Электрический расчет изоляции секций

 

В настоящее время в качестве электрической изоляции между обкладками в секции силовых, высоковольтных, электротермических и др. конденсаторов используются различные варианты: на основе конденсаторной пропитанной бумаги, ее комбинации с полипропиленовой пленкой, а также чисто пленочночные. В случае комбинированной изоляции необходимо учитывать перераспределение напряженности электрического поля по ее слоям с учетом их толщины, величины диэлектрической проницаемости на переменном токе и с учетом электропроводности на постоянном токе [2].

При выборе толщины изоляции и рабочей напряженности электрического поля необходимо обеспечить условия электрической прочности и устранение возможности развития ионизационных процессов при эксплуатации. Обычно рабочую напряженность поля находят из условия:

, (2.1)

где: – электрическая прочность выбранного диэлектрика;

= 1,1 ÷ 2,0 – коэффициент запаса электрической прочности;

= 1,2 ÷ 2,2 – коэффициент, учитывающий разброс значений .

Если диэлектрик конденсатора подвержен процессу старения (особенно для высоковольтных конденсаторов), то рабочую напряженность поля выбирают исходя из значений длительной электрической прочности Е_дл, что учитывается коэффициентом = 1,3 ÷ 2,5. Кроме того, если конденсатор в процессе работы может быть подвержен воздействию коммутационных перенапряжений, то необходимо учитывать коэффициент = 1,3 ÷ 3,0.

Для бумажно-масляной изоляции, обычно содержащей воздушные включения, выбор рабочей напряженности должен производиться также с учетом возможности развития в них частичных разрядов (ЧР). На практике обычно используют эмпирические уравнения.

Для изоляции, толщиной 0.03 ¸1.0 мм можно принять

, [МВ/м]. (2.2)

Для конденсаторной бумаги КОН-1 толщиной 10 ¸12 мм, пропитанной маслом:

, [МВ/м]. (2.3)

Выбрав рабочую напряженность поля, определяют требуемую для заданного напряжения толщину изоляции:

, или . (2.4)

Полученное значение толщины изоляции может оказаться достаточно большим или значительно отличаться от оптимальной толщины для слоистой (бумажно-масляной или пленочной) изоляции, учитывая зависимость Е_пр= f(d). Кроме того, необходимо учитывать, что электроизоляционные материалы (ЭИМ) выпускаются промышленностью с определенной (регламентированной ГОСТом) толщиной, которая может не соответствовать найденной толщине. В соответствие с этим всегда производится корректировка ее величины.

Рассмотрим конкретно расчет изоляции секций для выбранного варианта конденсатора.

 

Расчет закраины конденсатора, толщины изоляции от корпуса.

 

Размер закраины выбирается из условия перекрытия по закраине и условия отсутствия скользящих разрядов. В зависимости от конструкции конденсатора различают секции со скрытой и выступающей фольгой, что показано на рис. 2.2

 

 

В случае а) (рис. 2.2, а) Dl = d + d, а в случае б) (рис. 2.2, б) длина закраины . Обычно , поэтому в расчетах значением d можно пренебречь. На практике длину закраины Dl определяют из условия:

, где (2.5)

(2.6)

На участке прямолинейной зависимости значение можно определить через коэффициент закраины , который составляет величину порядка 1.5 мм/кВ.

При расчете толщины изоляции между секциями необходимо учитывать, что при последовательном их соединении к ним будет приложено удвоенное напряжение секции, т.е.

, (2.7)

где – коэффициент запаса электрической прочности.

Обычно изоляцию между секциями из соображений механической прочности берут увеличенной толщины (вместо конденсаторной бумаги применяют кабельную бумагу, электрокартон и т.д.).

При использовании металлического корпуса необходимо принять меры к изоляции секций от корпуса. Величина напряжения, приходящаяся на эту изоляцию, может достигать значения номинального напряжения. Поэтому расчет толщины изоляции от корпуса должен, прежде всего, производиться из условия ее кратковременной электрической прочности с учетом возможности перенапряжений, т.е.

, (2.8)

где – электрическая прочность изоляции с учетом разброса;

– коэффициент, учитывающий разброс значений Е_пр;

– коэффициент, учитывающий перенапряжения;

– толщина изоляции между секциями и корпусом.

С учетом возможности механического повреждения изоляции при сборке конденсаторов величину берут несколько больше (на величину ), которая может составлять 0.5÷3 мм.

. (2.9)

Следует отметить, что увеличение толщины изоляции между секциями и корпусом по сравнению с толщиной активной изоляции между обкладками приводит к понижению уровня напряжения возникновения частичных разрядов (ЧР). Однако чрезмерное увеличение ее толщины ухудшает условия теплоотвода, что может вызвать перегрев конденсатора и развитие теплового пробоя в основной изоляции между обкладками.

 

Расчет емкости секций

 

Емкость секций рассчитывается, задаваясь ее размерами (толщиной , шириной и высотой , которые выбираются предварительно, опираясь на существующие прототипы конструкций), толщиной фольги, коэффициентом запрессовки и уточнив значение диэлектрической проницаемости изоляции. Обычно ширина бумажной ленты выбирается не более 200÷300 мм из условия устранения морщин при намотке секций, а толщина не более 5÷20 мм, чтобы избежать разрыва бумаги и фольги в местах изгиба при опрессовке.

. (2.10)

Для комбинированной бумажно-масляной или бумажно-пленочной изоляции величина диэлектрической проницаемости определяется с учетом значений диэлектрической проницаемости отдельных компонентов и пропитывающей жидкости.