Высоковольтное устройство с изоляцией газом

 

Саюз Советски к

Сецналистинескнх

Ресну

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 0410.76 (21) 2408464/24-07 с присоединением заявки Ма(23) ПриоритетГосударстненный комитет

СССР ио делам изобретений н открытий

Опубликовано 300379.Бюллетень 36 1

Дата опубликования описания 3003.7

P2) Авторы изобретения

В ° Н ° Ворин И..М.Бортник и В.И.Гаврилов (71) Заявитель (54) ВЫСОКОВОЛЬТНОЕ УСТРОЙСТВО С ИЗОЛЯЦИЕЙ ГАЗОМ

Изобретение относится к высоковольтным устройствам с изоляцией газом, в частности к токопроводам, изолированным газом, и может найти применение в изолированных сжатым газом комплектных распределительных устрой» ствах.

Известны высоковольтные устройства с газовой изоляцией, в которых используется изоляционное покрытие 10 поверхности электродов высокого напряжения. Покрытие может выполняться липким для задержания загрязняющих частиц и очистки газа в изоляционном промежутке fll 15

В процессе, например, испытаний при пробе в устройстве происходит разрушение слоя покрытия в месте пробоя, которое.при большой энергии разряда может быть значительным. В ре- © эультате этого электрическая прочность устройства снижается до значения, соответствующего непокрытым изоляцией электродам, а при определенных условиях и ниже этого значения, что 25 приводит к снижению надежности устройства. в эксплуатации.

Высоковольтное устройство с изоляцией газом, содержащее. элементы высокого напряжения, расположенные внутри30 корпуса и имеющие, по крайней мере, на одном из них изоляционное покрытие (2) также не обладает необходимой стабильностью электрической прочности. В этом устройстве элементы высокого напряжения (токоведущая жила, корпус) имеют изоляционное покрытие вдоль всей своей поверхности, что не позволяет сохранить высокую электрическую прочность при пробое в устройстве.

Это может быть объяснено следующим образом. В таких устройствах электрическое поле обычно близко к однородному и электрическая прочность его непосредственно связана с величиной разрядной напряженности в сжатом газе. При повышенных давлениях газа имеют место предразрядные процессы в промежутке, которые снижают разрядную напряженность по сравнению с законом подобия газового разряда. Изоляционное покрытие подавляет эти процессы и увеличивает разрядную напряженность. Этот положительный эффект достигается при очень малых толщинах твердого диэлектрика (сотни мкм).

Толщина покрытия более нескольких сотен мкм и тем более 1 мм бесполезна с точки зрения достижения указанного

654960 положительного эффекта, в то же время возникают проблемы долговечности покрытия. Пробой в рассматриваемых устройствах начинается в точке поверхности электрода с максимальной напряженностью поля. Причем механизм разря1ца таков, что сначала пробивается основной газовый промежуток, а затем практически все напряжение оказывается приложенным к тонкому слою изоляционного покрытия, который пробивается, и покрытие разрушается. Разруше- Ю ние изоляционного покрытия приводит к тому, что на поверхности электрода в месте с максимальной напряженностью поля образуются острые кромки диэлектрика. Это вызывает дополнительное 15 местное усиление поля и следующие разряды происходят при меньшем напря жении — электрическая прочность устройства снижается.

Целью изобретения является o6ec- gp печенйе стабильности электрической прочности устройства при пробое, например, в процессе испытаний.

Эта цель достигается тем, что в покрытии предусмотрены зоны с пониженной электрической прочностью, например, путем уменьшения его толщины или его устранения. При этом соотношение расстояния по поверхности изоляционного покрытия между зонами с пониженной электрической прочностью и его наибольшей толщиной находится в пределах от б до 2000.

Эти зоны располагаются на определенном расстоянии от точки с максимальной напряженностью поля таким об- З5 разом, чтобы Напряжение перекрытия по поверхноСти покрытия от точки с максймальной напряженностью поля до зоны c пониженной электрической прочностью было меньше пробивного напряжения 40 покрытия. Тогда на первой стадии развития разряда также происходит пробой газового промежутка между высоковольтным электродом и заземленным корпусом. 45 Однако в тот момент, когда канал разряда замыкает корпус и поверхность покрытого электрода и практически все напряжение оказывается приложенным

K c3Io10 изолнционного IIQKPbITHR HMetoT» 50 ся уже два возможных пути для завершения разряда: пробой слоя изоляции покрытия и †. перекрытие по поверхности покрытия до зоны с пониженной электрической прочностью,где покрытия вообще может не быть или его прочность на пробой искусственно ослаблена. ксли напряжение перекрытия до указанной зоны покрытия меньше напряже- б0 ния пробоя слоя покрытия, то разряд в устройстве завершается по второму пути. В этом случае в зоне поверхности покрытия с максимальной напряженностью поля покрытие не разрушается (в отличие от известных решений) и

65 не происходит снижения электрической прочности устройства. Повреждение покрытия в зоне с пониженной напряженностью поля не опасно для электрической прочности устройства.

Ослабление электрической прочности слоя изоляционнorо покрытия может быть получено местным уменьшением толщины покрытия вплоть до нулевой или постепенным уменьшением толщины покрытия в том числе и до нуля по мере удаления от зоны с максимальной напряженностью поля. В случае, когда покрытие необходимо применять только в зоне с максимальной напряженностью поля зонами с пониженной электрической прочностью будут края покрытия.

Соотношение между длиной пути разряда по поверхности В и толщиной покрытия Е зависит от электрической прочности покрытия, размера и распределения напряженности поля вдоль поверхности электрода. При этом расчетная длина поверхности изоляционного покрытия между зонами с пониженной электрической прочностью будет равна 2g.

Наименьшее значение соотношения между длиной поверхности изоляционного покрытия между зонами с пониженной электрической прочностью и наибольшей толщиной В покрытия на этом участке имеет место для устройств на средние классы напРЯжениЯ (напРимеР, 110 кВ), в которых указанная цель достигается при 2 В/8 = б. Наибольшее значение этого соотнощения будет иметь место в электродных системах большой площади для устройств сверхвысокого напряжения., В случае применения особо высокопрочных покрытий (например, лавсан В = 0,7 .мм, давление элегаза

4 ата, импульсное напряжение) это соотношение может достигать 2000.

При значении соотношения больше

2000 напряжение перекрытия будет больше напряжения пробоя.

На чертеже изображено предложенное устройство с изоляцией газом с покрытием, имеющим эоны с пониженной электрической прочностью на пробой.

Токопровод 1 закреплен внутри корпуса 2 на изоляторе 3, у которого место контакта с токопроводом закрыто экраном 4 с изоляционным покрытием 5. Зона б с максимальным значением напряженности поля на поверхности экрана окружена канавками 7, прорезанными в покрытии на таком удалении, где напряженность поля снижается до необходимого уровня. Канавки находятся в точкаях сопряжения радиуса закругления экрана с плоскостью торца экрана и с цилиндрической частью поверхности экрана. Развитие разряда начинается в газовом промежутке в районе зоны б с максимальной напряженностью поля. После развития разряда в этом промежутке дальнейшее его

654960 распространение происходит по поверхности зоны б до одной из канавок 7 с пониженной электрической прочностью на пробой.

Соотношение между длиной пути поверхностного разряда Е и наибольшей .толщиной покрытия 6 в зоне с макси- 5 мальной напряженностью доля выбирается в каждом конкретном случае конструирования высоковольтного устройства. При этом условием развития разряда вдоль поверхности покрытия явля- 10 ется: напряжение перекрытия U p меньше напряжения пробоя покрытия

Ппр

Напряжение пробоя покрытия может

Выть выражено формулой вида

1 (1) где С, — постоянная, зависящая от рода йрименяемого диэлектрика в качестве материала покрытия.

Напряжение перекрытия по поверхности покрытия является сложной функцией.давления газа, толщины слоя .покрытия, диэлектрической проницаемости материала покрытия, длины пу(3}

Т а бл и ц а

Экран без покрытия 720 690 720 720

Тот же экран с покрытием Б =0,7 мм

910 820 775. 750

КРУЭ

220 кВ

Тот же экран в соответствии с чертежом 930 945 905 940

b = 0,7

2 Ю/Р= 30

Экран в соответствии с чертежом

2 e/8 = 6

b 1,5 мм

335 335 335

КРУЭ

110 кВ

Тот же экран без покрытия

280 280 275

Формула изобретения

Высоковольтное устройство с изоляцией газом, содержащее элементы высокого напряжения, расположенные внутри корпуса и имеющие, по крайней мере, на одном из них изоляционное пок-рытие, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью обеспечения стабильности электрической прочности устройства при пробое, например, в процессе ис65 пытаний, в покрытии имеются зоны с

Применение в высоковольтных устройствах предложенного изоляционного покрытия позволяет уменьиить размеры устройства на все классы напряжения, но в наибольшей степени для сверхвысоких напряжений. Так для элегазовых

КРУ 110 кВ применение .таких покрытий позволяет испольэовать трубы для корпуса 200 мм вместо 250 мм, а для

КРУЭ 1150 к — трубы диаметром 800 мм вместо 1000 мм. ти поверхностного разряда. Формула для расчета напряжения перекрытия выбирается опытным путем на основании экспериментальных исследований поверхностного разряда. Она может быть представлена в виде

u„e =c )о.b" e (2) где P — давление газа;

С,К вЂ” коэффициенты, зависящие от материала покрытия, вида воздействующего напряжения.

Приравнивая напряжения перекрытия и пробоя покрытия, находим.соотношение между длиной поверхностного разряда и заданной толщиной изоляционного покрытия, при которой обеспечивается нужное развитие разряда

В таблице приведены результаты экспериментальных исследований изоляционных узлов элегазового комплектного распределительного устройства

110, 220 кВ.

654960

1. Патент США Р 3856978, кл. 174-14, 1974.

2. Патент Англии Р 967012, кл. Н А, 1962.

Составитель F.. .Зиновьев

Редактор В.Левятов Техред О.Андрейко Корректор О.Билак

Заказ 2152/11 Тираж 922 Подписное

ЦИИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, ><-35, Раушская наб.,д.4/5

Филиал ППП Патент, r.ужгород, ул.Проектная,4

f j ., ) j,, 7 пониженндй.электрической прочностью, например уменьшенной толщины покрытия или его полного отсутствия, причем соотношение расстояния по поверхности изоляпионного покрытия между зонами с пониженной электрической прочностью и его наибольшей толщиной находится в пределах от 6 до 2000.

Источники инФормации, принятые во внимание при экспертизе