Общая характеристика внешней изоляции

.

АТМОСФЕРНЫЙ ВОЗДУХ КАК ДИЭЛЕКТРИК

Основным диэлектрическим «материалом» для создания внешней изоляции электроустановок служит атмосферный воздух. Изолируемые электроды (шины распределительных устройств, провода линий электропередачи, наружные токоведущие части электрических аппаратов) располагаются на определенных расстояниях друг от друга и от земли (или заземленных частей установок) и укрепляются в заданном положении с помощью изоляторов. Изоляционные расстоя­ния по воздуху зависят от значений напряжения, воздейст­вию которого подвергается установка, и от электрической прочности воздуха.

При нормальных атмосферных условиях электрическая прочность воздушных промежутков относительно невелика и в однородном поле при межэлектродных расстояниях бо­лее I см имеет значение, не превышающее 30 кВ/см. В боль­шинстве изоляционных конструкции при приложении высо­кого напряжения создается резко-неоднородное электриче­ское поле. Электрическая прочность воздуха в таких полях еще меньше и при расстояниях между электродами поряд­ка 1—2 м составляет приблизительно 5 кВ/см, а при рас­стояниях 10—20 м снижается соответственно до 2,5— 1,5 кВ/см. В связи с этим габариты воздушных линий элек­тропередачи и распределительных устройств в значительной мере определяются электрической прочностью воздуха и при увеличении номинального напряжения, очень быстро возра­стают.

На разрядные напряжения воздушных промежутков ока­зывают влияние давление р, температура T и абсолютная влажность у воздуха, поэтому изоляционные расстояния по воздуху выбираются таким образом, чтобы они имели до­статочную электрическую прочность при неблагоприятных атмосферных условиях. В частности, электрооборудование обычного исполнения предназначено для работы на высотах до 1000 м над уровнем моря и при температурах окружаю­щего воздуха до 40 °С. В связи с этим при проектировании внешней изоляции электрооборудования учитывается, что подъем на каждые 100 м над уровнем моря дает снижение разрядных напряжений примерно на 1 % и такое же сни­жение дает увеличение температуры на каждые 3 °С сверх нормалью. В качестве нормальной температуры принима­ется T₀ = 293 К (t=20°С), в качестве нормального дав­ления, соответствующего уровню моря, — давление P₀ =100 кПа (760 мм рт. ст.) в качестве нормальной влажности воздуха — абсолютная влажность у_о = 11 г/м³ . Уменьшение абсолютной влажности воздуха в 2 раза приводит к снижению разрядных напряжений внеш­ней изоляции на 6—8%. Следует отметить, что приведен­ные данные, характеризующие изменение разрядных напря­жений под влиянием атмосферных условии, относятся к межэлектродным расстояниям до 1 м. При расстояниях между электродами больше 1 м влияние атмосферных ус­ловий снижается по мере увеличения расстояния. Дождь практически не оказывает влияния на разрядные напряже­ния промежутков с неоднородным полем.

НАЗНАЧЕНИЕ И ТИПЫ ИЗОЛЯТОРОВ

Диэлектрики, из которых изготавливаются изоляторы, должны обладать высокой механической прочностью, по­скольку изоляторы, являясь элементом конструкции, несут значительную нагрузку. Изоляторы линий электропередачи, например, несут нагрузку от натяжения проводов, исчисляе­мую тоннами, а иногда и десятками тонн. Опорные изоля­торы, на которых крепятся шины распределительных уст­ройств, выдерживают громадные нагрузки от электродина­мических сил, возникающих между шинами при коротких замыканиях.

Диэлектрики должны иметь высокую электрическую прочность, позволяющую создавать экономичные и надеж­ные конструкции изоляторов. Нарушение электрической прочности изолятора может происходить или при пробое твердого диэлектрика, из которого он изготовлен, или в результате развития разряда в воздухе вдоль внешней поверх­ности изолятора. Пробой твердого диэлектрика означал бы выход изолятора из строя, тогда как разряд по поверхно­сти при условии быстрого отключения напряжения не при­чиняет изолятору никаких повреждений. Поэтому пробив­ное напряжение твердого диэлектрика в изоляторе должно быть (и всегда делается) примерно в 1,5 раза более высо­ким, чем напряжение перекрытия по поверхности, которым и определяется электрическая прочность изолятора.

Диэлектрики должны быть негигроскопичны и не долж­ны изменять своих свойств под действием различных мете­орологических факторов. При неблагоприятных условиях (дождь, увлажненные загрязнения) на поверхностях изоля­торов, устанавливаемых на открытом воздухе (изоляторов наружной установки), могут возникать частичные электри­ческие дуги. Под их действием поверхность может обугли­ваться и на ней могут появляться проводящие следы — треки, снижающие электрическую прочность изоляторов. Поэтому диэлектрики для изоляторов наружной установки должны обладать высокой трекингостойкостыо.

Всем указанным требованиям в наибольшей степени удовлетворяют глазурованный электротехнический фарфор и стекло, получившие широкое распространение, а также не­которые пластмассы.

Электрическая прочность фарфора воднородном поле при толщине образца 1,5 мм составляет 30—40 кВ/мм и уменьшается при увеличении толщины. Электрическая проч­ность стекла при тех же условиях — 45 кВ/мм.

Механическая прочность фарфора и стекла зависит от вида нагрузки. Например, прочность фарфоровых образцов диаметром 2—3 см составляет при сжатии 450 МПа, при изгибе — 70 МПа, а при растяжении — всего 30 МПа. По­этому наиболее высокой механическ