RU2584543C1 - Method of determining optimum number of sections of partitioned insulator - Google Patents

Method of determining optimum number of sections of partitioned insulator Download PDF

Info

Publication number
RU2584543C1
RU2584543C1 RU2014148022/07A RU2014148022A RU2584543C1 RU 2584543 C1 RU2584543 C1 RU 2584543C1 RU 2014148022/07 A RU2014148022/07 A RU 2014148022/07A RU 2014148022 A RU2014148022 A RU 2014148022A RU 2584543 C1 RU2584543 C1 RU 2584543C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
insulator
thickness
sections
voltage
dependence
Prior art date
Application number
RU2014148022/07A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Геннадий Васильевич Смирнов
Дмитрий Геннадьевич Смирнов
Гюзель Исаевна Гумерова
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники"
Priority to RU2014148022/07A priority Critical patent/RU2584543C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2584543C1 publication Critical patent/RU2584543C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: electronic equipment.
SUBSTANCE: invention relates to production of partitioned through insulators. Method of determining optimum number of sections in through high-voltage vacuum insulator made in form of alternating annular, disc or cylinder elements from insulating material and gaskets from conducting material of specified thickness b, comprises pre-measuring dependence of breakdown voltage at surface of element of insulating material, placed in vacuum of thickness d of said element, plotting a graph of measured dependence, approximating plotted graph of an exponential function type U=kdα, coefficients k and α in said relationship, using experimental data obtained when dependence of breakdown voltage at surface of element of insulating material from its thickness, calculating optimum thickness and number of sections using certain relationships.
EFFECT: at specified working voltage of insulator by selecting optimal number of sections, reduction of dimensions and reduction of cost of insulator can be achieved.
1 cl, 4 dwg, 2 tbl

Description

Изобретение относится к электротехнической технике, а именно к изготовлению секционированных проходных изоляторов.The invention relates to electrical engineering, namely to the manufacture of sectioned bushings.

Известно, что пробивная напряженность поверхности диэлектрика в вакууме возрастает с уменьшением толщины испытуемого на электрическую прочность образца. Указанное положение находит свое отражение в конструкциях высоковольтных изоляторов, применяемых в высоковольтных трансформаторах, ускорительной технике и т.д. [1].It is known that the breakdown strength of the surface of a dielectric in a vacuum increases with decreasing thickness of the test specimen for electric strength. The indicated position is reflected in the designs of high-voltage insulators used in high-voltage transformers, accelerator technology, etc. [one].

С целью повышения электрической прочности изоляторов последние делят на множество секций проводящими градиентными кольцами. При этом применяют цилиндрическую или дисковую форму элементов секций. Высоту секций в этих конструкциях изоляторов определяют, как правило, исходя из большого объема экспериментальных исследований, что связано со значительным расходом времени и материалов, идущих на изготовление испытуемых образцов изоляторных секций. Кроме того, полученный при исследованиях результат не гарантирует создания конструкции секционированного изолятора с оптимальными габаритами.In order to increase the dielectric strength of the insulators, the latter are divided into many sections by conducting gradient rings. In this case, a cylindrical or disk shape of the elements of the sections is used. The height of the sections in these designs of insulators is determined, as a rule, based on a large amount of experimental research, which is associated with a significant expenditure of time and materials spent on the manufacture of the tested samples of insulator sections. In addition, the result obtained during research does not guarantee the creation of a sectional insulator design with optimal dimensions.

Известен способ выбора высоты диэлектрического кольца в секционированном изоляторе по графику зависимости поверхностного пробивного напряжения изоляционного материала от толщины испытуемого образца [2]. Этот способ заключается в том, что набор образцов из одинакового изоляционного материала разной толщины подвергают испытанию на электрическую прочность поверхности в какой-либо среде, строят зависимость пробивного напряжения от толщины образца, определяют на этой зависимости точку изменения наклона кривой и толщину изоляционного кольца секционированного изолятора выбирают такой, чтобы она не превышала толщины образца, при которой снятая зависимость меняет свой наклон.A known method of selecting the height of the dielectric ring in a partitioned insulator according to the graph of the dependence of the surface breakdown voltage of the insulating material on the thickness of the test sample [2]. This method consists in the fact that a set of samples of the same insulating material of different thicknesses is tested for electric surface strength in any medium, the dependence of breakdown voltage on the thickness of the sample is built, the point of change of the slope of the curve and the thickness of the insulating ring of the sectioned insulator are determined on this dependence such that it does not exceed the thickness of the sample at which the measured dependence changes its slope.

Известный способ не позволяет выбрать для проходного изолятора конкретную толщину диэлектрического кольца в секции, которая обеспечила бы получение максимальных пробивных градиентов при заданной высоте изолятора.The known method does not allow to choose for the bushing insulator the specific thickness of the dielectric ring in the section, which would ensure maximum breakdown gradients at a given height of the insulator.

Оптимальная толщина диэлектрика в секционированных изоляторах зависит от толщины градиентных прокладок, материала диэлектрика и конструктивных особенностей изолятора. Поэтому для каждой конкретной конструкции проходного изолятора должна быть определена конкретная оптимальная толщина секционного кольца, а следовательно, и количество колец в конструкции.The optimal thickness of the dielectric in sectioned insulators depends on the thickness of the gradient gaskets, the material of the dielectric and the design features of the insulator. Therefore, for each specific design of the bushing, the specific optimal thickness of the sectional ring, and therefore the number of rings in the structure, must be determined.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ определения оптимального числа секций секционированного изолятора [3].Closest to the claimed method is a method for determining the optimal number of sections of a partitioned insulator [3].

Способ-прототип заключается в том, что известным способом определяют среднюю пробивную напряженность Ei изоляционного слоя высотой H и среднюю пробивную напряженность En набора из n произвольных, но равных по толщине изоляционных слоев, разделенных градиентными прокладками толщиной b, причем высота набора должна равняться Н, после чего определяют оптимальное количество секций по формулеThe prototype method consists in the fact that the average breakdown strength E i of the insulating layer of height H and the average breakdown strength E n of a set of n arbitrary but equal in thickness insulating layers separated by gradient spacers of thickness b are determined in a known manner, and the height of the set should be equal to N then determine the optimal number of sections by the formula

Figure 00000001
Figure 00000001

где N - оптимальное количество секций в изоляторе;where N is the optimal number of sections in the insulator;

H - высота изолятора; b - толщина градиентной прокладки;H is the height of the insulator; b is the thickness of the gradient strip;

Ei - средняя пробивная напряженность не секционированного слоя высотой H;E i is the average breakdown strength of a non-partitioned layer of height H;

En - средняя пробивная напряженность произвольно секционированного слоя высотой H;E n is the average breakdown strength of an arbitrarily sectioned layer of height H;

n - количество изоляционных слоев, произвольных и равных по толщине в наборе высотой H.n is the number of insulating layers, arbitrary and equal in thickness, in a set of height H.

Следует отметить, что выбор толщины градиентного кольца диктуется условиями эксплуатации всего изолятора, технологией его сборки. В частности, при определении b учитывают электрическую прочность среды, окружающей изолятор, требования к механической прочности кольца.It should be noted that the choice of the thickness of the gradient ring is dictated by the operating conditions of the entire insulator, its assembly technology. In particular, when determining b, the dielectric strength of the medium surrounding the insulator and the requirements for the mechanical strength of the ring are taken into account.

Недостатки способа-прототипа следующие.The disadvantages of the prototype method are as follows.

Во-первых, при конструировании изолятора задают, как правило, не его высоту H, а рабочее напряжение U, исходя из величины которого определяют его габариты. В способе-прототипе, наоборот, задают высоту изолятора H, исходя из которой определяют оптимальное количество N секций в изоляторе, величину же рабочего напряжения U изолятора, являющегося одной из его наиболее важных характеристик, непосредственно по способу-прототипу определить невозможно.First, when designing an insulator, it is usually set not its height H, but the operating voltage U, based on the size of which its dimensions are determined. In the prototype method, on the contrary, the height of the insulator H is set based on which the optimal number N of sections in the insulator is determined, but the value of the operating voltage U of the insulator, which is one of its most important characteristics, cannot be determined directly from the prototype method.

Во-вторых, способ-прототип имеет низкую точность определения оптимального числа секций в изоляторе, что не позволяет при заданной высоте изолятора H и заданной толщине градиентной прокладки b получить максимально возможное пробивное напряжение для указанных габаритов изолятора.Secondly, the prototype method has low accuracy in determining the optimal number of sections in the insulator, which does not allow, for a given height of the insulator H and a given thickness of the gradient strip b, to obtain the maximum possible breakdown voltage for the indicated dimensions of the insulator.

В-третьих, способ-прототип достаточно сложен и требует для своего воплощения, особенно для изоляторов с большими габаритами, изготовления испытательного стенда со сверхвысоким источником напряжения, что не всегда возможно воплотить в жизнь.Thirdly, the prototype method is quite complicated and requires for its implementation, especially for insulators with large dimensions, the manufacture of a test bench with an ultra-high voltage source, which is not always possible to implement.

Техническая задача, поставленная в рамках настоящего изобретения, заключается в том, чтобы упростить способ и повысить точность определения оптимального количества секций в изоляторе, позволяющего получить минимальные габариты изолятора, рассчитанного на заданное рабочее напряжение U.The technical problem posed in the framework of the present invention is to simplify the method and improve the accuracy of determining the optimal number of sections in the insulator, allowing to obtain the minimum dimensions of the insulator, designed for a given operating voltage U.

Поставленная задача решается тем, что в способе определения оптимального числа секций в проходном высоковольтном вакуумном изоляторе, выполненном в виде чередующихся кольцевых, дисковых или цилиндрических элементов из изоляционного материала и прокладок из проводящего материала заданной толщины b, предварительно снимают зависимость пробивного напряжения по поверхности элемента из изоляционного материала, помещенного в вакуум, от толщины d указанного элемента, строят график снятой зависимости, аппроксимируют построенный график степенной функцией вида U=kdα, определяют коэффициенты k и α в упомянутой зависимости, используя экспериментальные данные, полученные при снятии зависимости пробивного напряжения по поверхности элемента из изоляционного материала от его толщины, затем рассчитывают оптимальную толщину изоляционного элемента dопт одной секции изолятора по формуле

Figure 00000002
послеThe problem is solved in that in a method for determining the optimal number of sections in a passage high-voltage vacuum insulator made in the form of alternating ring, disk or cylindrical elements of insulating material and gaskets of conductive material of a given thickness b, the dependence of the breakdown voltage on the surface of an insulating element is previously removed material, placed in vacuum, on the thickness d of the specified element, build a graph of the removed dependence, approximate the plotted step ennoy function of the form U = kd α, determine the coefficients k and α in said function using experimental data obtained by removing the dependence of breakdown voltage on the surface of the element of insulating material on its thickness, then calculating the optimal thickness of the insulation element d opt one section of formula insulator
Figure 00000002
after

чего определяют оптимальное количество секций nопт в изоляторе, по формулеwhich determines the optimal number of sections n opt in the insulator, according to the formula

Figure 00000003
Figure 00000003

где Kз - коэффициент запаса изолятора по электрической прочности, Upaб - рабочее напряжение, кВ.where K h - safety factor insulator dielectric strength, U pab - operating voltage, kV.

На фиг. 1 представлена зависимость пробивного напряжения поверхности пирексовых колец от их толщины.In FIG. 1 shows the dependence of the breakdown voltage of the surface of pyrex rings on their thickness.

Сущность изобретения заключается в следующем. Пробивное напряжение поверхности любого диэлектрика в любой среде и, в частности, в вакууме достаточно точно можно описать в виде степенной функции, имеющей видThe invention consists in the following. The breakdown voltage of the surface of any dielectric in any medium and, in particular, in vacuum can be quite accurately described in the form of a power function, which has the form

Figure 00000004
Figure 00000004

Пробивное напряжение для секционированного изолятора, имеющего n секций можно переписать в виде:Breakdown voltage for a partitioned insulator having n sections can be rewritten as:

Figure 00000005
Figure 00000005

где U1 - пробивное напряжение поверхности изоляционного элемента одной секции толщиной d1;

Figure 00000006
where U 1 - breakdown voltage of the surface of the insulating element of one section with a thickness of d 1 ;
Figure 00000006

Для определения оптимального числа секций в секционированном изоляторе найдем максимум значения Uпр. Для этого продифференцируем выражение 2 и приравняем значение производной к 0.To determine the optimal number of sections in a partitioned insulator, we find the maximum value of U pr To do this, we differentiate expression 2 and equate the value of the derivative to 0.

Figure 00000007
Figure 00000007

Преобразовав выражение (3), получим:Transforming the expression (3), we obtain:

Figure 00000008
Figure 00000008

Из уравнения (4) после преобразования получим:From the equation (4) after the conversion we get:

Figure 00000009
Figure 00000009

Из выражения (5) следует:From the expression (5) it follows:

Figure 00000010
Figure 00000010

Коэффициенты к и α в выражении (1) для каждого конкретного случая можно рассчитать методом наименьших квадратов, используя экспериментальные значения, полученные при снятии зависимости пробивного напряжения U от толщины диэлектрика d.The coefficients k and α in expression (1) for each particular case can be calculated by the least squares method using the experimental values obtained by removing the dependence of the breakdown voltage U on the thickness of the dielectric d.

Оптимальную толщину dопт изоляционного элемента одной секции проходного изолятора можно определить по выражениюThe optimal thickness d opt of the insulating element of one section of the bushing can be determined by the expression

Figure 00000011
Figure 00000011

Подставив в выражение (7) выражение (6), получимSubstituting expression (6) into expression (7), we obtain

Figure 00000012
Figure 00000012

Оптимальное количество секций nопт в проходном изоляторе, рассчитанном на рабочее напряжение Upaб, можно определить из следующих соображений. Допустим, что проектируемый изолятор должен надежно работать при некотором напряжении Upaб. Для надежной работы изолятора в любых установках значение рабочего напряжения Upaб должно быть существенно меньше пробивного Uпр. Отношение U п р / U р а б = K з  (9)

Figure 00000013
называется коэффициентом запаса электрической прочности изоляции. Коэффициент запаса электрической прочности изолятора задают исходя из условий, в которых должен работать изолятора. Обычно Kз≥1,2.The optimal number of sections n opt in the bushing, calculated on the operating voltage U pa , can be determined from the following considerations. Suppose that the designed insulator must work reliably at some voltage U pa . For reliable operation of the insulator in any installations, the value of the operating voltage U pa must be significantly less than the breakdown U pr Attitude U P R / U R but b = K s (9)
Figure 00000013
called the safety factor of insulation strength. The safety factor of the insulator is set based on the conditions in which the insulator should work. Typically K s ≥1.2.

Оптимальное количество секций nопт с учетом выражений (1), (2), (6) (8) и (9) можно определить по выражениюThe optimal number of sections n opt taking into account expressions (1), (2), (6) (8) and (9) can be determined by the expression

Figure 00000014
Figure 00000014

Пример конкретного выполненияConcrete example

По заявляемому способу определяли оптимальное количество секций nопт проходного изолятора ускорителя заряженных частиц на рабочее напряжение Upaб = 1 МВ = 1000 кВ. Толщина проводящей прокладки (градиентного кольца) изолятора b была выбрана равной 3 мм.According to the claimed method, the optimal number of sections n opt of the bushing of the accelerator of charged particles at the operating voltage U pa = 1 MV = 1000 kV was determined . The thickness of the conductive strip (gradient ring) of the insulator b was chosen equal to 3 mm

Предварительно экспериментально снимали зависимость пробивных напряжений в вакууме U поверхности пирексовых колец от их толщины d. Экспериментальные значения пробивных напряжений U пирексовых колец в вакууме от их толщины d приведены в таблице 1 и отображены на фиг. 1 кружками.The dependence of breakdown stresses in vacuum U of the surface of Pyrex rings on their thickness d was previously experimentally removed. The experimental breakdown voltages U of the pyrex rings in vacuum of their thickness d are shown in Table 1 and are shown in FIG. 1 circles.

Figure 00000015
Figure 00000015

График снятой зависимости изображен на фиг. 1. Зависимость пробивного напряжения U, от толщины пирексового кольца, отображенную графиком на фиг. 1 аппроксимировали степенной функцией вида

Figure 00000016
The graph of the removed dependence is shown in FIG. 1. The dependence of the breakdown voltage U on the thickness of the pyrex ring shown in the graph in FIG. 1 approximated by a power function of the form
Figure 00000016

Коэффициенты k и α в выражении (12) определяли следующим образом. Для упрощения нахождения коэффициентов k и α в формуле (12) линеаризуем уравнение, для чего прологарифмируем указанное выражение и получимThe coefficients k and α in expression (12) were determined as follows. To simplify the determination of the coefficients k and α in formula (12), we linearize the equation, for which we prologarithm the indicated expression and obtain

Figure 00000017
Figure 00000017

Введем обозначения y=lnU, bo=In k, x=lnd. С учетом введенных обозначений уравнение (13) можно записать в виде:We introduce the notation y = lnU, bo = In k, x = lnd. Taking into account the introduced notation, equation (13) can be written in the form:

Figure 00000018
Figure 00000018

Коэффициенты b0 и α в уравнении (14) с использованием метода наименьших квадратов могут быть определены по выражениям (15) и (16), взятых из работы [4].The coefficients b 0 and α in equation (14) using the least squares method can be determined from expressions (15) and (16) taken from [4].

Figure 00000019
Figure 00000019

Figure 00000020
Figure 00000020

Для расчета численных значений коэффициентов b0 и α используем таблицу 2.To calculate the numerical values of the coefficients b 0 and α we use table 2.

Figure 00000021
Figure 00000021

Подставив численные значения в формулы (9) и (10), получимSubstituting the numerical values in formulas (9) and (10), we obtain

Figure 00000022
Figure 00000022

Проведя потенцирование, получим:After potentiation, we get:

k=7,648k = 7.648

Figure 00000023
Figure 00000023

Окончательный вид уравнения (12) после подстановки в него численных значений k=7,648 и α=0,4187 примет вид:The final form of equation (12) after substituting numerical values k = 7.648 and α = 0.4187 into it takes the form:

Figure 00000024
Figure 00000024

На фиг. 1 черными квадратиками обозначены расчетные значения напряжения из пирексовых колец, определяемого по выражению (17). Как следует из рисунка на фиг. 1, расчетные значения пробивного напряжения от толщины изолятора по формуле (17) практически полностью совпадают с экспериментальными значениями, т.е. адекватно описывают эксперимент.In FIG. 1 the black squares indicate the calculated voltage values from the pyrex rings, determined by the expression (17). As follows from the figure in FIG. 1, the calculated values of the breakdown voltage from the thickness of the insulator according to formula (17) almost completely coincide with the experimental values, i.e. adequately describe the experiment.

Оптимальную толщину dопт изоляционного элемента одной секции проходного изолятора можно определить по выражению (8)The optimal thickness d opt of the insulating element of one section of the bushing can be determined by the expression (8)

Figure 00000025
Figure 00000025

Для того чтобы проходной изолятор надежно выдерживал Upaб, необходимо, чтобы пробивное напряжение Uпр>Upaб (19). Положив Kз=1,2, определим оптимальное количество секций nопт по выражению (11)In order for the bushing to reliably withstand U pa , it is necessary that the breakdown voltage U pr > U pa (19). Putting K s = 1,2, we determine the optimal number of sections n opt by the expression (11)

Figure 00000026
Figure 00000026

Общая высота изолятора, изготовленного по заявляемому способу Hз, будет равнаThe overall height of the insulator, fabricated according to the claimed method H s, will be equal to

Figure 00000027
Figure 00000027

Сравним полученное значение nопт, определенное по заявляемому способу, со значением оптимального количества секций nопт.прот, определенное по способу-прототипу для изолятора, рассчитанного на рабочее напряжение Upaб = 1 МВ = 1000 кВ. Толщина проводящей прокладки (градиентного кольца) изолятора b была выбрана равной 3 мм. Для сравнения возьмем цифры из примера конкретного выполнения, приведенные в [3].Compare the obtained value of n opt , determined by the claimed method, with the value of the optimal number of sections n opt.prot , determined by the prototype method for an insulator designed for an operating voltage of U pa = 1 MV = 1000 kV. The thickness of the conductive strip (gradient ring) of the insulator b was chosen equal to 3 mm For comparison, we take the numbers from a specific example given in [3].

На фиг. 1 способа-прототипа [3] изображен слой изолятора высотой H (например, H=300 мм); на фиг. 2 способа-прототипа [3] - набор произвольных и равных по толщине изоляционных слоев количеством n (например, n=12), общей толщиной H, толщина разделяющих градиентных прокладок равна b (например, b=3 мм); на фиг. 3 способа-прототипа [3] - секционированный изолятор высотой Н (например, H=300 мм). In FIG. 1 of the prototype method [3] shows an insulator layer of height H (for example, H = 300 mm); in FIG. 2 prototype methods [3] - a set of arbitrary and equal in thickness insulating layers of n (for example, n = 12), total thickness H, the thickness of the separating gradient gaskets is b (for example, b = 3 mm); in FIG. 3 prototype methods [3] - a partitioned insulator with a height of H (for example, H = 300 mm).

Способ-прототип осуществляют следующим образом. Определяют с помощью известных устройств (делителя напряжения, осциллографа или киловольтметра) среднюю пробивную напряженность изоляционного слоя 1 высотой H (например, Ei=1 кВ/см) (см. способ-прототип фиг. 1). Затем также измеряют среднюю пробивную напряженность набора произвольных и равных по толщине изоляционных слоев (см. способ-прототип фиг. 2), например, для набора высотой H=300 мм, состоящего из двенадцати пирексовых колец, разделенных градиентными прокладками 2 толщиной b=3 мм; Еn=3,8 кВ/см. Набор расположен между высоковольтными электродом 3 и заземленным фланцем 4. Измеренные Ei, Еn подставляют в формулу, по которой определяют оптимальное количество секцийThe prototype method is as follows. Using the known devices (voltage divider, oscilloscope or kilovoltmeter), the average breakdown strength of the insulating layer 1 with a height H (for example, E i = 1 kV / cm) is determined (see the prototype method of Fig. 1). Then, the average breakdown strength of a set of arbitrary and equal thickness insulating layers is also measured (see the prototype method of Fig. 2), for example, for a set with a height of H = 300 mm, consisting of twelve pyrex rings separated by gradient spacers 2 with a thickness of b = 3 mm ; E n = 3.8 kV / cm. The set is located between the high-voltage electrode 3 and the grounded flange 4. The measured E i , E n substitute in the formula, which determines the optimal number of sections

Figure 00000028
Figure 00000028

Если подставить цифры, следующие из способа-прототипа: N=35;If you substitute the numbers following from the prototype method: N = 35;

Оптимальная толщина изоляционного элемента dпрот одной секции изолятора, выполненного по способу-прототипу, будет равнаThe optimal thickness of the insulating element d prot one section of the insulator made by the prototype method will be equal to

Figure 00000029
Figure 00000029

Оценим по формуле (17), какое напряжение Uспр будет выдерживать одна секция изолятора, выполненного по способу-прототипуWe estimate by the formula (17), what voltage U spr can withstand one section of the insulator, made by the prototype method

Figure 00000030
Figure 00000030

Оптимальное количество секций nопт.прот в изоляторе на напряжение 1200 кВ, рассчитанное по способу-прототипу, будет равноThe optimal number of sections n opt.prot in the insulator for a voltage of 1200 kV, calculated by the prototype method, will be equal to

Figure 00000031
Figure 00000031

Общая высота изолятора Hпр, рассчитанного на напряжение 1200 кВ, будет равнаThe total height of the insulator H CR , designed for a voltage of 1200 kV, will be equal to

Figure 00000032
Figure 00000032

Как следует из выражений (20) и (21), высота изолятора, рассчитанного на напряжение 1200 кВ, по заявляемому способу Hз, меньше на 63,12 мм, чем высота изолятора, изготовленного по способу-прототипу Hпр, рассчитанного на то же самое напряжение 1200 кВ,As follows from the expressions (20) and (21), the height of the insulator, designed for a voltage of 1200 kV, according to the claimed method H h , is less by 63.12 mm than the height of the insulator made by the prototype method H pr , designed for the same the voltage is 1200 kV,

По сравнению с заявляемым способом способ-прототип имеет относительную погрешность, равнуюCompared with the claimed method, the prototype method has a relative error equal to

Figure 00000033
Figure 00000033

Таким образом, заявляемый способ по сравнению со способом-прототипом имеет не менее чем на 33,3% высокую точность определения оптимального числа секций в изоляторе, что позволяет при заданной высоте изолятора H и заданной толщине градиентной прокладки b получить либо максимально возможное пробивное напряжение для указанных габаритов изолятора, либо для заданного рабочего напряжения изолятора получить минимальную высоту изолятора. Кроме того, заявляемый способ по сравнению со способом-прототипом достаточно прост, так как не требует для своего воплощения, особенно для изоляторов с большими габаритами, изготовления испытательного стенда со сверхвысоким источником напряжения, что не всегда возможно воплотить в жизнь. В частности, в рассмотренных авторами примерах для реализации заявляемого способа достаточно того, чтобы экспериментальная высоковольтная установка позволяла получать напряжение, не превышающее 30÷35 кВ, так как этого напряжения достаточно для снятия зависимости пробивного напряжения от толщины изоляционного элемента d, тогда как для реализации способа-прототипа необходимо, чтобы установка имела возможность работать при напряжениях 450÷500 кВ, что более чем на порядок выше напряжения, необходимого для реализации заявляемого способа.Thus, the claimed method in comparison with the prototype method has at least 33.3% high accuracy in determining the optimal number of sections in the insulator, which allows for a given height of the insulator H and a given thickness of the gradient strip b to obtain either the maximum breakdown voltage for these dimensions of the insulator, or for a given operating voltage of the insulator to obtain the minimum height of the insulator. In addition, the claimed method in comparison with the prototype method is quite simple, as it does not require for its implementation, especially for insulators with large dimensions, the manufacture of a test bench with an ultra-high voltage source, which is not always possible to implement. In particular, in the examples considered by the authors for the implementation of the proposed method, it is sufficient that the experimental high-voltage installation allows to obtain a voltage not exceeding 30 ÷ 35 kV, since this voltage is sufficient to remove the dependence of the breakdown voltage on the thickness of the insulating element d, while to implement the method -prototype, it is necessary that the installation was able to operate at voltages of 450 ÷ 500 kV, which is more than an order of magnitude higher than the voltage required to implement the proposed method.

Кроме того, при заданном рабочем напряжении изолятора выбором оптимального количества его секций по заявляемому способу можно добиться сокращения габаритов и уменьшения стоимости изолятора по сравнению со способом-прототипом.In addition, at a given operating voltage of the insulator by choosing the optimal number of sections according to the claimed method, it is possible to reduce the size and reduce the cost of the insulator compared to the prototype method.

Источники информацииInformation sources

1. Патент США №2082474, опубл. 1937.1. US patent No. 2082474, publ. 1937.

2. Раховский В.Н. Физические основы электрического тока в вакууме. М.: Наука, 1970, с. 57.2. Rakhovsky V.N. The physical basis of electric current in a vacuum. M .: Nauka, 1970, p. 57.

3. А.с. 758266. Способ определения оптимального числа секций секционированного изолятора. / Смирнов Г.В., Кассиров Г.М., Планкин Ю.В. - Опубл. в БИ 23.08.80. №31 (прототип).3. A.S. 758266. A method for determining the optimal number of sections of a partitioned insulator. / Smirnov G.V., Kassirov G.M., Plankin Yu.V. - Publ. in BI 23.08.80. No. 31 (prototype).

4. Смирнов Г.В., Смирнов Д.Г. Моделирование и оптимизация технологических процессов РЭС: Учебное пособие. - Томск: Издательство Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники, 2007. - С. 66-67.4. Smirnov G.V., Smirnov D.G. Modeling and optimization of technological processes of RES: Textbook. - Tomsk: Publishing House of Tomsk State University of Control Systems and Radioelectronics, 2007. - P. 66-67.

Claims (1)

Способ определения оптимального количества секций в проходном высоковольтном вакуумном изоляторе, выполненном в виде чередующихся кольцевых, дисковых или цилиндрических элементов из изоляционного материала и прокладок из проводящего материала заданной толщины b, отличающийся тем, что предварительно снимают зависимость пробивного напряжения по поверхности элемента из изоляционного материала, помещенного в вакуум, от толщины d указанного элемента, строят график снятой зависимости, аппроксимируют построенный график степенной функцией вида U=kdα, определяют коэффициенты k и α в упомянутой зависимости, используя экспериментальные данные, полученные при снятии зависимости пробивного напряжения по поверхности элемента из изоляционного материала от его толщины, затем рассчитывают оптимальную толщину изоляционного элемента dопт одной секции изолятора по формуле
Figure 00000034
, после чего определяют оптимальное количество секций nопт в изоляторе, по формуле
Figure 00000035

где Кз - коэффициент запаса изолятора по электрической прочности, Upаб - рабочее напряжение.
The method of determining the optimal number of sections in the passage of a high-voltage vacuum insulator made in the form of alternating ring, disk or cylindrical elements of insulating material and gaskets of conductive material of a given thickness b, characterized in that they first remove the dependence of the breakdown voltage on the surface of the element of insulating material placed in vacuum, on the thickness d of the specified element, build a graph of the removed dependence, approximate the constructed graph of the power function of the first type U = kd α , the coefficients k and α are determined in the aforementioned dependence, using experimental data obtained by removing the dependence of the breakdown voltage on the surface of an element of insulating material on its thickness, then calculate the optimal thickness of the insulating element d opt of one section of the insulator according to the formula
Figure 00000034
And then determine the optimum number of sections n opt in the insulator, according to the formula
Figure 00000035

where K s - the safety factor of the insulator for electric strength, U pab - operating voltage.
RU2014148022/07A 2014-11-27 2014-11-27 Method of determining optimum number of sections of partitioned insulator RU2584543C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014148022/07A RU2584543C1 (en) 2014-11-27 2014-11-27 Method of determining optimum number of sections of partitioned insulator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014148022/07A RU2584543C1 (en) 2014-11-27 2014-11-27 Method of determining optimum number of sections of partitioned insulator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2584543C1 true RU2584543C1 (en) 2016-05-20

Family

ID=56012177

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014148022/07A RU2584543C1 (en) 2014-11-27 2014-11-27 Method of determining optimum number of sections of partitioned insulator

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2584543C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3801725A (en) * 1972-11-14 1974-04-02 Westinghouse Electric Corp Spacer construction for fluid-insulated transmission lines
SU758266A1 (en) * 1978-08-07 1980-08-23 Nii Vysokikh Napryazh Pri Method of determining optimum section number of sectioned insulator
US4459430A (en) * 1982-07-13 1984-07-10 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy High voltage variable diameter insulator
SU1552235A1 (en) * 1984-04-05 1990-03-23 Научно-исследовательский институт высоких напряжений при Томском политехническом институте им.С.М.Кирова Method of determining optimum number of section of section insulator

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3801725A (en) * 1972-11-14 1974-04-02 Westinghouse Electric Corp Spacer construction for fluid-insulated transmission lines
SU758266A1 (en) * 1978-08-07 1980-08-23 Nii Vysokikh Napryazh Pri Method of determining optimum section number of sectioned insulator
US4459430A (en) * 1982-07-13 1984-07-10 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy High voltage variable diameter insulator
SU1552235A1 (en) * 1984-04-05 1990-03-23 Научно-исследовательский институт высоких напряжений при Томском политехническом институте им.С.М.Кирова Method of determining optimum number of section of section insulator

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Fofana et al. Electrical-based diagnostic techniques for assessing insulation condition in aged transformers
Rahimpour et al. Experimental and theoretical investigation of disc space variation in real high-voltage windings using transfer function method
Al-Ameri et al. Understanding the influence of power transformer faults on the frequency response signature using simulation analysis and statistical indicators
Terrab et al. Parameters design optimization of 230 kV corona ring based on electric field analysis and response surface methodology
Arora et al. High voltage insulation engineering: behaviour of dielectrics; their properties and applications
Höpner et al. Insulation life span of low-voltage electric motors—A survey
Fazliddinov et al. Analysis of modern methods of determination of mechanical status and diagnostic models of power transformers
Cai et al. Phase‐field modeling of electromechanical breakdown in multilayer ceramic capacitors
Shekhar et al. Impact of DC voltage enhancement on partial discharges in medium voltage cables—An empirical study with defects at semicon-dielectric interface
Zitouni et al. Modelling by design of experiments method of the AC breakdown voltage of transformer oil point–plane gaps with insulating barrier
RU2584543C1 (en) Method of determining optimum number of sections of partitioned insulator
RU2581617C2 (en) Method of determining optimum number of sections of partitioned insulator
Kara et al. DC breakdown voltage characteristics of small air gaps with insulating barriers in non-uniform field
Kara et al. Modeling and analyzing barrier effect on AC breakdown strength of non-uniform air gaps
WO2016189864A1 (en) Probe and voltage measuring device using same
CN113095019B (en) Partial discharge signal simulation method and system
Pakalapati et al. Study of electric field stress on the surface contour and at the triple junction in three phase GIS with FGM spacer under the depression defect
Zhou et al. Transient Electric Field Calculation of Zinc oxide arrester under Lightning Impulse Voltage
Subba Reddy et al. Enhancement of surface flashover performance of high voltage ceramic disc insulators
Cherney et al. Application of composite insulators to transmission lines
Ambo et al. Finite element analysis of maximum electric field for air breakdown under various electrode configurations
Arevalo et al. Air humidity factor for external insulation under positive switching impulses-Revisited
Mahmoodi et al. Effect of accumulated surface charges on DC flashover of SiR insulators under pollution and aging conditions
Pan et al. Influence of surface charge decay on cavity PD frequency at DC voltage
Rosenthal et al. Modeling 6 MV gas switches for the ZR accelerator

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20171128