книги / Электрические аппараты. Общий курс

Чем больше увлажнена изоляция, тем больше g\. Возрастает пик тока абсорбции и уменьшается постоянная времени Т.

Зависимость тока iaбс от времени приведена на рис. 7-7, где в случае 1 проводимость g\ в 3 раза меньше, чем в случае 2. Таким образом, характер спада тока абсорбции позволяет судить о каче­ стве изоляции.

Следует отметить, что токи абсорбции малы (десятки микроам­ пер), ток заряда геометрической емкости велик. Поэтому необходи­ мо предусмотреть специальное устройство, которое шунтирует чув-

Рис. 7-9. Зависимость сопротивле­ ния и тока утечки изоляции от приложенного напряжения.

Рис. 7-8. Изменение результирую­ щего тока и сопротивления во времени.

ствительный измеритель на время прохождения тока заряда геомет­ рической емкости. После окончания переходного процесса протекает сквозной ток утечки icкв. Изменение во времени результирующего то­ ка i=ia6c+icKB и сопротивления изоляции R приведено на рис. 7-8. Кривые / и 2 относятся к качественной изоляции, а кривые 3 и 4 — к дефектной.

Оценку увлажнения изоляции можно производить по коэффи­ циенту абсорбции [Л. 7-4]

&абс — RtïIRtl*

где Rt2—сопротивление изоляции к моменту времени ^2=60 с; Rti — сопротивление изоляции к моменту времени ^ = 15 с. Для реальных изоляционных конструкций, чем суше изоляция,

чем меньше в ней посторонних примесей, тем выше коэффициент абсорбции. Поскольку &абс зависит также и от температуры, то из­ мерения ведут при температуре изоляции 20—40° С.

Сопротивление изоляции, не имеющей дефектов, не зависит от величины приложенного напряжения. Изоляция, имеющая дефекты, имеет сопротивление, сильно зависящее от приложенного напряжения.

На рис. 7-9 изображены зависимости сопротивления изоляции и тока утечки от приложенного напряжения. При напряжении, мень­ шем UKр, дефект изоляции не выявляется, сопротивление может да­

же расти за счет спада абсорбционного тока. При напряжении, большем UKр, наблюдается резкое возрастание тока утечки и сниже­ ние сопротивления изоляции, что в конечном счете ведет к ее пробою.

Сопротивление изоляции измеряется мегомметром с напряжени­ ем 2500 В или кенотронным аппаратом с напряжением до 20 кВ. Если измерение с помощью мегомметра дает сопротивление ниже нормы, то для выявления дефектности необходимо применение ке­

нальном напряжении в диэлектрике должно устанавливаться такое тепловое равновесие, при котором максимальная установившаяся температура не превышает допустимых значений для данного ма­ териала. Измерение tgô позволяет определить критическое значение напряжения, при котором начинается усиленная ионизация материа­ ла, предшествующая тепловому пробою.

Зависимость tgô от напряжения изображена на рис. 7-10. При напряжении U">UKp начинается резкое возрастание tgô. При этом напряжении тепловая устойчивость изоляции может быть нарушена.

Измерение tg Ô в эксплуатации позволяет определить дефекты изоляции и своевременно предупреждать тяжелые аварии. Особенно хорошие результаты этот метод контроля изоляции дает для обору­ дования с малой емкостью порядка 200—300 пФ. В этом случае уда­ ется обнаружить развивающиеся местные дефекты изоляции.

Измерение tgô производится с помощью мостов переменного то­ ка. При напряжении вплоть до номинального значения tgô мало зависит от напряжения, поэтому при испытаниях напряжение на объ­ екте берется равным 10 кВ.

Следует отметить, что на результаты измерений в сильной сте­ пени может влиять температура. При температуре в диапазоне от —10 до +10° С влага воздуха, осаждаясь на поверхности диэлект­ рика, приводит к увеличению tgÔ, что может привести к ложному заключению о дефектности изоляции. Поэтому измерение tgô реко­ мендуется проводить при температуре окружающей среды +10-*-

+40° С. В этом диапазоне температур tg Ô мало зависит от тем­ пературы окружающей среды. При более высокой температуре tgô увеличивается из-за роста потерь в диэлектрике.

Схемы мостов и порядок измерения подробно рассмотрены в [Л. 7-4]. Часто tg Ôопределяют не в абсолютном значении, а в про­ центах:

tgô% = ЮО tgô.

Необходимо отметить, что мост дает возможность определить не только tg Ô, но и емкость образца. Сравнивая емкость со значе­ нием, указанным в заводском паспорте, можно также судить о со­ стоянии изоляции. При увлажнении изоляции из-за высокой диэлек­ трической проницаемости воды емкость образца увеличивается. Если емкость конденсаторной изоляции возросла, то это говорит о том, что один из конденсаторов может быть пробит.

При измерениях tg Ô необходимо иметь в виду, что на резуль­ таты измерений могут оказать большое влияние посторонние магнит­ ные и электрические поля. Поэтому измерения желательно прово­ дить вне зоны действия этих полей. При непосредственных измере­ ниях на подстанциях с напряжением 110—220 кВ необходимо принимать меры для борьбы с этими помехами.

Для повышения надежности работыэнергосистем рекомендует­ ся в заключительной стадии проводить испытание изоляции повы­

Г л ав а восьм ая МЕХАНИЗМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

8-1. Требования, предъявляемые к механизмам аппаратов

Надежность электрических аппаратов, имеющих в ка­ честве исполнительного органа контактную систему,

вбольшой степени зависит от работы механизма.

Вработе механизма следует различать две стадии: движение при отключении цепи и движение при вклю­ чении.

тельной системы. Гашение дуги как на низком, так и на высоком напряжении зависит от скорости расхождения контактов.

Ускорение подвижных частей аппарата при отключе­ нии, как правило, происходит за счет энергии, накоплен­ ной при включении в отключающих и контактных пру­ жинах аппарата.

Наибольшее ускорение подвижных частей имеет ме­ сто в начальной стадии отключения (до момента рас­ хождения контактов и во время процесса гашения дуги). После гашения дуги подвижные контакты продолжают расходиться для того, чтобы между контактами образо­ вался промежуток, выдерживающий испытательное напряжение. В некоторых аппаратах ход контактов оп­ ределяется условиями гашения дуги при малых токах.

Для предупреждения деформации механизма от уда­ ра, исключения отброса и вибрации контактов в отклю­ ченном положении механизм снабжается буферными устройствами, поглощающими кинетическую энергию, накопленную в подвижных частях механизма.

Отказ в работе механизма может привести к дли­ тельному горению дуги и разрушению не только самого аппарата, но и всего распределительного устройства в целом. Поэтому к механизму предъявляется требование высокой надежности.

С точки зрения быстродействия аппарата при отклю­ чении, износа контактов, длительности горения дуги поч­ ти всегда желательно увеличивать скорость отключения. Однако необходимость увеличения скорости отключения влечет за собой необходимость увеличения сил, развива­ емых пружинами отключения, и ведет к росту энергии, накопленной в этих пружинах.

Возрастание сил, развиваемых пружинами, и скоро­ стей движения ведет к необходимости повышения меха­ нической прочности деталей механизма, требует приме­ нения более мощных буферных устройств. С другой стороны, рост энергии, накапливаемой в пружинах, ведет к увеличению работы, которую должно произвести включающее устройство — п р и в о д . В результате воз­ растают масса, габариты аппарата, его стоимость и ко­ личество энергии, потребляемой при включении. Поэто­ му скорость расхождения контактов аппарата не следует выбирать более такой, которая обеспечит надежное от­ ключение цепи в заданное время.

Таким образом, к механизму аппарата с точки зрения процесса отключения цепи предъявляются следующие требования:

1.Механизм аппарата должен сообщить контактам определенную скорость в момент расхождения контак­ тов и на пути гашения дуги.

2.Механизм аппарата должен иметь буферные уст­ ройства, обеспечивающие плавную остановку и отсутст­ вие отброса контактов в конце процесса отключения.

3.Отключающий механизм должен надежно рабо­ тать при самых тяжелых условиях, на которые рассчи­ тан аппарат.

4.Механизм должен быть простым как в изготовле­ нии, так и в эксплуатации, легкодоступным для ремонта

иосмотра. Междуревизионный срок должен быть зна­ чительно большим, чем у контактов и дугогасительного устройства.

нитном приводе высоковольтного выключателя оно оп­ ределяется временем срабатывания пускового контакто­

времени срабатывания пускового электромагнита, вспо­ могательных пневматических клапанов и времени, необ­ ходимого для нарастания давления под главным порш­

Включающий механизм аппарата должен сообщить та­ кую скорость контактам, чтобы обеспечить требуемое значение времени включения.

В особо тяжелых условиях работают механизмы ап­

контурах возникают электродинамические силы, которые препятствуют включению.

При включении высоковольтных выключателей на существующее короткое замыкание мощная дуга между контактами загорается раньше, чем замкнутся контакты (предварительный пробой). Это утяжеляет работу аппа­

рата (§ 19-4). Длительность возникшей дуги должна не

вибрации механизма в положении «включено» энергия, накопленная в подвижных частях механизма, в конце хода должна быть поглощена в специальных буферных устройствах. Механизм аппарата должен препятствовать возникновению вибрации контактов аппарата, усилива­ ющей их изнас.

Общие требования к механизму при включении.

1. Скорость движения должна обеспечить требуемое время включения аппарата.

2. Мощность привода должна быть достаточной для включения аппарата при самых тяжелых условиях рабо­ ты (включение на короткое замыкание, пониженное на­ пряжение питания, пониженное давление в системе пи­ тания пневматических приводов и т. д.).

8-2. Отключение механизма аппарата

Основным параметром, характеризующим механизм при отключении, является скорость. Для определения ее удобно пользоваться уравнением Лагранжа. Изменение кинетической энергии системы равно разности работ, совершенных движущими и тормозными силами:

В уравнении (8-1) масса 2 т пр берется для того положе­ ния механизма, при котором определяется скорость.

Как правило, основную роль играет масса подвижно­ го контакта и деталей, которые непосредственно с ним связаны.

Механизмы аппаратов сильно отличаются своей сложностью, но все они имеют подобные узлы. Наиболее

Отключение происходит под действием пружины 10. Плавное торможение при отключении осуществляется масляным буфером 11 через рычаг 13.

Включение выключателя производится электромагнитным при­ водом (§ 19-4), связанным с валом 9. Пружинный буфер 12, дей­ ствующий только на ходе в контактах, обеспечивает поглощение из­ быточной кинетической энергии при включении.

Рассмотрим основные соотношения при отключении для меха­ низма рис. 8-1. Движущими силами в данном механизме являются сила отключающих пружин FOTK и сила буферных пружин Fбуф (берутся силы, приведенные к контакту).

Работа движущих сил к моменту размыкания контактов равна: (8-2)

где hK— ход, соответствующий размыканию, м; ц — к. п. д. механиз­ ма, при ориентировочных расчетах коэффициент г|=0,6-н0,7; при точных — определяется сила трения в шарнирах механизма и нахо­ дится реальное значение г] [Л. 8-1].

Тормозные силы создаются в контактах /чр.конт, весом контак­ тов GКОНТ. Приведенная масса подвижных элементов механизма бмех.прив может тормозить или помогать отключению.

Работа тормозных сил на ходе в контактах

(8*3)

Сила трения подвижного контакта в розеточных контактах мо­ жет быть рассчитана по формуле

■^Тр.КОНТ — fflflFк [Л,

где т — число розеток на выключатель; п — число ламелей в розетке;

FK—сила нажатия ламели на стержень подвижного контакта; \i—коэффициент трения в масле, который можно принять рав­

ным 0,15—0,2.

Скорость (м/с) в момент размыкания контактов можно найти с помощью уравнения

(8-4)

Буферная пружина обычно регулируется так, что она действует только на ходе контактного стержня в розетке.

Задаваясь различным, все возрастающим значением Л, можно найти зависимость скорости от хода.

После того, как погаснет дуга, механизм необходимо плавно остановить. Для этого используют различные буферы (рис. 8-2).

Весьма простым по конструкции и эффективным в действии яв­ ляется масляный буфер с постоянной силой торможения. Устройство такого буфера показано на рис. 8-2, в. В момент начала торможения рычаг механизма (поз. 13, рис. 8-1) воздействует на шток 1 порш­ ня 2. Под действием поршня масло черев узкую щель 3 вытесняется из-под поршня. Энергия торможения переходит в тепловую, так как

при перетекании масла через щель затрачивается энергия на гидро­ динамическое трение в масле. При правильном расчете вся кинети­ ческая энергия может быть поглощена буфером. Обычно буфер осу­ ществляет торможение на последних 10% хода контактов. К момен­ ту начала работы буфера кинетическая энергия механизма равна:

Рис. 8-2. Буферные механизмы.

а —эластичный буфер; б —пружинный буфер; в —масляный буфер постоян­ ного давления.

Тормозная сила, развиваемая поршнем, равна:

где ^буф— ход буфера, м;

Sn— площадь поршня, м2;

р — давление под поршнем, Па.

Для того чтобы тормозная сила была постоянна, необходимо, чтобы давление р тоже не менялось.

Давление /?, Па, связано со скоростью истечения масла vMза­ коном Бернулли [Л. 1-3]:

Р = Р Y = 2 .1 0 3^ ,

где р — плотность масла, кг/м3; им — скорость истечения, м/с.

Для того чтобы давление не менялось, необходимо, чтобы ско­ рость ümоставалась постоянной.

Масло несжимаемо, поэтому объем жидкости, протекающей че­ рез щель в 1 с, равен объему жидкости, вытесненной поршнем:

Скорость поршня vn в результате торможения все время умень­ шается, а площадь поршня постоянна. Следовательно, для соблюде­ ния равенства (8-7) необходимо, чтобы по мере уменьшения скоро­ сти поршня пропорционально уменьшалось сечение щели 5Щ.

К моменту начала действия буфера, как правило, механизм дви­ жется за счет кинетической энергии, полученной в начале движения (а= 0).

Так как буфер создает постоянную тормозную силу, то движе­