RU1824653C - Способ повышени электрической прочности изол ции высоковольтных устройств с жидкими диэлектриками - Google Patents

Abstract

Использование: дл  повышени  импульсной электрической прочности жидкой изол ции трансформаторов, реакторов, коммутаторов и других высоковольтных устройств . Сущность изобретени : повышение импульсной электрической прочности изол ции осуществл етс  прекращением развити  лидерных каналов в начальной стадии пробо  путем снижени  напр жени  за фронтом импульса. В результате в межэлектродном промежутке образуетс  динамический барьер из неподвижного объемного разр да, преп тствующий развитию пробо . Изобретение позвол ет повысить импульсную электрическую прочность жидких диэлектриков в 1,6-2,6 раза. 2 з.п.ф-лы, 10 ил.

Description

СО

с

Изобретение относитс  к технике высоких напр жений и может быть использовано дл  повышени  электрической прочности и надежности изол ции трансформаторов, реакторов, коммутаторов и других высоковольтных аппаратов, в которых в качестве изол ционного материала используетс  трансформаторное масло и другие жидкие диэлектрики.

Целью изобретени   вл етс  повышение надежности высоковольтных устройств с жидкими диэлектриками при воздействии грозовых импульсов путем увеличени  импульсной электрической прочности рабочих промежутков изол ции образованием между электродами динамического барьера из неподвижного объемного зар да.

Цель достигаетс  тем, что снижают напр жение за фронтом волны в максимуме импульса не менее чем на 20% без последующего его восстановлени  или более чем на 50% на врем  не менее 10% от длительности импульса с последующим его восстановлением .

Сущность изобретени  состоит в том, что резкое частичное снижение напр жени  на промежутке в период развити  лидерных процессов разр да в жидком диэлектрике. когда уже сформировались в межэлектродном промежутке разветвленные многоканальные лидерные структуры с сосредоточенным на ее границах объемным зар дом, ведет к спаду градиентов пол  в области ионизации ниже критических, необходимых дл  поддержани  тока в лидерных

00

ю

О СЛ

CJ

каналах, и их продвижени  к противоположном электроду. В результате наступает интенсивна  деионизаци  лидерных структур и образование барьера из неподвижного объемного зар да, трансформирующего электрическое поле в зоне ионизации и в межэлектродном промежутке. Предложенным способом создаетс  своеобразный динамический барьер, предотвращающий дальнейшее развитие пробо .

Уровень выдерживаемого изол цией напр жени  определ лс  по отношению к 50%-ному пробивному напр жению (Uso%), т.е. значению импульса напр жени , при котором разр д наступает в 50% случаев подачи напр жени . При больших перенапр жени х по отношению к Uso% промежутка и относительно быстром восстановлении напр жени  возможно возобновление процессов пробо , однако их развитие происходит за пределами границ первичной многоканальной структуры разр да и при напр жени х, превышающих Uso%.

Технических решений, дающих возможность формировать динамический барьер, предотвращающий развитие пробо  в жидких диэлектриках с помощью указанного выше способа, ни в каких других област х науки и техники авторами не обнаружено.

Предложенный способ может быть pea лизован, например, устройством, функциональна  схема которого представлена на фиг.1, На фиг.2-10 представлены осциллограммы и кадры теневой высокоскоростной фотографии, экспериментально подтверждающие работоспособность и эффективность предложенного способа.

Устройство, приведенное на фиг.1, состоит из генератора импульсов напр жени 

1,соединенного с сопротивлением нагрузки

2,ограничивающим сопротивлением 3, делител  напр жени  4, камеры, заполненной жидким диэлектриком с электродами острие-плоскость 5, соединенной с воздушным шаровым разр дником 6, формирующей емкости 7 и формирующего сопротивлени  8, шунта 9.

Устройство дает возможность снижать напр жение импульса до требуемой величины , а также производить его последующее восстановление с помощью формирующей емкости 7 и формирующего сопротивлени  8.

Устройство работает следующим образом . При подаче на электроды импульсы напр жени  от остри  к плоскости начинают распростран тьс  многочисленные лидер- ные структуры. После пробо  шарового разр дника 6 напр жение на промежутке падает до уровн , определ емого отноше-

нием величины формирующего сопротивлени  8 к ограничивающему сопротивлению 2, и мало измен етс  за врем  длительности импульса ( 50 мкс). В случае, когда в схеме

5 отсутствует сопротивление 8, после пробо  шарового разр дника 6 происходит глубокий спад напр жени  с последующим зар дом емкости 7 через сопротивление 2 до напр жени , близкого к начальному, т.е.

10 произошло восстановление импульса.

На фиг.2 показана осциллограмма стандартного грозового импульса напр жени  1ф 2 ± 0,5 мкс; длительность импульса ти до спада напр жени  U Umax/2 равна

15 50 ± 5 мкс. До напр жени  Umax 80 кВ пробой промежутка не наблюдалс .

При Umax 93 кВ пробой происходил в 50% случаев подачи напр жени  на промежуток , что соответствует минимальному

20 пробивному напр жению. При Umax 110 кВ пробой происходил при каждой подаче напр жени  и наступал через 27-30 мкс после поихода волны напр жени  (фиг.З). Устойчива  дуга с током 1,6-1,8 А возникала после

25 трех повторных пробоев. Динамика развити  пробо  дл  волны напр жени  (фи.З) приведена на теневой фотографии фиг.4. Видно, что развивающа  структура разр да состоит из множества лидерных и стример30

ных каналов, один из которых достигает плоского электрода и завершает пробой. Суммарный ток лидерных каналов, движущихс  к противоположному электроду со скоростью 2-10 , не превышает 20 35 тд.

На фиг.5 показана осциллограмма напр жени  на промежутке при срезе его на 20% на п той микросекунде после максимума . Пробой отсутствовал при Umax 240 кВ,

40 что в 2,6 раза больше пробивного напр жени . В случае, когда снижали напр жение менее чем на 20%,наступал пробой.

На фиг.6 приведена тенева  фотографи  разр да, соответствующа  осцилло45 грамме на фиг.5, где видно, что после снижени  напр жени  развитие лидерных структур прекращалось. Внесенный ими объемный зар д создавал динамический барьер, преп тствующий развитию про50 бо . Промежуток не пробивалс , и его прочность возрастала в 2,6 раза по отношению к Uso%.

На фиг.7 приведена осциллограмма снижени  напр жени  с последующим вос55 становлением через 5-7 мкс при Umax - 140 кВ. Пробой промежутка отсутствовал при уровне восстановленного напр жени , в 1,7 раза превышающего Uso%, что подтверждает , что снижение напр жени  на 50% на

врем  пор дка 10% от длительности импульса не приводит к пробою промежутка.

На фиг.8 приведена тенева  фотографи  развити  разр да дл  импульса напр жени , приведенного на фиг.7. Видно, что развитие лидерной структуры прекращаетс  после снижени  напр жени .

На фиг.9 приведена осциллограмма напр жени  на промежутке при снижении на- пр жени  с последующим его восстановлением дл  Umax 150 кВ. Но в этом случае уровень снижени  напр жени  был меньше, чем 50%, от Umax и врем  восстановлени  напр жени  было менее 5 мкс. Дл  этого типа снижени  напр жени  тене- ва  фотографи  разр да представлена на фиг.Ю. Видно, что снижение напр жени , наступающее спуст  7,5 мкс после прихода волны напр жени , на промежуток прерывает развитие первоначальных лидерных структур. Внесенный ими объемный зар д блокировал развитие процесса, но он оказалс  недостаточным, Последующий разр д , начавшийс  у электрода, распростран лс  вне границ зоны началь- ной структуры, на периферии разр дной области .

Таким образом, предложенный способ дает возможность повысить импульсную прочность межэлектродного промежутка высоковольтного устройства посредством

з /

/

создани  динамического барьера из неподвижного объемного зар да.

Полученные результаты могут быть использованы как при проектировании новых энергетических установок с целью повышени  их надежности, так и дл  увеличени  срока службы действующих зысоковольт- ных устройств, содержащий механический барьер.

Claims (3)

1.Способ повышени  электрической прочна сти изол ции высоковольтных устройств с жидкими диэлектриками при воздействии грозовых импульсов, при котором между электродами образуют барьер, отличающийс  тем, что, с целью повышени  надежности путем увеличени  импульсной электрической прочности рабочих промежутков изол ции, между электродами образуют динамический барьер из неподвижного объемного зар да напр жени  за фронтом волны в максимуме импульса.

2.Способ по п. 1,отличающийс  тем, что напр жение снижают не менее, чем на 20% без последующего его восстановлени .

3.Способ по п.1 отличающийс  тем, что напр жение снижаю более, чем нл 50% на врем  не менее 10% от д ителн но сти импульса с последующим е о восстание лением

:. : -

к Г8-11

vae/V9 l+I

ю0/8мо$г и

Ј гпф

Z ъпф

ifdg/gxoQZ M

д-гщ

uaglg QSZ H

.

Ј гпф

Фиг.З

Фи:-.9

И 250кв/дел Is 1,6А/дел