Предварительные сведения. Изоляция установок высокого напряжения состоит, как правило

 

 

Изоляция установок высокого напряжения состоит, как правило, из нескольких диэлектриков с различными диэлектрическими проницаемостями и удельными проводимостями . В таких случаях изоляция уже в силу конструктивных особенностей является неоднородной. При воздействии электрического поля в неоднородной изоляции происходит относительно медленная миграционная поляризация, которая в отличие от других видов поляризации обусловлена перемещением не связанных, а свободных зарядов. Вследствие миграционной поляризации на границах слоев разных диэлектриков образуются заряды абсорбции. С процессами накопления и растекания зарядов абсорбции связаны некоторые характерные явления, которые используются для контроля состояния изоляции.

ε2. γ 2

ε1. γ 1

В простейшем случае неоднородная изоляция состоит из двух слоев, каждый из которых характеризуется своей удельной проводимостью и диэлектрической проницаемостью (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Модель двухслойной изоляции

 

Один из слоев, например увлажненный, имеет более высокие удельную проводимость и диэлектрическую проницаемость. В этом случае на границе слоев при приложении постоянного напряжения накапливается заряд , называемый зарядом абсорбции.

 

а) б)

Рис. 4.2. Схемы замещения модели двухслойной изоляции (а, б)

 

Для анализа процессов в двухслойной модели изоляции можно использовать схемы замещения, показанные на рис. 4.2. В схеме на рис. 4.2,а сопротивление утечки первого и второго слоев равны:

 

 

и ,

 

а емкости слоев:

 

и ,

 

 

где и – толщина слоев; S – площадь электродов и границы между слоями.

 

Заряд абсорбции равен разности зарядов на электродах емкостей и в установившемся режиме:

 

 

,

 

 

где – напряжение соответственно на изоляции, на ее первом и втором слоях.

Схема на рис. 4.2,б – сопротивление утечки всей изоляции в установившемся режиме, а – геометрическая емкость изоляции. Ветвь отражает накопление заряда абсорбции, параметры ее определяются из условия равенства полных сопротивлений обеих схем замещения:

 

 

,

 

.

 

 

Если изоляция однородна, т.е. или , то и . Это означает, что заряд абсорбции в этом случае не накапливается.

Из схемы замещения (рис. 4.2,б) следует, что при подключении неоднородной изоляции к источнику постоянного напряжения ток, проходящий через изоляцию (без учета кратковременного тока заряда геометрической емкости), изменяется во времени в соответствии с выражением:

 

 

,

 

 

где

 

 

.

 

 

Экспоненциально затухающая свободная составляющая тока называется током абсорбции. Другая составляющая, равная U/R, представляет собой установившийся или сквозной ток утечки.

Сопротивление изоляции в переходном режиме изменяется по закону:

 

 

.

 

 

Значение сопротивления изоляции и скорость его изменения тем меньше, чем больше толщина увлажненного слоя.

Это обстоятельство используется для контроля увлажнения изоляции. При испытаниях вся зависимость R(t) не определяется. Оценка состояния изоляции производится по значениям сопротивления, измеренным через 15 и 60 с после включения напряжения. При этом принимается во внимание абсолютное значение сопротивления и коэффициент абсорбции:

 

 

.

 

 

Опытным путем установлено, что при допустимом увлажнении изоляции . При <1,3 изоляция (считается) увлажнена и этот показатель учитывается при комплексной оценке оборудования с целью его дальнейшей эксплуатации.

Низкие значения абсолютных величин сопротивления изоляции могут указывать не только на увлажнение изоляции, но и на ее загрязнение, а также свидетельствовать о появлении грубых сосредоточенных дефектов, например растрескивания или прожогов изоляции.

 

Контроль изоляции повышенным напряжением

Испытание изоляции повышенным напряжением позволяют выявлять многие дефекты, особенно сосредоточенные, не обнаруживаемые другими методами. При этом дефектная изоляция пробивается. Вместе с тем приложение чрезмерно высокого напряжения или излишне большая выдержка могут вызвать появление дефектов даже в исправной изоляции. Поэтому профилактические и послеремонтные испытания изоляции повышенным напряжением производятся после контроля ее состояния неразрушающими методами, и значение испытательного напряжения берется на 10–15 % ниже значения заводского испытательного напряжения.

Изоляция считается выдержавшей испытание, если не наблюдалось пробоя или частичных повреждений изоляции, обнаруживаемых по выделению газа, дыма, по звуку и другим признакам.

Сопротивление изоляции , измеренное после проведения испытаний должно быть не ниже сопротивления перед испытанием. Несоблюдение этого условия свидетельствует о развитии дефекта изоляции в процессе испытания.

Испытания повышенным переменным напряжением обеспечивает увеличенную напряженность электрического поля по всей толще изоляции, поскольку при этом, как и в условиях эксплуатации, распределение напряжения по отдельным слоям изоляции определяется их емкостью. Испытания проводятся в течение времени, за которое в дефектной изоляции успевают развиваться частичные разряды или даже полный пробой. Практикой установлено, что для этого достаточно 1 мин, и это время указано в нормах на профилактические испытания. За исключением испытаний изоляции из полимеров и диэлектрической резины, где выдержка испытательного напряжения принята 5 минут.

Существенным недостатком испытаний переменным напряжением является необходимость применения мощной испытательной аппаратуры, если емкость объекта велика.

Испытания повышенным постоянным (выпрямленным) напряжением применяются в основном для испытания объектов с большой емкостью (кабелей, конденсаторов). Проходящий при этом через изоляцию ток мал и практически равен току утечки. Поэтому потери мощности в изоляции малы и развитие теплового пробоя затруднено. Кроме того, при постоянном напряжении мала интенсивность частичных разрядов. По этим причинам для испытания изоляции требуется более высокое постоянное напряжение, чем переменное.

Значение испытательного выпрямленного напряжения для электрических машин составляет 2,2–2,7 . Изоляция кабелей напряжением до 10 кВ испытывается постоянным напряжением, равным 5–6 , а кабелей 10–35 кВ – напряжением, равным 4–5 . Длительность испытаний составляет 5–10 мин. Во время испытаний можно одновременно измерять ток утечки через изоляцию, что дает дополнительную информацию о состоянии изоляции. Если изоляция не пробилась, а значение тока утечки осталось постоянным или же снизилось к концу испытаний, то это означает, что состояние изоляции удовлетворительное. Если ток утечки вырос, то в изоляции возможны дефекты и испытание продолжается до пробоя изоляции или стабилизации тока, на что принимается соответствующее решение.