|
| |
 |
Главная » Мануалы 1 ... 7 8 9 10 11 12 13 ... 33 ляр на ось абсцисс, находим точку К', которая дает значение критической температуры кр, соответствующей нарушению теплового равновесия. Отрезок DB дает в масштабе значение критической мощности Р^р. Значения Ркр и кр зависят от температуры окружающей среды. Испытание силовых конденсаторов на стабильность обычно проводится при напряжении на 20% выше номинального, т. е. при мощности на 44% выше номинальной. Если считать, что при этом должен быть запас пЬ отноше-нию'к Ркр; хотя бы на 100%, то максимальная допускаемая мощность Рдоп будет ниже критической в 1,3 раза, а номинальная - в 1,8 раза. Это дает гарантию против возможности развития теплового пробоя. Устанавливая допускаемые тепловые перегрузки конт денсаторов, надо иметь в виду, что, повышая напряжение, нельзя превышать значений напряжения начала ионизации и снижать необходимый запас электрической прочности конденсатора. § 7. РАСЧЕТ ПРОХОДНЫХ ИЗОЛЯТОРОВ Проходные изоляторы, служащие для изолирования выводов конденсатора один от другого и от корпуса, подвергаются электрическим, механическим, тепловым и атмосферным воздействиям. К ним предъявляются следующие основные требования: достаточный запас по электрической прочности при длительной работе, перенапряжениях и изменении атмосферных условий, оговоренных в технических условиях на проектирование конденсатора; достаточный запас механической прочности. Как и всякая другая изоляционная конструкция, проходные изоляторы должны иметь возможно меньшие размеры, вес и стоимость. При конструировании изолятора большое значение имеет выбор его высоты, так как этот размер существенно влияет на габаритные размеры по высоте всего конденсатора. Наиболее распространенным материалом, удовлетворяющим условиям механической и электрической прочности и атмосферостойкости, является фарфор, хотя в последнее время наряду с фарфоровыми в конденсаторостроении применяются также стеклянные изоляторы. Проходной изолятор (рис. 48) состоит из следующих основных частей: верхняя - работающая на воздухе, нижняя - работающая в масле, шейка - место закрепления изолятора в арматуре. Изолятор имеет внутреннюю полость, где проходит токоведущий стержень или пластина. Поверхность верхней части изолятора, работающей в воздухе, изготовляется либо гладкой (рис. 48, б, в), если конденсатор предназначен для работы в закрытых помещениях, либо ребристой - для работы на открытом воздухе  а Рис. 48. Проходные изоляторы для конденсаторов: а - типа ИФН-6 для наружной установки, t/g= =6 кв; б - типа ИФН-6 для внутренней установки, t/g= 6 кв; в - составной, C/g = 10 кв; г-для нм- - пульсного конденсатора, C/ = 100 кв, (рис. 48, С, г). Изоляторы с гладкой поверхностью обычно имеют в верхней части одно ребро, служащее для выравнивания электрического поля в месте выхода штыря из полости изолятора. Нижняя часть изолятора, работающая в масле, имеет либо гладкую, либо волнистую поверхность. При конструировании изолятора прежде всего определяют его форму, а затем производят электрический и механический расчет. По результатам расчета иногда приходится изменять форму изолятора. Исходными данными для расчета изоляторов являются величины номинального, испытательного и выдерживаемого напряжений (табл. 5 и 6). Испытательные напряжения при частоте 50 гц
Таблица 6 Испытательные напряжения при импульсах (полная волна)
Данные табл. 5 и 6 относятся к изоляторам, испытываемым в отдельности. Необходимо учитывать, что в конструкции конденсатора изоляторы подвергаются действию меньших испытательных напряжений, в результате чего дополнительно повышается запас электрической прочности. При переходе к более высоким напряжениям кратность испытательного и выдерживаемого напряжения по отношению к номинальному уменьшается. Сохранение больших значений запаса электрической прочности при высоких напряжениях приводило бы к большой затрате материала изолятора, что экономически не оправдано. 7 592 в любом проходном изоляторе возможны два вида нарушения электрической прочности: пробой в радиальном направлении через толщу изолятора и перекрытие в аксиальном направлении - по поверхности изолятора. Цель электрического расчета изолятора- определить его аксиальный и радиальный размеры. Так как фарфоровые изоляторы выдерживают кратковременные перекрытия дугой небольшой мощности, а пробой по толще выводит изолятор из строя, то при конструировании они выдерживают соотношение .Р>1,3, . (1-173) где Unp - пробивное напряжение; , пк - напряжение перекрытия. В Конструкции изолятора не должны также возникать коронирование и скользящие разряды при рабочем напряжении. Определение размеров изолятора в аксиальном направлении Исходными данными для определения размеров изолятора в аксиальном направлении являются данные (ГОСТ 1516-60) о выдерживаемом напряжении для заданного класса изоляции (табл. 5 и 6). Высотафарфорового изолятора с гладкой или волнистой поверхностью, работающего в воздухе при переменном напряжении частотой f - 50 гц, определяется из эмпирической формулы (;nK = 6-f 2,5Л, (1-174) где - перекрывающее напряжение (действующее значение), кв; h - длина пути перекрытия, см. Для изоляторов с ребристой поверхностью f/nK = 30-f 2,9Л. (1-175) Для гладкого изолятора при воздействии импульсного напряжения V = k-, (М76) где h - длина пути перекрытия, см; Суд - удельная поверхностная емкость, ф/см;  - скорость изменения приложенного напряжения, кв/мксек; k - коэффициент, равный 0,41 10 - для импульсов отрицательной полярности и 0,48 Ю - для импульсов положительной полярности. Длина нижней части изолятора, находящейся в масле, выбирается из условия, что при разрядном напряжении средняя напряженность не превышает 6,5 - 7 кв1см (действующие значения). Кроме того, при определении размеров нижней части изолятора следует учитывать возможность снижения уровня масла в конденсаторе, вследствие чего снижается напряжение перекрытия между корпусом и токоведущим стержнем изолятора. При одной и той же высоте изолятора h напряжение перекрытия имеет различную величину в зависимости от степени отклонения кривой распределения напряжения вдоль поверхности изолятора от прямой линии. Определение степени неравномерности распределения напряжения по поверхности изолятора является лучшим способом оценки правильности выбора формы поверхности изолятора. На рис. 49 показано распределение напряжения вдоль поверхности цилиндрического изолятора. Из этого рисунка следует, что наибольшая напряженность поля будет в областях, прилегающих к электродам. Повышение напряженности у электродов снижает напряжение появления скользящих разрядов и перекрытия. Изменением формы, церекрывающей поверхности, можно повысить напряжение перекрытия. Напряжение появления скользящих разрядов зависит от удельной поверхностной емкости Суд изолятора: Рис. 49. График распределения напряжения вдоль поверхности цилиндрического проходного изолятора. (1-177) где Суд выражено в ф1см и определяется для цилиндрического изолятора по формуле Суд - 5- 2 1п iizRh 9 10 > 4и 9 10 i? In у- (1г178)  При увеличении наружного радиуса изолятора увеличивается удельная поверхностная емкость в месте наибольшей напряженности, вследствие чего возрастает напряжение появления скользящих разрядов. Рационально образовывать ребра у верхнего электрода (см. рис. 48, б), что, помимо местного увеличения радиуса R, увеличивает и длину пути перекрытия. Ленинградским электротехническим институтом им. В. И. Ульянова (Ленина) разработаны формы проходных изоляторов, где распределение напряжения по поверхности изолятора имеет линейный характер и местные повышения напряженности поля у электродов исключены. Один из таких изоляторов изображен на рис. 50. У этого изолятора толщина h убывает с увеличением радиуса г, т. е. произведение hr приблизительно постоянно. Поверхности сечения таких изоляторов эквипотенциальными поверхнЛтями. имеют близкие по величине площади, что и приводит к равномерному распределению напряжения как в аксиальном, так и в радиальном направлении. Определение размеров изолятора в радиальном направлении При выборе радиальных размеров изолятора следует учитывать, что минимальный радиус внутренней полости должен быть больше радиуса токоведущего стержня Рис. 50. Проходной изолятор с равномерным распределением Напряжения вдоль его поверхности. где Гмнн - минимальный радиус стержня, мм; I - ток, протекающий через стержень, с; У - допустимая плотность тока, а/мм. (1-179) Величину радиуса стержня мин можно изменять только в сторону увеличения, если этот размер не обеспечивает достаточной механической прочности токоведущего стержня или его размеры не удачны для монтажа выводов конденсаторов. Стержень может быть заменен трубкой, имеющей сечение (1-180) Система внутренний стержень - металлический фланец изолятора представляет собой цилиндрический конденсатор, где напряженность имеет максимальное значение на поверхности внутреннего электрода и убывает по мере приближения к наружному электроду (1-181) Гх1п
Рис. 51. Кривые зависимости пробивного напряжения фарфора от толщины образца: / - фарфор низкого качества ; 2 - фарфор среднего качества; 3 - фарфор высокого качества. Максимальное значение напряженности будет при Гх -г, т. е. на поверхности электрода меньшего радиуса. При постоянной величине R, как это следует из теории цилиндрического конденсатора, наименьшее из возможных максимальных значений напряженностей будет при - = 2,7. Это соотношение является оптимальным для выбора размеров R vi г, однако при их выборе необходимо учитывать и разность R - г = А, определяющую толщину стенки изолятора. Кривые зависимости пробивного напряжения от толщины фарфора показаны на рис. 51. Из рисунка следует, что у фарфора различных сортов электрическая прочность меняется в значительных пределах. Для фарфора среднего качества (кривая 2 на рис. 51) электрическая прочность для значений толщины до 4 см выражается уравнением Р 80 £пр-. (1-182) Если принять, что разрушение изолятора начинается, когда напряженность на поверхности цилиндра меньшего радиуса достигает пробивных значений для фарфора, то из уравнений (1-181) и (1-182) после замены R == г + А получаем (1-183) Численные значения Unp для интервала толщин 0,5-4 см и г = 0,25 -~3 см представлены на рис. 52. Величина пробивного напряжения согласно рис. 52 .при одном и том же значении А резко снижается при уменьшении величины г, а при малых значениях г после прохождения максимума начинает снижаться при возрастании А. Пробивное напряжение изолятора, как указывалось выше, должно быть на 30% больше напряжения перекрытия. Напряжения перекрытия для различных номинальных напряжений изоляторов были даны в табл. 5 и 6. Следовательно, по заданному номинальному напряжению определяется и f/np=l,3f/nK, значение которого подставляется в уравнения, определяющие радиальные размеры изолятора. Уравнения (1-181) и (1-183) относятся к случаю, когда радиус токоведущего стержня равен радиусу внутренней полости изолятора. Обычно между фарфором и токоведущим стержнем остается воздушный зазор. В этом случае образуется система двухслойного цилиндрического конденсатора и напряженность на поверхности электрода меньшего радиуса определяется уравнением  Рис. 52. Кривые зависимости пробивного напряжения изолятора от толщины его стенки при разных значениях радиуса внутренней полости. и (1-184) где Ев, Ёф- г диэлектрические проницаемости воздуха и фарфора; радиус внутренней полости фарфороюго изолятора; радиус стержня; наружный радиус фарфорового изолятора. Так как €в< €ф, то напряженность на поверхности стержня возрастает по сравнению с напряженностью на поверхности стержня изолятора без воздушного зазора. Пробивная напряженность юздуха меньше пробивной напряженности фарфора и определяется формулой Ещ, = 318 1 -f кв макс/см, (1-185) где б - относительная плотность воздуха. В этих условиях возможен пробой воздушной полости. Все напряжение после ее пробоя оказывается приложенным к фарфору, напряженность на внутренней поверхности фарфора повышается и может при определенных размерах ri и А достигнуть пробивных значений. Для конструкции изолятора, применяемого в конденсаторе, недопустимы не только пробой воздушной полости, . но и возникновение короны на поверхности стержня, т. е. напряженность Е^ не должна превышать 10 ке/см. Для исключения возможности возникновения пробоя воздушного зазора и коронирования на поверхности стержня целесообразно заполнить внутреннюю полость маслом. Пробивная напряженность при этом возрастает: Епр = 10 1 -f кв макс/см. (1-186) Пробивная напряженность и напряжение возникновения короны повышаются также при покрытии поверхности стержня несколькими слоями маслостойкого лака или несколькими слоями кабельной бумаги. Расчет может также показать целесообразность металлизации внутренней поверхности изолятора. При контакте стержня с металлизированной поверхностью напряжение на воздушной прослойке становится равным нулю и возможность коронирования и пробоя воздушного зазора при этом полностью исключается. Расчет изоляторов при постоянном напряжении Значительная часть конденсаторов работает при постоянном напряжении, а данные об электрической прочности изоляторов в каталогах и справочниках приводятся только для переменного напряжения 50 гц. в перюм приближении разрядные расстояния на поверхности изоляторов можно определить по зависимости разрядного напряжения от расстояния в воздухе для системы электродов игла - игла или игла - плоскость. Эти зависимости приведены в курсах техники высоких напряжений. У проходных изоляторов система электродов создает электрическое поле у поверхности изолятора, близкое к полю системы игла - игла. Амплитудные, значения разрядных напряжений для этой системы при переменном токе достаточно близки к разрядным напряжениям при постоянном токе. Это позволяет при выборе изоляторов для работы при постоянном напряжении пользоваться данными об ам-и плитудных значениях разрядных напряжений различных. типов изоляторов при переменном напряжении. Если система электродов изолятора ближе к системе игла - заземленная плоскость, то необходимо учитывать полярность электрода, приближающегося по форме к игле. В проходном изоляторе такими электродами являются . крепежные части токоведущего стержня. При подаче на иглу отрицательного потенциала электрическая прочность воздушного промежутка примерно в 3 раза выше электрической прочности того же промежутка, когда на иглу подан положительный потенциал. Так как в конденсаторах полярность выводов, как правило, не обозначается, то расчет следует вести для наихудшего случая и использовать кривую разрядных напряжений для системы положительная игла - заземленная плоскость. Одновременно нужно учитывать, что распределение напряжения по пoвepxнocт^ изоляции при постоянном напряжении определяется поверхностной проводимостью и поверхностные емкости на распределение напряжения не влияют. Вследствие этого постоянное напряжение более равномерно распределяется по поверхности изолятора по сравнению с переменным, что приводит к небольшому, порядка 10-20%, повышению разрядного напряжения. Таким образом, по кривым разрядного постоянного напряжения для промежутков игла - плоскость могут быть получены только ориентировочные данные для определения аксиального размера изолятора, работающего при постоянном токе. Эти данные должны проверяться экспериментально для вполне определенной формы разрядной поверхности изолятора и его электродов, 1 ... 7 8 9 10 11 12 13 ... 33 |