Высоковольтное устройство

Высоковольтное устройство с изоляцией сжатым газом, содержащее элементы высокого напряжения, расположенные внутри корпуса и имеющие по крайней мере на одном из них изоляционное покрытие, отличающееся тем, что, с целью повышения электрической прочности устройства, указанное изоляционное покрытие выбрано с диэлектрической проницаемостью не более 3.

Изобретение относится к высоковольтным устройствам с изоляцией газом, в частности комплектным распределительным устройствам, изолированным газом, например элегазом.
Целью изобретения является повышение электрической прочности устройства.
На фиг. 1 схематически изображено устройство; на фиг. 2 показана зависимость напряженности внешнего поля, при которой происходит разряд в клине между частицей и покрытием, от величины диэлектрической проницаемости материала покрытия.
В высоковольтном устройстве имеются элементы 1 высокого напряжения (экраны), находящиеся в корпусе 2. Экраны устройства, находящиеся под высоким потенциалом, покрыты тонким слоем (несколько сотен мкм) диэлектрика 3.
На фиг. 2 4 указанная зависимость при постоянном напряжении, 5 она же при коммутационном импульсе, 6 та же зависимость в соответствии с законом подобия газового разряда.
Электрическая прочность данного узла высоковольтного устройства определяется по формуле

где d диаметр внутреннего цилиндра;
D диаметр корпуса внешнего цилиндра;
K коэффициент усиления поля на поверхности экрана, определяется расчетом электростатического поля;
E_пр пробивная напряженность в газе.
Из приведенной формулы следует, что электрическая прочность устройства при прочих равных условиях прямо пропорциональна пробивной напряженности газа. Таким образом, если при давлении элегаза 0,3 МПа и применении в качестве покрытия эпоксидного компаунда пробивная напряженность в газе равна 20,0 кВ/мм, а в случае материала покрытия с диэлектрической проницаемостью менее 26,7 кВ/мм (фиг. 2), то увеличение прочности устройства должно составить 33% по сравнению с покрытием в виде эпоксидного компаунда. Это дополнительное увеличение электрической прочности и характеризует положительный эффект от применения покрытия с диэлектрической проницаемостью не более 3.
Положительный эффект от применения такого покрытия объясняется следующим образом.
Выполненными исследованиями установлено, что в условиях покрытия электродов негативное влияние механических проводящих загрязняющих частиц сохраняется. Их действие обусловлено тем, что, приобретая заряд в электродной системе, они под воздействием электростатического поля прилипают к высоковольтному электроду. При повышении напряженности поля у поверхности электрода происходят ионизация между частицей и поверхностью покрытия и отпадание частицы. При этом возможна инициализация разряда в промежутке за счет возрастающего искажения электростатического поля у частицы с противоположной стороны от поверхности покрытия и подсветки промежутка разрядом между частицей и поверхностью покрытия (так называемый безэлектродный разряд).
Исследования позволили установить, что при уменьшении диэлектрической проницаемости материала покрытия напряженность электростатического поля у электрода, при которой начинается ионизация в клине между частицей и поверхностью покрытия, возрастает (фиг. 2). Из этого экспериментально установленного факта следует, что с уменьшением диэлектрической проницаемости материала покрытия негативное влияние частиц на пробивную напряженность устройства с покрытием должно уменьшаться.
На фиг. 2 показана зависимость напряженности начала ионизации в клине между частицей и покрытием и, соответственно, напряженности отпадания частиц от покрытого электрода при воздействии напряжения постоянного тока, а также приведена с учетом экспериментально определенного коэффициента импульса зависимость напряженности отпадания частицы при воздействии импульсного напряжения. Эта последняя зависимость фактически определяет влияние загрязняющих частиц на пробивную напряженность устройства при воздействии импульсного напряжения. На фиг. 2 следует, что при диэлектрической проницаемости менее 3 пробивная напряженность становится соизмеримой или равной значению пробивной напряженности, определяемой в соответствии с законом подобия газового разряда и являющейся предельной для данного давления газа. Зависимости построены для размера сферической частицы, который определяет пробивную напряженность в случае непокрытых электродов аппаратов КРУЭ 1150 кВ.
Приведенные на фиг. 2 зависимости объясняют тот факт, что при применении в качестве материала покрытия эпоксидного компаунда ( =4,5) не удавалось полностью использовать электроизоляционные свойства элегаза в устройствах сверхвысокого напряжения.
Так, если для неизолированных электродов в КРУЭ 1150 кВ при давлении элегаза 0,3 МПа пробивная напряженность равна 16,0 кВ/мм при воздействии коммутационных импульсов напряжения, то при покрытии электродов эпоксидным компаундом минимальная пробивная напряженность, полученная в процессе высоковольтных испытаний, составила лишь 20,0 кВ/мм. Оценка по соответствующей кривой дает значение ожидаемой пробивной напряженности 19,8 кВ/мм. Если в качестве материала для покрытия использовать диэлектрик с меньшей диэлектрической проницаемостью, то пробивная напряженность увеличивается и при диэлектрической проницаемости 2,7 становится равной пробивной напряженности, определяемой в соответствии с законом подобия газового разряда 26,7 кВ/мм.
Для проверки сделанного вывода были выполнены экспериментальные исследования реального полномасштабного узла КРУЭ 1150 кВ. Существующие аппараты КРУЭ 1150 кВ имеют диаметр заземленного корпуса 100 мм. С целью выявления предполагаемого положительного эффекта от применения покрытия диаметр корпуса был уменьшен до 630 мм, а давление газа с 0,4 до 0,3 МПа (коммутационный импульс 300/2500 мкс). В таблице приведены результаты испытаний устройства с электродами без покрытия и с покрытием эпоксидным компаундом ( 4,5) и полиэтиленом (( 2,2).
Результаты испытаний показали, что при воздействии коммутационных импульсов устройство с электродами (экранами), покрытыми полиэтиленом, характеризуется значением пробивной напряженности, практически равным предельному значению, которое определяется в соответствии с законом подобия газового разряда. Если говорить о величине пробивного напряжения устройства, то оно для диаметра заземленного корпуса 630 вместо 1000 мм в соответствующих аппаратах соответствует нормам для изоляции КРУЭ 1150 кВ относительно земли.
Изобретение относится к электротехнике, в частности к высоковольтным устройствам с изоляцией газом. Целью изобретения является повышение электрической прочности устройства. В корпусе имеются элементы высокого напряжения, которые покрыты изоляционным материалом с диэлектрической проницаемостью не более 3. 2 ил., 1 табл.