Elektrická pevnost izolačních systémů
1
Elektrické namáhání, elektrická pevnost druh izolace – vnější, vnitřní tvar a vzdálenost elektrod atmosférické podmínky znečištění izolace časový průběh elektrického namáhání doba namáhání Elektrická pevnost - rázová - krátkodobá - dlouhodobá
2
Elektrická pevnost plynů koróna (trsový výboj, sršení) jiskrový výboj obloukový výboj Nosiče náboje nárazová ionizace
me ⋅ ve2 ≥ Wi 2
postupná ionizace fotoionizace
h ⋅ f ≥ Wi ,
f =
c
λ
tepelná ionizace povrchová ionizace 3
Townsendovy výboje α , γ → ionizační čísla
α
⎛E⎞ = f⎜ ⎟ p ⎝ p⎠
n = n0 ⋅ eαx
→ lavina 4
Podmínka samostatného výboje γ (eαd − 1) = 1 ;
αx = 18 až 20
Přeskokové napětí v homogenním elektrickém poli Paschenův zákon
Bpd UP = Apd ln ⎛ 1⎞ ln⎜1 + ⎟ ⎝ γ⎠
A, B = A ⋅ U i L konstanty
5
Poměrná elektrická pevnost plynů vztažena k EP vzduchu při p = konst. d = konst. deriváty halových prvků ( < α ) CCl4
6,3
SeF4
4,5
C2H5J
3,0
CCl2F2
2,5
(freon)
SF6
2,3 – 2,5
(elegaz) 6
Elektrická pevnost kapalných izolantů EP = 5 až 30 kV/mm Vliv nečistot a vlhkosti
7
Diagnostické metody u olejů analytické
fyzikálně chemické
obsah vody
elektrická pevnost
číslo kyselosti
rezistivita
číslo zmýdelnění
ztrátový činitel
usazeniny a kaly
poměrná permitivita
Elektrody s obalem v homogenním elektrickém poli a při nečistém oleji Bariéry (mezistěny) v nehomogenním elektrickém poli u elektrod (delor, clophen, askarol, pyralen, sovol)
8
Bariéry v elektrickém poli
9
Druhy průrazu pevných izolantů Čistě elektrický průraz je charakteristickou vlastností izolantů Vyloučit vliv:
nehomogenit tvaru a materiálu elektrod ohřátí izolantu chemických změn okrajových jevů 10
Tepelný průraz Dielektrické ztráty - prosakujícím proudem
- orientační polarizací
- nestejnorodostí materiálu
- častečnými výboji v izolaci
PZ = UI cos ϕ = UI C tgδ
C
C0
δ
C
δ φ
PZ = ωCU tgδ 2
tgδ = f (ϑ , ω , E ) 11
pro výpočty
α LL
p z1 =& p01e
α (ϑ −ϑ0 )
=& p01e
αΘ
teplotní činitel dielektrických ztrát (α > 0)
12
Válcová stěna s E = konst. (kondenzátorová průchodka)
λ U S = 1,6m ; αp01
⎛ r1 ⎞ m= f⎜ ⎟ ⎝ r2 ⎠
(V ; W / K ⋅ m, K −1, W / V 2 ⋅ m) US . . . . napětí na mezi tepelné stability
λ . . . . tepelná vodivost 13
Stárnutí izolantů Napěťově-časová charakteristika pevné izolace
Izolace z papíru impregnovaného olejem; např. tyto izolační systémy: Kabely, kabelové koncovky, silové kondenzátory, transformátory proudu, průchodky, silové transformátory. V provozu vzniká: Narušení izolace částečnými výboji, účinky vzdušného kyslíku a 14 teploty, navlhnutí izolace.
Elektrické výboje
15
Druhy elektrických výbojů: • koróna • jiskrové • obloukové • klouzavé • částečné 16
Koróna a/r ≥ 25 U0 · · · počáteční napětí Elektrostatické odlučovače U = 50 až 120 kV
primární, sekundární trubové (vertikální) sběrací elektrody - průřez - průřez 17
Komorový odlučovač
18
Koróna na vedení Počáteční napětí koróny U0 rovnoběžné dráty ve vzduchu (20 °C - 101,3 kPa - 50 Hz) U0 = δ
E0m
a 2 r ln r 2
E=
U a 2 r ln r
19
Svazkové vodiče dvojsvazek Q1/2
Q1/2
E=
Q1
2πε r ε 0 R
Q1 2
Q1 2 + Em = 2πε r ε 0 r 2πε r ε 0 (r + a ) 20
Ztráty korónou
hrotová přechodová obalová koróna 21
Ultrakoróna +
+
22
Přeskokové napětí v závislosti na doskoku
23
Vysokotlaký oblouk Oblouk - nízkotlaký (nárazová ionizace) - vysokotlaký (tepelná ionizace) a) krátký b) dlouhý
Vznik oblouku - přeskok mezi elektrodami - působení pojistky - rozpojení kontaktů Vlastnosti značné proudy při malém napětí vysoká teplota (5·103 K - volně hořící oblouk, 12 až 15·103 K - silně chlazený)
24
Výboje po povrchu pevného izolantu (klouzavé výboje)
25
Průchodkové uspořádání
26
Prostředky omezující výskyt výbojů Vhodnou konstrukcí
27
Částečné výboje
28
29
30
Měření částečných výbojů měřené veličiny: q (pC) . . . . . zdánlivý náboj Q (pC) . . . . součtový náboj za čas. interval n (s-1) . . . . . četnost výbojů Ui (V) . . . . . počáteční napětí Uh (V) . . . . . zhášecí napětí P (W) . . . . . výkon částečných výbojů 31
Měřicí obvod Podle - druhu měřeného objektu - druhu a velikosti rušení
Rušení - vnější (nezávislé na U) - vnitřní (závislé na U)
32
Metody měření částečných výbojů elektrické
neelektrické
tgδ měření rušení metoda se snímací impedancí
akustické optické chemické
galvanická
lokalizační - diferenciální elektromagn. sonda - induktivně vázaná sonda
33
