книги / Электрические аппараты. Общий курс

пороченными зажимами и сердечником, на котором они сидят.

Испытание междувитковой изоляции катушки произ­ водится следующим образом: катушка с разомкнутыми зажимами помещается на сердечник, в котором поток изменяется с частотой 50 Гц или повышенной частотой. Междувитковая изоляция подвергается воздействию ин­ дуцированной э. д. с. Наличие короткозамкнутых витков в обмотке легко определяется специальным прибором, описанным в [Л .7-3].

Для контроля качества выпускаемых образцов аппа­ ратов они подвергаются контрольным испытаниям, кото­ рые устанавливают годность аппарата.

Если изменяется конструкция аппарата или техноло­ гия, то такой аппарат подлежит типовым, более объем­ ным испытаниям.

К о н т р о л ь н ы е и с п ы т а н и я проводятся на каж ­ дом выпускаемом образце.

Для простых аппаратов — предохранителей, бытовых выключателей — разрешается проводить испытание изо­ ляции у небольшой партии выпущенных аппаратов (2,5%). Если наблюдается пробой изоляции хотя бы у одного аппарата, то отбирается для проверки двойное количество образцов. Вся партия аппаратов бракуется, если хотя бы у одного из выбранных вторично аппара­ тов изоляция не выдерживает испытания.

Ü состоянии изоляции низковольтных аппаратов хо­ рошее представление дает измерение токов утечки или сопротивления изоляции. Измерение производится с по­ мощью специальных мегомметров. В аппаратах с номи­ нальным напряжением 24 и 48 В измерения производят­ ся при напряжении 250 В.

Во всех других аппаратах (f/H> 48 В) измерение со­ противления производится при напряжении 500 В. Обыч­ но при номинальном напряжении до 500 В и нормальной относительной влажности в холодном состоянии сопро­

ляции должно быть не менее 3—6 МОм. После пребыва­ ния во влажной среде в соответствии с условиями рабо­ ты (1—5 суток при температуре 20° С и относительной влажности 95%) сопротивление в холодном состоянии

тельно испытательного напряжения. Так, пробивное на­ пряжение фарфоровых изоляторов должно быть больше испытательного в 1,6 раза. Особенно важно обеспечить необходимый коэффициент запаса маслонаполненных аппаратов, так как пробой масляной изоляции ведет к взрыву аппарата.

Аппараты, предназначенные для наружной установ­ ки, должны испытываться в наихудших условиях, когда их поверхность подвергается воздействию дождя. В ка­ честве эталона принимается дождь, идущий с интенсив­ ностью 3 мм/мин. Удельное сопротивление воды должно быть в пределах 9,50— 105,000 Ом-м.

Обычно при этих условиях испытательное напряже­ ние снижается на 20—30%.

Следует отметить, что электрическая прочность внегнней изоляции в большой степени зависит от температу­ ры воздуха, давления и влажности. Указанные в ГОСТ 1516-73 значения отнесены к нормальным условиям (температура 7 = 2 9 3 К, давление 105 Па и содержание влаги в воздухе И г/м3). Если при испытаниях условия отличаются от нормальных, то надо вводить поправки [Л. 1-6]. Изменение температуры и давления ведет к из­

менению плотности воздуха. С уменьшением плотности воздуха разрядное напряжение падает. Поправка на от­ носительную плотность Ôравна:

специальных кривых [Л .7-1].

Наибольшее влияние влажность оказывает при резко неравномерном поле.

С ростом влажности увеличивается масса заряжен­ ных частиц, что приводит к уменьшению их скорости. В результате электрическая прочность с ростом влажно­ сти увеличивается.

Как указывалось в § 7-2, атмосферные перенапряже­ ния имеют импульсный характер. Поэтому испытатель­ ные напряжения для проверки прочности внешней изо­

скольку атмосферные перенапряжения дают такую полярность.

Форма испытательного импульсного напряжения должна соответствовать форме импульсов, воздействую­ щих на изоляцию в эксплуатации. Для испытания изо­

(рис. 7-3, б ) .

Срезанный импульс возникает при срабатывании раз­ рядника, который пропускает через себя «хвост» импуль­ са. Срезанный импульс можно рассматривать как пол­ ный импульс, на который накладывается положительный импульс с очень крутым фронтом.

В § 7-2 указывалось, что атмосферные перенапряже­ ния снижаются с помощью разрядников. Оборудование

подвергается фактически воздействию остающегося на­ пряжения на разряднике. Гарантированную прочность внешней изоляции при номинальных условиях берут не­ много больше остающегося напряжения при импульсном токе 5 кА:

U = 1,1 U0CT + 15 кВ.

Если учитывать возможность накопления скрытых дефектов внутренней изоляции, испытательные импульс-

Рис. 7-3. Формы стандартного испытательного импульсного напря­ жения.

ные напряжения для нее должны быть взяты на 10% выше указанной гарантированной прочности изоляции.

Следует отметить, что согласно ГОСТ аппараты могут работать на высоте до 1000 м над уровнем моря при температуре окружающей среды до +40° С. Это вызы­ вает уменьшение прочности воздуха. Поэтому гаранти­ рованная прочность внешней изоляции при импульсах определяется равенством

U _ 1 »1^ост 4~ 15 Kg

*0,84

Испытательное напряжение внешней изоляции при срезанной волне на 25% больше, чем при полной волне.

Испытания внешней изоляции проводятся в следую­ щем порядке. Вначале 3 раза прикладывается полный отрицательный импульс, а затем 3 раза — срезанный импульс. При этом не должно наблюдаться пробоя или

повреждения изоляции. Внутренняя изоляция аппаратов высокого напряжения проверяется импульсами как по­ ложительного, так и отрицательного знака.

7-4. Минимальные изоляционные расстояния и пути утечки

Электрическая прочность воздуха в равномерном по­ ле равна 3,0 МВ/м. Поскольку испытательное напряже­ ние для аппаратов до 1000 В составляет всего 2 кВ, то необходимый воздушный промежуток — зазор, выдержи­ вающий испытательное напряжение, составляет всего 1—2 мм. В процессе эксплуатации в таком зазоре могут скапливаться влага, пыль и грязь, что ведет к резкому сокращению разрядного напряжения. Поэтому в таких аппаратах зазоры между частями, находящимися под различными потенциалами, выбираются с учетом загряз­ нения.

Помимо электрических зазоров в воздухе, решающую роль играет прочность по поверхности изоляции. Рас­ стояние между деталями составляет несколько милли­ метров. Пыль, влага и грязь, осаждаясь на поверхности

при учете загрязнения пылью и грязью затруднен. Вы­ бор. этих расстояний производится на основании опыт­ ных данных.

Для аппаратов общепромышленного применения электрические зазоры и расстояния утечки рекомендует­ ся выбирать согласно табл. 7-4а и 7-46 [Л.3-7].

Д ля тяговых электрических аппаратов, работающих в более тяжелых условиях, минимальные зазоры и рас­ стояния утечки выбираются согласно [Л.4-4].

Что касается расчета и выбора толщины изоляцион­ ного материала на пробой, то в аппаратах низкого на­ пряжения эта величина определяется из конструктив­ ных соображений, так как электрическая прочность материалов, обычно применяемых в аппаратостроении, значительно выше прочности воздуха. Для апаратов на напряжение свыше 1000 В воздушные зазоры и толщина

Рекомендуемые расстояния между токоведущими частями разных потенциалов и до заземленных частей для установок на напряжение до 1000 В

изоляции выбираются в соответствии с испытательным напряжением.

Если электрическое поле в воздухе или изоляционном материале легко рассчитать, то определяется максималь­ ный градиент напряжения при приложении испытатель­ ного напряжения; расчетное значение градиента сравни­ вается с допустимым для данного материала.

Однако в большинстве случаев электрическое поле в аппаратах резко неравномерно. В этих случаях выбор

Рекомендуемые минимальные электрические расстояния в воздухе для аппаратов на напряжение свыше 1000 В

изоляционных расстояний рекомендуется проводить по разрядным кривым [Л .7-2].

Для воздушной изоляции опытным путем получены пробивные напряжения для различных электродов. Наи­ меньшую прочность воздух имеет при резко неравномер­ ном поле — стержень — плоскость (рис. 7-4). Поскольку для внешней изоляции, как правило, используется воз­

тренней изоляции рекомендуется широко применять конденсаторную бумагомасляную изоляцию, которая позволяет более равномерно нагрузить изоляционный материал и получить конструкцию наименьших габари­ тов и массы [Л. 1-6].

Электрическая прочность изоляции между электро­ дами, расположенными на чистой и сухой поверхности диэлектрика в воздухе, приближается к прочности воз­ душного промежутка при резко неравномерном поле (острие — острие). Наличие влаги и загрязнений ведет к резкому снижению электрической прочности и появле­ нию тока утечки между электродами. Загрязнение изо­ ляции зависит от условий эксплуатации.

В аппаратах на напряжение свыше 1000 В при рабо­

поверхности диэлектрика, приходящееся на каждый ки­ ловольт номинального рабочего напряжения.

При погружении поверхности диэлектрика в транс­ форматорное масло электрическая прочность изоляции по поверхности возрастает примерно в 2 раза.

Следует остановиться на с к о л ь з я щ е м р а з р я ­ де, развивающемся по поверхности диэлектрика.

Рис. 7-4. Электрическая прочность воздушных промежутков, образо­ ванных электродами различной формы.

Такой разряд имеет место в проходных изоляторах (рис. 7-5,а).

Внешний цилиндрический электрод 2 заземлен. Вну­ тренний стержень 1 изолирован. На острых краях зазем-

Рис. 7-5. Скользящий разряд.

ленного электрода создаются градиенты напряжения, достаточные для возникновения короны. Большая ем­ кость между внешним и внутренним электродами увели­ чивает ток коронного разряда. Электрическое поле

имеет большую нормальную составляющую градиента напряжения

Благодаря большому току разряда он имеет высо­ кую температуру. Значительная проводимость разряда как бы приближает внешний электрод к стержню. При этом возрастает напряженность поля £ т вдоль поверх­ ности, что приводит к появлению перекрытия.

Разряд как бы скользит по поверхности диэлектрика (рис. 7-5,б).

Решающую роль в возникновении этого разряда иг­ рает емкость между внешней поверхностью изоляции и внутренним электродом. Напряжение (кВ) скользящего разряда можно определить с помощью формулы

Для фарфоровых проходных изоляторов с изоляцион­ ным расстоянием по фарфору менее 0,3 м средняя на­ пряженность перекрытия в сухом состоянии поверхности (4,0—4,5). 102 кВ/м.

При постоянном во времени напряжении емкостная проводимость становится равной нулю и скользящий разряд исчезает. Для борьбы со скользящим разрядом принимают следующие меры: а) уменьшают удельную емкость С; б) принимают меры, способствующие ограни­ чению коронирующего разряда у заземленного электро­ да; в) уменьшают напряжение между электродами; г) создают ребристую поверхность, затрудняющую дви­ жение ионов вдоль поверхности диэлектрика.

Наличие скользящего разряда вдоль поверхности ор­ ганических материалов ведет к образованию обугленных каналов и порче изоляции.

Скользящий разряд вдоль поверхности материала, расположенного в масле, разлагает масло с выделением водорода и сажи. Последняя, откладываясь на поверх­ ности, ведет к снижению разрядного напряжения.

Д аж е на поверхности фарфора в воздухе скользящий разряд образует глубокие каналы. Иногда происходит растрескивание фарфора из-за термического воздейст­

вия разряда. В связи с этим в номинальном режиме скользящие разряды должны быть полностью исклю­ чены.

7-5. Контроль состояния изоляции высоковольтных аппаратов

В высоковольтных аппаратах основным способом контроля изо­ ляции в эксплуатации является измерение сопротивлений утечки и тангенса угла диэлектрических потерь. Иногда применяется испыта­ ние приложением напряжения.

Для грубого контроля используется изменение со п р о ти в л е ­ ния утечки с помощью мегомметров или высоковольтных выпря­ мительных кенотронных установок. Учитывая, что сопротивление изо­ ляции у высоковольтных аппаратов значительно выше, чем у низко­ вольтных, метомметр должен иметь напряжение 2500 В.

Ток, текущий через изоляцию после приложения напряжения,

проводимость, обусловленная, например, увлажнением. При подаче постоянного напряжения вначале протекает большой ток заряда

го начинается разряд емкости С\ и заряд емкости С2 до полного напряжения U. В этот момент по внешней цепи протекает ток, на­ зываемый током абсорбции. Этот ток определяется уравнением [Л. 4-6]

—t