Импульсный пробой комбинированной изоляции в резко неоднородном поле Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

ИЗВЕСТИЯ

ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА

Том 159 1967 г.

ИМПУЛЬСНЫЙ ПРОБОЙ КОМБИНИРОВАННОЙ изоляции В РЕЗКО НЕОДНОРОДНОМ ПОЛЕ

А. Т. ЧЕПИКОВ, Б. В. СЕМКИН

(Представлена научным семинаром кафедры техники высоких напряжений)

В различных высоковольтных электротехнических устройствах широко используется комбинированная изоляция, состоящая из твердых и жидких диэлектриков. В нормальном режиме или в переходных процессах такая изоляция может подвергаться воздействию импульсов напряжения различной длительности.

В литературе имеются обширные сведения по импульсной прочности как твердой, так и жидкой изоляции. Данные по импульсному пробою комбинированной изоляции [1, 2] ограничены и относятся к толщинам, не превышающим 1 мм. Представляло интерес исследование импульсного пробоя комбинации «твердый диэлектрик — трансформаторное масло»-при различных соотношениях их толщин и различных временах воздействия импульсного напряжения.

Исследования проводились с использованием генератора импульсных напряжений на 480 кв с разрядной емкостью 0,016 мкф. Измерение напряжения осуществлялось с помощью емкостного делителя напряжений и импульсного осциллографа ОК-19М, переоборудованного для измерения времен от 0,1 до 12 мксек.

Пробои осуществлялись на фронте однократного импульса в резко: неоднородном поле. Электродами служили стальной стержень диаметром 8 мм с углом заточки 30° и латунная плоскость диаметром 140 мм: Образцы из фторопласта-4 выпиливались из листов одной партии и имели толщины 20; 7,5; 5; 3,3 мм при площади образца 50-50 мм2.

При изменении толщины образцов фторопласта суммарная длина промежутка между электродами оставалась постоянной и равнялась Т

10 мм. При — = 1 (рис. 1), то есть при отсутствии прослойки масла,

толщина образцов составляла 20 мм, в образцах высверливалась коническая лунка глубиной 10 мм, лунка покрывалась аквадагом. Межэлектродное расстояние и в этом случае составляло 10 мм. Взаимное положение образца и прослойки масла показано на рис. 1 и 2. Электрическая прочность трансформаторного масла составляла 30 кв в стандартном пробойнике.

Каждая точка кривых получена на основании пробоя 20 образцов. Разброс отдельных значений от средней величины пробивного напряжения составлял +2%. При построении кривых принята вероятность пробоя Т = 50%.

На рис. 1 показана зависимость пробивного напряжения комбинированной изоляции «фторопласт-4— трансформаторное масло» от отношения толщины твердого диэлектрика к межэлектродному расстоянию при положительной поляркости стержня. Зависимости получены для времен воздействия напряжения 0,1; 1; 10 мксек. На рис. 2 показана аналогичная зависимость, полученная при отрицательной полярности стержня. Из рис. 1 и 2 видно, что при экспозиции 10~5 сек пробивное напряжение трансформаторного масла меньше, чем фторопласта-4 на 27% при обеих полярностях стержня. С уменьшением экспозиции эта разница

0.25 05 0 7У

Рис. 1. Зависимость пррбивного напряжения комбинированной изоляции «фторопласт-4 — трансформаторное масло» от отношения толщины твердого диэлектрика к межэлектродному расстоянию при положительной полярности стержня. Время воздействия напряжения: Ф—1С-7 сек, А— Ю- 6 сек, ■ — Ю-5 сек.

0 0,2$ 0,5 0,7$ Т/$

Рис. 2. То же, что рис. 1, но

при отрицательной полярности стержня.

уменьшается и уже при I— 10~~6 сек электрическая прочность трансформаторного масла выше прочности фторопласта-4 на 47% и 38% для положительной и отрицательной полярности стержня соответственно.

Пробивное напряжение комбинированной изоляции во всем диапазоне исследуемых экспозиций занимает промежуточное положение между пробивными напряжениями твердой и жидкой изоляции.

При малых временах воздействия напряжения (10 ~ 7 сек) на пробивное напряжение комбинированной изоляции жидкий диэлектрик

Т

рказывает большее влияние, чем твердый: Так, при ——0,5 пробив-

ное напряжение комбинированной изоляции меньше, чем 11пр жидкой изоляции, иа-8,5% и 10% для положительной и отрицательной полярностей стержня соответственно. При этом пробивное напряжение фторопласта меньше IIпР комбинированной изоляции на 21,4 и 25,3%.

I

2. Заказ 6954

Выводы

1. Увеличение электрической прочности комбинированной изоляции при малых временах воздействия напряжения по сравнению с электрической прочностью твердых диэлектриков может быть использовано в электротехнических устройствах, изоляция которых работает под воздействием импульсов напряжения длительностью 1 • 10 ~6 сек и менее,

2. При действии импульсов большей длительности (10~5 сек) импульсная прочность комбинированной изоляции меньше, чем у твердых диэлектриков.

ЛИТЕРАТУРА

1. К. Kojima and S. Tanaka. «Research on the Impulse Breakdown Mechanism of the Dielectric as Used in Oil — Filled Cables, j». IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems», N 5, May, 1964.

2. W. G. Standring, M. A. and R. C. Hughes, B. Sc. «Breakdown under Impulse Voltages of Solid and Liquid Dielectrics in Combination». J. «The Proceedings of the Institution of Electrical Engineers, part A, December, 1956.