Приближенная оценка параметров импульсных перенапряжений, наиболее опасных для высоковольтной изоляции Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

ИЗВЕСТИЯ

ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА

Том 180

1971

ПРИБЛИЖЕННАЯ ОЦЕНКА ПАРАМЕТРОВ ИМПУЛЬСНЫХ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ, НАИБОЛЕЕ ОПАСНЫХ ДЛЯ ВЫСОКОВОЛЬТНОЙ ИЗОЛЯЦИИ1)

(Представлена научным семинаром научно-исследовательского института высоких напряжений)

Отметим сразу, что речь идет, в сущности, о перенапряжениях негрозового происхождения. Действительно, для грозовых перенапряжений характерны крутизны, большие критических — от сотен до тысяч кв/мксек.

Критические крутизны относятся к области внутренних, или, точнее, коммутационных перенапряжений, располагающейся между грозовыми перенапряжениями и перенапряжениями рабочей частоты.

Современные средства ограничения перенапряжений позволяют с большой вероятностью, определяемой требованиями надежности работы изоляции, не допускать внутренних перенапряжений выше некоторого уровня, по которому координируется высоковольтная изоляция. В табл. 1 приведены допустимые кратности внутренних перенапряжений

для систем высших классов [2], где К= —, Un —наибольшая ам-

плитуда внутренних перенапряжений, Uф — наибольшее фазное рабочее напряжение. Эти кратности установлены без учета аномального уменьшения импульсной прочности изолирующих сред в области критической крутизны [3—5]. Необходимо принимать в расчет указанное снижение импульсной прочности, так как при координации изоляции перенапряжения с кратностью ниже допустимой, но с крутизной в области критической могут вызвать понижение надежности работы изоляции.

Произведем ориентировочную оценку допустимых кратностей перенапряжений с учетом снижения импульсной прочности изолирующих сред в области критической крутизны.

I. Уровни воздушной изоляции при внутренних перенапряжениях с расчетной кратностью К устанавливаются по уровню прочности изоляции при напряжении 50 гц. Связь между расчетной кратностью внутренних (в том числе коммутационных) перенапряжений и параметрами распределения пробивных напряжений изоляции при 50 гц (U50; Oso) можно выразить соотношением

И. И. КАЛЯЦКИИ, В. Ф. ПАНИН

(О

КЭ

1) См. [1].

где Кз — коэффициент запаса.

Для перенапряжений с крутизнами, близкими к критической,

можно записать

к^и

50

За,

100

К:

(2)

где Кв• иъ0; ак — параметры распределения пробивных напряжений в области критической крутизны,

Кв — коэффициент импульса в области критической крутизны,

Таблица

Расчетные кратности внутренних перенапряжений для систем высокого напряжения

Номинальное напряжение системы, кв К

110 3

220 3

330 2.7

500 2,5

750 2,1

Таблица 2

Приближенные значения коэффициента К в для воздушной изоляции высших классов напряжения

Класс напряжения, кв кв

110 0,7

220 0,79

330 0,75

500 0,8

750 0,775

К' — допустимая кратность перенапряжений с крутизной, близкой к акр Из (1) и (2) получаем

К' = Кв

100 ~ Зак

•К .

(3)

100 — 3^50

Значения К в (табл. 2) для разных классов напряжения были приближенно определены по данным Г6] и [7, 8] (для промежутков стержень— плоскость), сведенных в [9].

Среднее значение коэффициента импульса Кь Для воздушных промежутков составляет около 0,76; с , по данным систематических измерений [10], в области критической крутизны составляет около 8%, а50 = 2 н- 3%.' по [6]. Положим, 050 = 3%. Тогда

К' ~0,635/С (4)

Таким образом, для воздушной (внешней) изоляции могут быть опасными перенапряжения с крутизной, близкой к критической, и с кратностью Коп в интервале 0,635/С-н/С, т. е. опасные кратности

Коп = (0,817 ±0,182)/с. (5)

Согласно (5) амплитуды опасных перенапряжений определены как Uon = (0,817 ± 0,182) . К • иф1 кв. (6)

Для систем 220 не, например,

U,

220.1/ 9

(0,817 + 0,182) -3- У- ЛЛЪ{кв)

У з

505 ± 112 (кв).

II. Оценка допустимых кратностей К перенапряжений с крити-

ческой крутизной для твердой изоляции производилась на основе сле-

дующих положений.

а) оценка снижения прочности в области а1ф производилась по отношению к уровню прочности при крутизнах импульсного напряжения, соответствующих границе максимальных длительностей коммутационных перенапряжений (10_1-М0~ 2 кв!мксек) \

б) так как в измерениях использовались образцы из модельных материалов, обусловливающих ввиду неоднородностей повышенный разброс разрядных напряжений, был произведен переход от величины стандартного отклонения, полученной в опыте с модельными диэлектриками, к величине стандартного отклонения характерной для твердой изоляции, используемой в реальных высоковольтных конструкциях.

Известно, что стандартное отклонение разрядных напряжений обычно используемой твердой изоляции (например, компаунды на основе эпоксидных смол) лежит в пределах 4 -г- 10»%. В предположении, что повышенная степень неоднородности использованных образцов привела к повышению разброса примерно в 2 раза, считалось, что стандартное отклонение для реальной твердой изоляции в области критической крутизны составляет около 16% вместо 30—32%, согласно [5].

Значение Кнайденное с учетом указанных допущений, составляет 0,75 К.

Кратность опасных перенапряжений

Коп = (0,875 + 0,125) К (7)

Uon = (0,875 ± 0,125) К-£/ф, кв. (8)

III. Допустимая кратность перенапряжений с критической крутизной для жидкой изоляции определена грубой оценкой по данным [3] и составляет около 0,8 К. Соответственно имеем

¿/оп = (0,9±0,1)К-£/ф, кв. (9)

В табл. 3 представлены значения уровней опасных перенапряжений для изоляционных конструкций высших классов напряжения в различных изолирующих средах.

Таблица 3

Приближенные значения опасных уровней внутренних перенапряжений для конструкций высших классов напряжения в различных изолирующих средах

Класс напряжения Воздушная изоляция Твердая изоляция Жидкая изоляция

£У0П(±22,3%) £/оп(±14,3%)

кв кв кв Кв

110 252 270 278

220 505 543 556

330 682 731 752

500 956 1023 1053

750 1200 1288 1323

Согласно данным табл. 3, по соотношениям, полученным в [1], определены длительности фронта и частоты колебаний (пульсаций) перенапряжений с критическими крутизнами (табл. 4).

Как следует из табл, 4, интервалы опасных длительностей фронта для воздушной, твердой и жидкой изоляции лежат в пределах 38,3 -г-— 182 мксек, 9 -г- 43,2 мксек и 1,8 -н 8,4 мксек. Соответственно опасные

Таблица 4

Параметры перенапряжений с опасными кратностями и критической крутизной

Класс Воздушная изоляяия Твердая изоляция Жидкая изоляция

напря-

жения тф(±22,3%) /соз(±22,3%) /в1п(±22,3%) ^ф(±И,3%) /С05(±14,3%) Лт(± 14,3%) /со5(±П%) /в1п(±П%)

кв мксек кгц кгц мксек кгц кгц мксек кгц кгц

110 38,3 9,5 5,88 9,06 39 24,7 1,75 198 125

220 76,6 4.63 2,94 18,12 19,5 12,35 3.52 99 63

330 . 103,2 3,42 2,18 (24,5) (14,48) (9,15) 4,77 73,5 46,8

500 145 2,44 1,55 (34,4) (10,3) (6,53) 6,68 52,4 33,3

750 182,0 1,95 1,24 (43,15) 18,2) (5,2) 8,38 41,7 26,5

частоты заключены в пределах 9,25 -н 1,24 кгц, 39 н- 5,2 кгц и 198 ^ 26,5 кгц.

Установленные частоты относятся к области возможных частот колебаний коммутационных перенапряжений и, следовательно, есть основания полагать, что высоковольтная изоляция в области высоких и средних частот перенапряжений имеет пониженную надежность работы.

В табл. 4 указаны значения Тф и /, при которых ожидаются наиболее низкие пробивные градиенты. Пониженные пробивные градиенты следует ожидать и при других крутизнах, близких к критической. Для воздушной изоляции опасные крутизны определяются интервалом ~20—1 кв/мксек, что для изоляции класса 220 кву например, соответствует интервалу опасных длительностей фронта ~13—260 мксек и интервалу опасных частот ~14—0,4 кгц.

Аналогичную оценку интервалов опасных параметров возможно произвести также для твердой и жидкой изоляции.

ЛИТЕРАТУРА

1. И. И. Каляцкий, В. Ф. Панин. О методе определения параметров наиболее опасных для изоляции импульсных перенапряжений, (настоящий сборник).

2. А. А. Акопян, А. В. Панов, В. В. Ш м а н о в и ч, А. И. Ярошенко. ВЭП, № 2, 1962.

3. В. Ф. Панин. Изв. ТПИ, т. 139, 1965.

4. А. А. Воробьев, И. И. Каляцкий, В. Ф. Панин. Изв. ТПИ, т. 152,

1960.

5. В. Ф. Панин. Изв. ТПИ, т. 159 (в печати).

6. Г. Н. Александров, В. Е. Кизеветтер, В. М. Русакова, А. Н. Тушнов. Электричество, № 5, 1962.

7. И. С. С т е к о л ь н и к о в, Е. Н. Б р а г о, Э. М. Б а з е л я н. ЖТФ, 32, вып.

8, 1962.

8. Н. Т a k е s h i t a, Y. M i у а к e, Т. О i к a w a, Y. К a m a t a. Hitachi Rev., 11, № 5, 1962.

9. Под ред. В. С. Комельков а. «Разрядные напряжения длинных воздушных промежутков и изоляторов», 1961—1963. АН СССР, ИНИ, М., 1964.

10. Э. М. Базелян. Диссертация, М., 1964.