Определение параметров внутренней изоляции оборудования подстанций

1. Схемы замещения двухслойного диэлектрика.
В качестве внутренней изоляции высоковольтного оборудования очень часто применяются комбинации диэлектриков, сочетание которых позволяет получить наиболее благоприятные свойства изоляционной конструкции. В частности, очень большое распространение получила слоистая изоляция, в состав которой входят пропитанные маслами волокнистые материалы типа бумаги (кабели, конденсаторы, трансформаторы и др.).
Ухудшение качества слоистой изоляции в большинстве случаев происходит путем более или менее однородного изменения свойств одного из слоев, тогда как характеристика других слоев остаются практически неизменными. Это приводит к изменению неоднородности изоляции. По характеру этого изменения можно судить о состоянии изоляции.
В простейшем случае неоднородная изоляция состоит из двух слоев, каждый из которых характеризуется своей удельной проводимостью слоев γ и диэлектрическойпроницаемостью ε. Модель двухслойного диэлектрика представлена на рис. 4.

Рисунок 4. Модель двухслойного диэлектрика
Для анализа процессов в модели двухслойной изоляции используют схемы замещения, показанные на рис.5.
а) б)
Рисунок 5. Схема замещения двухслойного диэлектрика
2. Вычислим параметры схемы замещения по данным, приведенным в таблице и при уменьшении значения R₁ в 100 раз.
Схема представленная на рис . 5, б эквивалентна схеме на рис. 6, а. В этой схеме замещения:
сопротивление утечки всей изоляции в установившемся режиме
R = R1 + R2,
геометрическая емкость изоляции
Сr = С1 С2 /(С1 + С2 ).
Ветвь «r — ΔС» отражает накопление заряда абсорбции, параметры ее определяются из условия равенства полных сопротивлений обеих схем замещения:
r = R1R2 (R1 + R2 )(С1 + С2)2 /(R1С1 – R2С2)2;
ΔС = (R1С1 – R2С2)2 / (R1 + R2)2 (С1 + С2).
Вычислим параметры схемы замещения:
1) по заданным параметрам
R = R1 + R2=(170+1,7)·106=171,7·106 Ом;
Сr=С1 С2 /(С1 +С2)=2,2·22/(2,2+22)=2 мкФ;
r = R1R2 (R1 + R2 )(С1 + С2)2/(R1С1 – R2С2)2=
=170·1,7·106(170+1,7)·(2,2+22)2/(170·2,2-1,7·22)2=256,5·106 Ом;
ΔС = (R1С1 – R2С2)2 / (R1 + R2)2 (С1 + С2)=
=(170·2,2-1,7·22)2/((170+1,7)2(2,2+22))=0,159 мкФ;
2) при уменьшении значения R₁ в сто раз
R = R1 + R2=(1,7+1,7)·106=3,4·106 Ом;
Сr = С1 С2 /(С1 + С2 ) =2,2·22/(2,2+22)= 2 мкФ;
r = R1R2 (R1 + R2 )(С1 + С2)2 /(R1С1 – R2С2)2=
=1,7·1,7·106·(1,7+1,7)·(2,2+22)2/(1,7·2,2-1,7·22)2=5,08·106 Ом;
ΔС = (R1С1 – R2С2)2 / ((R1 + R2)2 (С1 + С2))=
=(1,7·2,2-1,7·22)2/((1,7+1,7)2(2,2+22))=4,05 мкФ.
3. Определим сопротивление изоляции при приложении постоянного напряжения в течении 60 и 15с, когда R₁ соответствует таблице и 0,01 R₁.
Сопротивление изоляции R(t) определяется формулой:
R(t) = U/I(t) = R/[1+(R/r)exp(–t / τ)],
где τ = rΔС = R1R2 (С1 + С2) /(R1 + R2) – постоянная времени.
Вычислим R(t) приложении постоянного напряжения в течении 60 и 15с, когда R₁ соответствует таблице и 0,01 R₁:
1) по заданным параметрам
τ = rΔС = 256,5·0,159=41 с, тогда
R(t=15) = 171,7·106 /[1+(171,1/256,5)exp(–15/41)]=44,2 МОм;
R(t=60) = 171,7·106 /[1+(171,1/256,5)exp(–60/41)]=117 МОм;
2) при уменьшении значения R₁ в сто раз
τ = rΔС = 5,08·4,05=20,6 с, тогда
R(t=15) = 3,4·106 /[1+(3,4/5,08)exp(–15/20,6)]= 3,28 МОм;
R(t=60) = 3,4·106 /[1+(3,4/5,08)exp(–60/20,6)]= 2,57 МОм.
4