Расчет показателей надёжности системы изоляции обмотки асинхронного двигателя

Расчет показателей надёжности системы изоляции обмотки
асинхронного двигателя
...

Содержание


Введение
1. Общая характеристика внешней и внутренней изоляции.
1.1 Особенности внешней изоляции
1.2 Регулирование электрических полей во внешней изоляции
1.3 Особенности внутренней изоляции
1.4 Регулирование электрических полей во внутренней изоляции
2. Различные меры регулирования электрического поля
2.1 Метод экранов
2.2 Расщепление фазы в ЛЭП
2.3 Емкостной метод
2.4 Принудительное распределение потенциала
2.5 Применение барьеров
2.6 Регулирование электрического поля изменением диэлектрической проницаемости (метод градирования)
2.7 Применение полупроводящих покрытий
2.8 Регулирование электрического поля с помощью конденсаторных обкладок
Заключение
Список использованной литературы

Введение


Ускорение технического прогресса, внедрение новых электроизоляционных материалов и повышение требований к надежности электрооборудования ставят задачу уже на стадии проектирования производить оценку срока службы изоляции и вероятности ее безотказной работы.
Изоляция электрических установок может быть разделена на внешнюю и внутреннюю изоляцию. К внешней изоляции относятся воздушные промежутки (например, между проводами линии электропередачи, между проводами и опорой) и части изоляционных конструкций, которые соприкасаются с воздухом. Внутренняя изоляция находится внутри корпуса трансформатора или аппарата, кабельной оболочки и т. д.; она состоит из комбинации различных жидких, твердых и газообразных диэлектриков.
Под влиянием больших напряженностей электрического поля, которые м огут возникать в процессе эксплуатации, возможна частичная или полная потеря изоляцией ее диэлектрических свойств — пробой изоляции. Характер повреждения и его последствия различны для внешней и внутренней изоляции.

В связи с этим большое значение имеют меры по уменьшению степени неоднородности электрических полей, которые позволяют ограничить мощность потерь на корону до экономически оправданного уровня, снизить. интенсивность радиопомех до допустимых значений, а также дают некоторое увеличение разрядных напряжений.Неоднородность электрических полей во внешней изоляции уменьшается главным образом путем увеличения радиусов кривизны поверхностей электродов. С этой целью на воздушных линиях высоких классов напряжений используются расщепленные и расширенные провода, а на арматуре изоляторов устанавливаются специальные экраны.Электрические поля вдоль поверхностей изоляторов выравнивают иногда и с помощью полупроводящих покрытий. Такой способ применяется и во внутренней изоляции. На поля у поверхностей изоляторов сильное влияние оказывает устройство их внутренней изоляции. Поэтому для регулирования этих полей используют также дополнительные электроды, располагаемые внутри изоляторов.1.3 Особенности внутренней изоляцииПонятие внутренняя изоляция объединяет различные по устройству, габаритам, выполняемыми функциями, по механическим и электрическим характеристикам изоляционные конструкции.Однако физическое содержание и закономерности процессов, от которых зависит поведение в эксплуатации внутренней изоляции, являются во многом общими. В силу этого исследования и испытания внутренней изоляции, разных высоковольтных устройств применяют одинаковые методы и измерительные средства. По этой же причине внутренняя изоляция различных устройств и аппаратов строится с использованием некоторых общих принципов, к которых относятся в первую очередь регулирование электрических полей и комбинирование диэлектриков.Внутренняя изоляция имеет ряд особенностей, существенно отличающих ее от внешней изоляции.Первая особенность состоит в том, что на электрическую прочность внутренней изоляции практически не оказывают влияние кратковременные изменения атмосферных условий, если только эти изменения не выходят за пределы допустимых. Объясняется это тем, что при кратковременных колебаниях температуры, давления и влажности окружающего воздуха, свойства твердых и жидких диэлектриков, а также газов заключенных в закрытые сосуды, изменяются незначительно или вообще не изменяются.В случае внешней изоляции любое изменение атмосферных условий означает изменение состояния основного диэлектрика, т. е. воздуха, а потому немедленно отражается на разрядном напряжении. На поведение внутренней изоляции ощутимо влияют лишь средние значения температуры и влажности окружающего воздуха за длительные промежутки времени, соизмеримые со сроком службы изоляции.Следующая особенность характерна для многих распространенных видов внутренней изоляции, включающих твердые диэлектрики, и заключается в том, что пробой последних представляет собой необратимое разрушение. Для такой изоляции невозможно самовосстановление электрической прочности до исходного уровня после отключения источника напряжения. После пробоя неизбежны длительный капитальный ремонт или замена изоляции, а иногда и всего аппарата. Поэтому внутренняя изоляция, содержащая твёрдые диэлектрики, должна иметь большие запасы по прочности, чем внешняя изоляция.Внутренняя изоляция любого типа (кроме чисто газовой) имеет специфическую зависимость электрической прочности от времени воздействия напряжения. Зависимость имеет пять характерных областей, показанных на рисунке 1. В области малых времен, исчисляемых микросекундами, пробой изоляции имеет чисто электрический характер, т. е. не связан с химическими, механическими и тепловыми процессами, и зависимость пробивного напряжения от времени аналогична вольт-секундным характеристикам газовых промежутков (область А). При временах от 10 мкс до 103—104 (область В) пробивное напряжение остается приблизительно неизменным, так как время развития чисто электрического пробоя значительно меньше, а механические и химические процессы не Я| успевают развиться. В интервале времен от 0,01 с до 1 мин (область С) происходит снижение электрической прочности, особенно заметное при наличии жидких диэлектриков, связанное, в частности, с образованием проводящих мостиков из примесей и другими медленными процессами. При временах от 1 мин до нескольких часов (область D) пробой может быть обусловлен нарушением тепловой устойчивости изоляции. Наконец, при временах более 10 ч (область Е) происходит постепенное, длящееся иногда годами, снижение электрической прочности из-за старения изоляции, т. е. вследствие изменения ее свойств под влиянием внешних электрических, тепловых и механических воздействий.Основной диэлектрик внешней изоляции — атмосферный воздух, очевидно, не подвержен старению, он непрерывно обновляется естественным образом. Поэтому старение внешней изоляции может наблюдаться только на тех участках, где разряд развивается по поверхности твердых диэлектриков.В соответствии с приведенной на рисунке 1 зависимостью электрической прочности внутренней изоляции от времени воздействия напряжения, а также с учетом возможных в условиях эксплуатации электрических воздействий для внутренней изоляции различают:кратковременную электрическую прочность, которая в свою очередь подразделяется на электрическую прочность при грозовых перенапряжениях (времена воздействия от единиц до 1000 мкс) и электрическую прочность при внутренних перенапряжениях (времена воздействия от единиц миллисекунд до нескольких секунд);длительную электрическую прочность, которая соответствует временам воздействия от нескольких часов до полного срока службы (25—30 лет и более).Если изоляция имеет достаточный запас прочности по отношению к возникающим в электрической системе кратковременным перенапряжениям, то ее срок службы определяется длительной электрической прочностью. Иными словами, длительная электрическая прочность равна рабочему напряжению при времени воздействия, равному сроку службы изоляции.Рисунок 1 - Зависимость пробивного напряжения внутренней изоляции от времени воздействия напряжения.В отличие от внешней изоляции, для которой разрядные напряжения можно определить без повреждения испытуемого объекта, значение кратковременной или длительной прочности внутренней , изоляции, как правило, может быть установлено только ценой полного и необратимого повреждения изоляционной конструкции. Поэтому фактическое значение электрической прочности внутренней изоляции конкретного экземпляра электрической машины или аппарата неизвестно. Ее нельзя или очень трудно определить и по результатам испытания макетов подобной изоляции, так как электрическая прочность внутренней изоляции подвержена разбросам, значительно большим, чем прочность внешней изоляции менее необходимо быть уверенным в том, что каждое выпускаемое с завода изделие имеет удовлетворительную внутреннюю изоляцию, т.е. ее электрическая прочность, во всяком случае не ниже определенной величины. С этой целью изоляция подвергается проверке приложением испытательных напряжений, амплитуды устанавливаются стандартами.В настоящее время для испытания внутренней изоляции электрических машин и аппаратов используются импульсы стандартной формы, эквивалентные грозовым перенапряжениям, и испытательное напряжение промышленной частоты, которое прикладывается к изоляции в течение 1 мин, имитируя тем самым многократное воздействие внутренних перенапряжений. В последнее время начин использовать и импульсы, эквивалентные внутренним перенапряжениям. Испытательные напряжения характеризуют лишь кратковременную электрическую прочность внутренней изоляции. Длительная электрическая прочность, определяемая медленными процессами старения, не может иметь эквивалентного испытательного напряжения. Поэтому пригодность изоляции к работе в течение длительного времени при воздействии рабочего напряжения оценивают по ряду косвенных показателей. Среди этих показателей важнейшими являются диэлектрические потери, которые характеризуются величиной тангенса угла диэлектрических потерь tgδ, интенсивность частичных разрядов, сопротивление утечки изоляции, а также еще некоторые показатели, связанные с явлением диэлектрической адсорбции и указывающие на степень неоднородности изоляции.1.4 Регулирование электрических полей во внутренней изоляцииЭлектрические поля во внутренней изоляции обычно получаются неоднородными, по крайней мере, на отдельных участках. Такие поля характеризуют отношением kн наибольшей напряженности Eмакс к Eсред, которое называют коэффициентом неоднородности электрического поля.В слабонеоднородном электрическом поле (kн <3,0) разрядный процесс, возникший в области наибольших напряженностей, безостановочно развивается в глубь изоляционного промежутка и может привести к сквозному пробою или значительному повреждению изоляции. Поэтому для нормальной работы изоляционной конструкции должно соблюдаться условие:Емакс ≤ Едоп или kнЕср ≤ Едопгде Едоп — допустимая напряженность, соответствующая отсутствию разрядных процессов в изоляции при данном виде воздействующего напряжения Uвозд (импульсном, одноминутном испытательном, рабочем).Из этого условия следует, что толщина изоляции d должна быть d ≥ (Uвозд/Eдоп) kн , т. е. в kн раз больше, чем в однородном электрическом поле.В резконеоднородных электрических полях (kн > 3,0) принципиально допустимы разрядные процессы в малых объемах изоляции при условии, что выделяемая при этом энергия недостаточна для разрушения изоляции. В этом случае, естественно, наибольшие допустимые напряженности Eдоп выше, чем в слабонеоднородных полях, однако накладываются ограничения на размеры областей, в которых напряженности имеют повышенные значения.Регулирование электрических полей в изоляции высоковольтного оборудования используется для снижения коэффициента неоднородности kн или для уменьшения размеров тех областей, в которых напряженности особенно велики. За счет регулирования полей достигается уменьшение толщины изоляции при сохранении неизменной ее электрической прочности. В зависимости от конструкции и технологии изготовления изоляции применяют различные меры регулирования.Различные меры регулирования электрического поля2.1 Метод экрановМетод экранов позволяет повысить электрическую прочность воздушного промежутка за счёт предотвращения коронного разряда в области высоковольтного электрода. В этом случае, за счёт увеличения радиуса кривизны электрода повышается напряжение появления коронного разряда. Рисунок 2 При этом могут использоваться как наружные, так и внутренние экраны, которые снижают напряженность поля в самом теле изолятора за счёт её перераспределения по длине (рисунок 2, где 1 - с внутренним экраном; 2 - без экрана). В этом случае рабочая напряженность должна быть меньше напряженности развития короны. Eраб ˃ Eкор=1,65m δ(1+0,13 δR0,38 ), мВ/мЗдесь m- коэффициент гладкости поверхности экрана,δ- относительная плотность воздуха,R- радиус экрана в м. Высоковольтное оборудование подстанций, гирлянды изоляторов снабжаются специальными экранами. Основное назначение экранов — повысить напряжения появления коронного разряда на элементах конструкций. Коронный разряд на элементах конструкций сопровождается радиопомехами, образованием в воздухе продуктов разряда, вызывающих ускоренное старение электротехнических материалов.В зависимости от места расположения экранов их подразделяют на внешние и внутренние. Внешние экраны устанавливаются на оборудовании вне основной части твердой изоляции. Внешние экраны в форме шаров, колец, рогов, устанавливаемых по концам и по длине конструкции, выравнивают электрическое поле и тем самым повышают напряжение появления -коронного разряда, а в некоторых случаях и пробивное напряжение.Внутренние или встроенные экраны устанавливаются в пределах основных габаритных размеров твердой изоляции. Внутренние экраны находят применение в изоляции проходных и опорных изоляторов, электрических машин, трансформаторов и других конструкций. Внутренние экраны по сравнению с внешними имеют то преимущество, что их установка не приводит к увеличению внешних габаритных размеров конструкции. Последнее имеет немаловажное значение для элементов, работающих внутри сосудов, например, для изоляции внутри баков трансформаторов.2.