больше, чем у минерального конденсаторно­ го масла. Поэтому можно было бы уменьшить потери в бумажно-мас­ ляном диэлектрике путем сокраще­ ния в нем доли клетчатки, т. е. пу­ тем снижения плотности бумаги. Однако при этом одновременно уменьшается и электрическая проч­ ность диэлектрика, что нежелатель­ но. Тем не менее такая мера в ряде случаев оказывается целесообраз­ ной.

в) Рабочие напряженности и допустимые перегрузки

Ранее уже указывалось, что ра­ бочие напряженности устанавлива­ ются, исходя из формы и длитель­ ности воздействующего напряже­ ния, электрической прочности и ионизационных характеристик ди­ электрика, величины потерь в кон­ денсаторе и условий его охлажде­ ния. Помимо этого, учитываются также необходимая степень надеж­ ности, требуемый срок службы, воз­ можность некоторого ухудшения свойств диэлектрика в процессе эксплуатации, некоторый разброс в характеристиках исходных мате­ риалов и ряд других факторов. В настоящее время считаются про­ веренными на практике и рекомен­ дуются следующие рабочие напря­ женности в бумажно-масляном ди­ электрике силовых конденсаторов:

Рис. 19-11. Перегрузочные характеристики конденсатора типа КПИ при разной темпе­ ратуре окружающего воздуха.

сферных перенапряжений 7—

8 Квдейств/ММ\

г) при частоте 0,1—10 кгц, дли­ тельном воздействии напряжения и естественном охлаждении 3— 6 кв/мм;

д) то же, но водяном охлажде­ нии 8—10 кв/мм.

2.В конденсаторах постоянного напряжения:

а) при длительном сроке службы 25—40 кв/мм;

б) при ограниченном сроке службы до 100 кв/мм.

3.В импульсных конденсаторах: а) при длительном сроке службы

30—40 кв/мм;

б) при ограниченном сроке службы до 100 кв/мм.

Эти цифры характеризуют ре­ жим работы диэлектрика при номи­ нальном напряжении. Для конден­ саторов продольной компенсации длинных линий, косинусных, а так­ же используемых для регулирова­ ния напряжения в распределитель­ ных сетях рабочие напряженности установлены с учетом возможных длительных или кратковременных повышений напряжения. Допускает­ ся неограниченно длительная работа

Рис. 21-1. Двухслойный диэлек­ трик.

причем на обкладках обоих конден­ саторов будут находиться одинако­ вые заряды

риалы типа бумаги (кабели, кон­ денсаторы, вращающиеся машины, трансформаторы и др.). Ухудшение качества слоистой изоляции в боль­ шинстве случаев происходит путем более или менее однородного изме­ нения свойств одного или несколь­ ких слоев, тогда как характеристи­ ки остальных слоев остаются прак­ тически неизменными. Это приводит

Если источник, к которому под­ ключается диэлектрик, бесконечно мощный, то заряд q будет сообщен диэлектрику в очень короткий про­ межуток времени, т. е. будет иметь место весьма кратковременный

I2S d2

Допустим, что в результате ухудшения состояния изоляции, на­ пример увлажнения, проводимость первого слоя резко увеличилась,

вто время как второй слой остался

внормальном состоянии и его про­

водимость пренебрежимо мала. В этом случае g 2 < g x и схема за­ мещения двухслойного диэлектрика может быть представлена с по­ мощью рис. 21-2*

В момент включения такого ди­ электрика на постоянное напряже­ ние с амплитудой U распределение напряжения между слоями будет

где

1= _с1± с а_

ёх

Рис. 21-2. Упрощенная схема замещения двух­ слойного диэлектрика с резко неоднородными проводимостями слоев.

В конце переходного процесса заряд на емкости становится равным

Ягк== CtU,

поэтому диэлектрику должен сооб­ щаться дополнительный заряд, так называемый .заряд абсорбции*

1— 1

\

4

_L t

0,IIZI г 3 4 5 6 7 8 Злаш.

Рис. 21-4. Ток абсорбции мощного турбо­ генератора (по измерениям Мосэнерго).

Рис. 21-5. Схема опыта по определению возвратного напряжения.

ся между слоями пропорционально их емкостям, причем напряжение на каждом слое будет равно:

(21-6)

После размыкания закорачиваю­ щего рубильника /С, напряжение на всем образце вначале будет равно нулю, так как напряжения отдель­ ных слоев при последовательном соединении компенсируют друг дру­ га. Однако в дальнейшем емкость

Ci будет разряжаться через свою проводимость g 1, в то время как на­ пряжение слоя 2 останется практи­ чески неизменным. Поэтому изме­ ряемое на образце напряжение по­

Рис. 21-6. Изменение во времени «возврат­ ного напряжения».

стелено возрастает, а затем очень медленно снижается до нуля (за счет того, что слой 2 все же имеет определенную проводимость), как это показано на рис. 21-6. Очевидно, что показателем ухудшения изоля­ ции в данном случае является ско­ рость возрастания напряжения, ко­ торая увеличивается с ростом про­ водимости первого слоя. Амплитуда возвратного напряжения зависит от соотношения емкостей слоев. Чем больше толщина дефектного слоя /, тем больше емкость С2 и тем, сле­ довательно, большую амплитуду будет иметь возвратное напряже­ ние. Таким образом, величина на­ пряжения является показателем степени распространения дефекта, а скорость его нарастания— пока­ зателем степени ухудшения изоля­ ции.

го рода дефектов, при наличии ко­ торых эта зависимость будет иметь вид, показанный на рис. 22-1.

Хотя при измерениях tg Ô обыч­ но попутно измеряется и емкость образца, для однородного диэлек­ трика и диэлектрика с небольшими равномерно распределенными газо­ выми включениями ее величина не представляет интереса с точки зре­ ния профилактики изоляции. Иное положение имеет, место для много­ слойной изоляции. Для того чтобы это показать, допустим, что двух­ слойный диэлектрик рис. 21-2 под­ ключен к синусоидальному напря­ жению. Полная проводимоость схе­ мы при переменном напряжении, очевидно, равна:

быть представлена в виде параллель­

Из полученных формул следует, что tgô и эквивалентная емкость зависят от частоты со и постоянной врехмени т. Эти зависимости могут быть использованы для профилакти­ ческих испытаний изоляции.

а) Применение зависимости емкости от частоты (метод емкость—частота)

Из (22-3) следует, что емкость слоистого диэлектрика с потеряхми при возрастании частоты уменьшает­ ся. В частности, при о>-*0 (постоян­ ное напряжение) СЭ-*С0 = С2, т. е. к величине емкости неповрежденного

=гС ‘С *г , т. е. к величине, которую С1 + с2

имеет образец в момент включения к источнику постоянного напряжения. Разность С0 — С00= С аб0 часто назы­

вают емкостью абсорбции. При изме­ нении частоты в достаточно широких пределах емкость изменяется так, как показано на рис. 22-2.

Метод емкость — частота заклю­ чается в сравнении величин емко­ сти, измеренных при двух различ-

а) Мост Шеринга

Принципиальная схема моста показана на рис. 22-4. Ветви с не­ четными индексами 1 к 3 содержат испытуемую емкость Сх (ветвь 1) и омическое сопротивление Rz, прак­ тически безындукционное ввиду бифилярной намотки. Ветви с чет­ ными индексами 2 и 4 содержат эталонную емкость CN (ветвь 2) и соединенные в параллель декадное сопротивление R* и декадную ем­ кость Ct.

Изменяя R3 и С4). добиваются того, чтобы падения напряжения на ветвях 3 и 4 совпадали по величине и фазе, т. е. чтобы (У, = (/4, и тогда ток через гальванометр Г становит­ ся равным нулю, мост уравновеши­ вается.

Условие и а — и 4 будет выпол­ нено, если

(22-5)

где 2,, 2г, 2, и 24— полные сопро­ тивления плеч моста. Полное сопро­ тивление измеряемого объекта мо­ жет быть получено с помощью схемы последовательного или парал-

Рис. 22-4. Принципиальная схема моста Шеринга.

Приравнивая по отдельности дей­ ствительную и мнимую части равен­ ства, можно получить:

(22-7)

Так как tg8 образца при после­ довательной схеме замещения равен wCxRx1 то

tg 8 = (DCXRX = toС4Я4. (22-8)

Обычно постоянное /?4 берется равным:

Д4= — = 3184 ом,

тогда

т. е. tgô оказывается численно рав­ ным емкости С4, мкф.

Уравнения (22-7) и (22-8) выра­ жают основное свойство схемы, состоящее в том, что она уравно­ вешивается раздельно и незави­ симо по углу и модулю напряже­ ния t/4, так что изменение /?3 ме­ няет только модуль UA, а изменение С4— фазу этого напряжения. Не­ достатком схемы является то, что при достигнутой чувствительности индикаторов равновесия приходит­ ся применять при измерении высо­ кое напряжение 6—10 кв, хотя явле-

Рис. 22-5. «Переверну­ тая» схема моста Шеринга.

ния абсорбции линейны и их проте­ кание не зависит от величины при­ ложенного к объекту напряжения.

Ценным свойством схемы Шеринга рис. 22-4 является то, что на измерительных ветвях 3 и 4 напря­ жение по отношению к земле не превышает нескольких вольт и на декадных сопротивлениях /?3 и С4 потенциалы полностью безопасны. При токах через емкость Сх, превы­ шающих 0,01 а, применяют шунти­ рование сопротивления R$.

При измерениях в условиях экс­ плуатации возникает осложнение, состоящее в том, что объект испы­ тания не имеет электрода, изолиро­ ванного от земли, вследствие чего схема рис. 22-4 как основная, не может применяться.

В СССР в настоящее время на­ шла применение так называемая «перевернутая» схема (рис. 22-5), получающаяся из нормальной, если в ней точку «земля» и точку «высо­ кое напряжение» поменять места­ ми. При этом один из электродов испытуемого конденсатора оказы­ вается заземленным, что как раз и необходимо при измерениях в экс­ плуатации, где корпусы машин, фланцы изоляторов глухо заземле­ ны. Но в этой схеме оказывается под высоким потенциалом обе из­ мерительные ветви моста, включая гальванометр.

Безопасность работы в «перевер­ нутой» схеме обеспечивается тем,

что управление декадными сопро­ тивлениями /?3, С4 и шунтом произ­ водится посредством изолирующих штанг, имеющих испытательное на­ пряжение 15—20 кв при номиналь­ ном напряжении 10 кв. Концы этих ручек находятся над заземлен­ ным экраном в форме ящика, в ко­ тором и размещаются декады, шунт, гальванометр, что исключает воз­ можность прикосновения к ним. Однако, кроме мер безопасности, необходимо исключить влияние па­ разитных емкостей измерительных ветвей на землю, которые находят­ ся под полным напряжением. Токи, протекающие через них, вызывают падения напряжения в измеритель­ ных ветвях и достигнутое равнове­ сие моста будет ложным.

Для исключения этих паразит­ ных токов на землю между зазем­ ленным экраном безопасности и эле­ ментами измерительных ветвей вво­ дится экран, присоединяемый к ли-

Рис. 22-6. Экранирование „перевернутойсхемы моста Шеринга.

Э]эд[— эк р а н вы со к о го н ап р я ж е н и я ; Э 0— эк р а н б е з­

о п асн о сти .

нейному зажиму схемы, т. е. к за­ жиму высокого напряжения транс­ форматора К

Теперь паразитные токи между этим экраном и измерительными ветвями становятся весьма малы-

1 В нормальной схеме применяется ана­ логичное экранирование, но экран присо­ единяется к земле.