автореферат диссертации по энергетике, 05.14.12, диссертация на тему:Электрическое старение высоковольтной изоляции из электроизоляционного бетона

Сибирский научно-исследовательский институт энергетики

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СТАШИЕ ШСОКОВОЛЬТНОЙ ИЗОЛЯЦИИ ИЗ ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННОГО БЕТОНА

Специальность 05.14.12 - "Техника шсоххх капрккекаЯ"

Автореферат диссертации на соискание ученой степей» кандидата техкичеоопс науж

На правах рукописи

Рогачева Светлана Викторовна

УДК 621.315.6:666.972:621.3.019.24

Ново скбярсж "1992 "

Работа выполнена в Сибирском научно-исследовательском институте энергетики.

Научный руководитель: к.т.н., ст.н.с. Чунчин З.А.

Офиниальные оппоненты: д.т.н..профессор Ушаков В.Я.,

к.т.н., ст.н.с. Овсянников А.Г.

Ведущее предприятие: Сибирский институт "Энергосеть-

проект".

Зашита состоится 15 января 1993 г. на заседании специализированного Совета K-I44.04.0I по присуждению ученой степени кандидата технических наук в Сибирском НИИ энергетики по адресу: 630091, г.Новосибирск-91, ул.Фрунзе,9.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан 14 декабря 1992 г.

Ученый секретарь специализированного Совета K-I44.04.0I, к.т.н.,ст.н.с.

А.Г.Овсянников

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблема. СуществукЕ^тй пздход к разработке и проектированию объектов электросетевого строительства, о сноса. Hit! на использовании традиционных электроизоляционных материалов, во многом исчерпал свои возможности и не позволяет получать новые компоновочные решения, отвечающие требованиям завтрашнего дня. В связи с этим все актуальнее становятся задачи разработки пепсжк-тивных материалов и изделий, открывапцих пути к более рагз*зна.ть-ным конструктивным решениям ЕЛ и ОРУ Ш. Этим обусловлено аятив-ное развитие в последние годы полимерной высоковольтной изоляции. Перспективным с указанных позиций представляется и использование в электросетевом строительстве язолирутизпс конструкций (КК) из электроизоляционного бетона (электробетона), которые обладают наряду с хорошими электроизоляционными свойствами высокой несусвй способность*). Применение таких конструкций позволяет совместить 8 одном элементе изолирупщие и несугще функции я Шлучить в ряде случаев значительный технико-экономический эф|«ят за счет гнедре-ния принципиально новых компоновочных реяений1 электроустановок.

К настоящему времени накоплен многолетний пэлоиттельниЯ ошт эксплуатации конструкций из злектробетона (изолирущие траверсы для ВЛ 10...ПО кВ, опорные III для ОРУ 1С ПО...500 кВ) в раалго-ных энергосистемах страны, гоказавапций шсокутз работоспособность в самых сложных эксплуатационных условиях.

Успех при создании высоковольтных конструкция в значительной степени зависит от умения правильно спрогнозировать срок слухйн и обеспечить длительную и надежную работу в процессе акешуата-ции. В то же время, важно избежать необоснованных запасов, когорте приводят к увеличению габаритов и стоимости изоляции.

Отсутствие результатов теоретических и excnepssvawraatiar: исследований изменения свойств композиция алектробетон - стекгзпя»-стиж в процессе длительного воздействия электрического тля делает работу ш изучении электрического старения »того ыатержажа актрь-льной. Результата рабом в виде рекомендаций по о пред ел таят яо-пустишх условий эксплуатации конструкций из электроОтот двяся обеспечить их необходимую надежнссть и вговаитоюгть.

Цельп настоящей ребсте является гшгаяеяге основных агззжзюгр-ностей в изменении свойств rownsmpnt электробетон - стекло«детин в условиях дгитального воадегствия высокого вацрянкгая я о предало-

нке предельна допуста:.ых напряженностей электрического поля для реальных конструкций из '/лектроизоляционного бетона.

В соответствии с иельп работы были сформулированы следугацие задачи:

- исследовать механизм электрического старения электробетона, ар:.мро ванного стержневой стекло пластиковой арматурой (СПА);

- экспериментально получить количественные характеристики частичных разрядов (ЧР) и электрической прочности армированного элэктробетона, а такие выявить тенденции изменения этих параметров в условиях продолжительного воздействия электрического поля у. эксплуатационных факторов;

- разработать метод расчета длительной электрической прочности ар^лрованного электробетона;

- обосновать ограничения по допустимым напряженностям электрического поля и определить предельно допустимые напряженности для изолируяцих конструкций из электробетона, армированного СПА.

Научная новизна работы.

1. Впервые проведены комплексные экспериментальные исследования ионизационного старения эляктробетона, армированного стержневая стеклапластиковой арматурой, в условиях однородного и г -однородного электрического поля. Изучено влияние внешних эксплуатационных факторов (влажности среды, циклического воздействия положительных и отрицательных температур, механической нагрузки)на длительную электрическую прочность армированного электробетона.

2. Предложено математическое описание длительной электрической прочности изоляции, дающее хорошее соответствие с экспериментальными результатами.

3. На основе выявленных закономерностей развития процесса ионизационного старения для электробетона, армированного стеклопластиком, установлен предельна допустимый с точки зрения длительной электрической прочности уровень возникновения частичных разрядов в его воздушных включениях.

4. Обнаружен эффект повышения электрической прочности электробетона, продолжительное время находящегося в условиях повышенной влаяности. Вменен механизм и дано объяснение этого явления.

Практическая значимость.

По результатам экспериментальных исследований и расчетов электростатических полей в электробетоне вблизи границы раздела со стеклопластиковой арматурой определены предельно допустимые

уровни 4P и сформулированы рекомендации по выбору допустимой напряженности электрического поля.

Разработана инженерная методика расчета срока службы изолирующих конструкция из электробетона.

В целом, выполненные исследования обосновали возможность более, чем трехкратного повыяения долусти?/ой напряженности электрического поля, что позволило существенно упростить электродную систему конструкций, а в ряде случаев и полностью отказаться от нее.

Достоверность полученных в работе результатов подтверждается большим объемом экспериментальных исследований, соответствием при-меняешх методик требования!/ ГОСТ и анализом ошибок измерений. Правильность расчетных соотношений подтверждается хорошей сходимостью расчетных и экспертоентальных данных, положительным опытом эксплуатации конструкций в реальных условиях.

Реализация работы. Результаты работы исгользоваш отделениями ВГГИ и НИИ "Энергосетьпроект" при проектирования ОРУ ТЕ и ВЛ с изолирующими конструкциями из злектробетона. В частности, пря проектировании изолирупцих стоек год конденсаторные батареи УПК--110 кВ на ПС ".Урожай" Карасукских электросетей ГО "Новосибирскэнерго" и под ткет КБ 500 кВ.

В настоящее время эти установки успепно проходят отктнуг эксплуатацию.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на сяе-дупцих совещаниях и конференциях: Всесоюзное научно-техническое совещание "Црименение электроизоляционного бетона в алектрасчтввок строительстве" (Новосибирск, СибНИИЭ, 1962 г.), науччо-технич;ская конференция "Исследование и разработка нових методов выбора в эксплуатации линий электропередачи и подстанций в районах с проюпген-ныки й естественная? источниками загрязнения" (Тазкент, CAO Экерт-сетьпроект, 1983 г.), 3-я Всесоюзная конференция колодах учених и специалистов ии.В.К.Щербакова "Вопросы пэвыяения надежности и экономичности работы энергосистем" (Новосибирск, СибКИКЭ, 1965 г.1, -Всесоюзное научно-техническое совещание "Разработка и внедренка новых материалов, конструкций и технологий для алегтросетевогб"" строительства" (Новосибирск, СибЬПГ.Э, 1989 г.), научно-техюпгво-кое совещание "Состояние и перспективы развития электрической иво-ляции" (Москва, ВЭИ, I9S2 г.).

Публикация работы. Материалы, о трелящие основное содержим работа опубликованы в 4 статьях.

"тгцтуэя и об-е?' работы. Материал диссертационной работы излсек на 128 страницах гааиногисного текста, содержит 54 рисунка 25 та*лиг. Диссертация состоит из введения, б глав, заключения, списка использованных литературных источников из III наиме-ногани? отечественных и зарубежных авторов и 5 приложений.

Зо введении рассмотрена актуальность проблемы, показаны особенности работы и ее место в исследованиях по электроизоляционному батону.

5 пепзо'.« раз челе приведен анализ современного состояния вопроса о длительной электрической прочности и рассмотрены сущест-«аунгие методы ™е изучения. Кратко изложены особенности техноло-Г'.'и получения, структуры и свойств электроизоляционного бетона и -то композиции со стсклопластиковой арматурой. Поставлена цель и ."-?ор"улирозаш задачи исследований.

Ъо втором разделе излогана методика исследований.

2 третьем раздело рассмотрен механизм старения электроизоляционного бетона, армированного СПА. Предложено математическое описание длительной электрической прочности изоляции.

Четвертый раздел посвящен экспериментальным исследованиям длительной электрической прочности электробетона. Всесторонне исследованы характеристики 4P композиции электробетон - СПА в электрических полях различной степени неоднородности. Получена зависимость срока, службы композиции от величины воздействупцей напряженности старения (кривая жизни).

Б пятом разделе экспериментально рассмотрены вопросы длительного влияния внеаних эксплуатационных факторов (увлажнение, температура, механическая нагрузка и т.д.) на стабильность диэлектрических свойств армированного электробетона.

В шестом разделе на основе проведенного комплекса экспериментальных и теоретических исследований разработаны рекомендации по выбору допустимой напряженности электрического поля для изолирующих конструкций из электроизоляционного бетона классов напряжения 110-500 кВ.

3 заклечении сформулированы основные результаты работы.

В приложении приведены документы государственных и ведомственных комиссий, подтверждающие ввод в эксплуатацию и соответствие существующим требованиям изолиругапих конструкций из электробетона, разработка которых выполнена с учетом результатов настоящей работы.

СОДЕЕШЖ РАБОТЕ

Разработанный в СибНИИЭ электрокзсляттсятай бетон изготагли-вается из дешевого и доступного сырья гп технологии, схолной с технологией изготовления обычных строительных батонов. Лг.~ использования плектробетона в высоко во ль ттггх кзалиргпгих констр;.":якг с большой несупей сгюсобностьв его необходимо аргировать диэлектрической арматурой. Для этой пели в настоящее гремя исгольэ'-етм стержневая стекло пластиковая арлатура диагетро>/ 5 мм. Отдельно взятые неармированвдй электробетон и С ПА эт/егт высокую электрическую прочность. Однако электрическая прочность кокпозипик из электробетона и стеклопластика примерно Едвае ниже. Она определяется дефектами в переходной области между злектробетотои а СНА, так как гладкая полимерная поверхность стеклопластика не спэсобс-твует сцеплению с бетонок. Мегяу электробетоном и СГй образуются протяженные узкие пэлосги. Пзд действием высокой напрятеннэети электрического поля в воздушных включениях то гут возникать 4?, которые являются основной причиной старения армированного злектробетона. От условий возкккновеш!я и развития ЧР во «ятагои зависит долговечность и надежная работа изолжиокшх хонструший.

Уплотняя различны}.: образом область метду злектробетонз^ н СПА, !.'0!гн0 снизить дефектность и повысить электрнчесгуо прочность этого композиционного материала.

На основе анализа электрических характеристик ар*г.гро валкого электробетона и опыта эксплуатации иза-пфуясстс конструктив из этого материала, принятая до последнего врехзнх длительно допустимая напряженность электрического поля Цщт =1,5 гЗ/сн, грже-тавляется заникенной. Недоиспользование возможностей иатервегв отражается на габаритах и стоимости конструкпиЗ.

Кетодика исследований

В пронесся исследований определялись сдедушке харагтеркряя-кп: кратковременная электрическая прочность пра возжейстгкв переменного напряжения, импульсная злектраццщая прочность, кагрлтв-ние возникновения ( ^ ) ЧР, кзжуииЯся зяряг. í 0. ), средняя тог ЧР, электрическое сопротивление, хвркстссть, длительная агегтрл— ческая прочность, стабильность алегтричееттг харагтерястяк прг воздействии, солнечкой раскали, слаянсЛк, шпгреиенкэго взадейо-твия отриг-атольки и гюлоеттельгегх !/схгэтгг®сгая

-о-

ность.

Исследования выполнены на образцах и моделях конструкций с Сайкиной обработкой градины раздела между электробетоном и СГА рзз"ершгл от 2 г;.' го Минимальны:'. размер образцов определял-

ся структурными особенностями изоляции из аршро ванного электро-•.'.золпг.'иоиного бетона. Для сравнения использовались образш, шре-занные из реальных иаолирутсаих. конструкций, изготоатенных в заводских условиях. Исследования проводились в однородном и неоднородном электпэттских полях. Для Форшрования неоднородного_поля использовались кольцевые электрода, навитые на стеклопластик и за-форуированшр з бетон. Расположение электродов в наиболее дефектно? зоне материала позволило выявить процессы, приводящие к нару-электрической прочности изоляхгии, определить время и условия, гаи которых влага по порам и капиллярам может достигать по-перуности СПА.

Для определения стабильности электрических характеристик э^паз-ы были разделены на 3 партии и выдерживались в условиях с различной влажность» среды:

I - воздушно-сухие условия (температура 18-22°С, относительная влатность воздуха 40-бС%),

П - атмосферные условия (образш находились на открытом воздухе, температура и влажность переменные),

Ш - над водой (температура е-22°С, относительная влажность 98-100&),

Структурная пористость определялась с ломощья ртутной поро-метрии. Механическая прочность определялась на гидравлическом прессе ГЕУ-10. Пробивное напряжение определялось согласно ГОСТ 1516-1-76, напряжение возникновения Ч? по ГОСТ 200.74-74. В качестве регистраторов ЧР использовались полуавтоматические измерители типа "Корона-6" с чувствительностью по зардду 10" ^Кл. Испытания на электрическую прочность и измерения характеристик ЧР проводились в среде сухого трансформаторного масла. Исследования электрического старения электробетона проводились в воздушной среде. На стенд для старения одновременно устанавливалось до 30 образцов. После установки напряжения старения фиксировать время от момента подачи высокого напряжения до пробоя, которое принималось за срок службы. На основании экспериментальных данных строились функции распределения сроков службы и кривые жизни.

Учитывая большой статистический разброс значений напряжения

возникновения ЧР важным методическим моментом является шбор количества образцов при определении соответствия экспериментальных данных заданным теоретическим законам распределения для вычисления порогового значения напряжения возникновения ЧР. Экспериментальные значения напряжений возникновения ЧР у десяти даборок с числом образцов от 10 до 500 стук проверялись на соответствие де^ сяга ладанным теоретическим законам распределения по критерия пиО с помощью ЭВ". Установлено, что при малом количестве образцов почти, все законы распределения имеют высокий уровень значимости. С увеличением объема шборки число законов с высоким уровнем значимости резко падает. Для определения аналитического вида распределений-^ ЧР необходимо не менее 200 образцов. Расчета показали, что распределения ЧР хорошо огасызагтся усеченными законами. Это удобно как л физической, так к с методической точки зрения: за минимально возможное значение напрякения возникновения ЧР принять нижнюю границу усечения распределения случайных величин.

Механизм электрического старения электробетона к математическое описание длительной электрической прочности

Предложенное в диссертации объяснение механизма ионизационного старенил электроизоляционного бекша,. армированного С ГА, основывается на результатах исследований в области изучения старения диэлектриков Ленинградской и Томской акол, а также лниа исследованиях лвтора.

. На первой стадии, старения многокомпонентного диэлектрика ЧР в первую очередь воздействует на органический петролатум, которым пропитана неорганическая основа. Образование и накопление тлу-проведяших и проводввих продуктов на внутренних поверхностях яоэ-дупных вкчктчений приводит к затухания Ч? в тех гтзрах, где ЧР возникли в. исходном состоянии и возникновение ЧР в других горах при болое пнеокоы напряжении.

Вторая стадия старения - с мал длительная. X .чратгт ери ста г*-. . ЧР на этой стадии »;еняг-?ся незначительно.

Третья, заключительная стаг.кя представляет собой рмрутенлг под действием ЧР не только органического пропитываггего со"Т.^м., но и перегородок между отдельны!-/, гюздугншт еклтяенилкк к тате негодного пробоя. Происгогкт грсрастаягг? канала разряда и вынос электрического потенциала иглу^ь промсгутгя. ТЬ".: атом г.г.г—

ркненность электрического шля на оставшейся части межэлектродного промежутка возрастает, что приводит к снижению напряжения возникло пения 4?. С увеличением напряженности электрического шля все процессы старения изоляции усиливаются и ускоряются. Не случайно загетноч снижение кратковременного пробивного напряжения наступает почти^гЬлнйй выработке ресурса изоляции.

Расчгяы эгсктростатических полей в электробетоне с учетом s-зздугшх включений, обладаалих некоторой электропроводностью, в неоднородном поло покапали, что возникновение полупроводящих шслю--.cii-z'.l «о гаг приводить как к усилению неоднородности электрического поля, гак и к его выравнивания. Последнее означает, что наличие ионизации в трах электробатона в неоднородном поле не всегда гзябодйт к пробоя изоляции.

Электрическая прочность при длительном воздействии напряжения мяет быть описана математически. 3 основу математического описания злдозены следгасие исходные положения:

а) Воздействие на изоляцию переменного напряжения определенной величины (больае напряжения возникновения ЧР) вызывает в материала частичные разряды, которые со временем приводят к старения материала.

б) В процессе электрического старения в материале возникают дополнительные локальные. напр тоннами электрического поля, которые накладываются на первоначальное распределение электрического тля, обусловленное элянтродыоЯ системой, и конструкцией изоляции.

где Ef. - напряженность в материале к моменту времени £ ,

£«№xoS*. ~ исходная напряженность поля, д Е - дополнительная напряженность поля.

в) Приращения до волнительных: напряженно стой за малый интервал времени пропорциональны величине этого интервала и уровню напряженности, достигнутой к рассматриваемому моменту времени

где 01 - коэффициент пропорциональности.

г) Значение коэффициента пропорциональности между приращением напряженности и интервалом времени определяется особенностями материала и степенью необратимых изменений в материале, эави-

сящих от времени воздействия напряжения.

а =кТе (3)

где К - постоянная, 6 - учитывает скотхзстъ старения.

д) Разрушение происходит в тот момент времени, когда об:дая напряженность (первоначальная гсгес дополнительная) достигает некоторого вполне определенного значения, характерного для дадаэге материала с выбранной электродной системой и размерами элементов.

С учетом выражений (2) и (3) зависимость (I) представдека ? виде дифференциального уравнения

После преобразований получено шражение

Неизвестные параметры находят селение"/ систе«« трех уравнений с тремя неизвестнгд.'и для трех пар эксдерженталь'глс значений времени и напряженности. Полученное гыратенне н» противоречат известным тенденциям поведения изоляции при длительном пзздейст-вии напряжения и подтверждается зкепзрдаентально для различных диэлектрических материалов.

Экспериментальные исследования характеристик Ч? и длительной электрической прочности эдеггроизоляцнэн-ного бетона

При шборо доцустамой напряженности злеггркческсго тля за первых этапах исследования кишдя из того, что Ч? р гонстружяях при рабочем напряжении дедзгкы полно сгыз отсутггэоетть. ГЬэтску для определения допустимой рабочей напрятеккэстк наибольший юте-ргд представляет значение юяякадьноП капряте:?но дти возптпгкопеияв 4?. В методической части показана, что распределения юпрггтегапе— ти зозгашковекня Ч? хоре до .опизгкзптгя усгчешсск вггоная*. ~ всех рассмотренных технологий приготоЕле'сия элеэтребетсна нз^о-лее высокий уровень значимости от С,Е? до 0,Км гвлучея для тргг-параметричсского распределения В^йбулда. Это распределение гусгг 3 параметра, одгн из которых - глрзгетр едкгга, состгстстдугт нимально созмокному значенкв случайной ватготк, нагиг»едай пороговой. Для образцов с различной тегнагзтне!» кзготезлекяя гпрого-

зые значения напряженности возникновения £¿ ЧР в однородном поле одинаковы и составляют 3 кЗ/'см.

Изучение законо"ерностеЯ старения электроизоляционного бетона, армированного "ПА., в однородном поле показаю, что ЧР за время выдержки год напряжением ЮСО часов в отдельных образпах "а:-: возрастала, так и снижалась, однако среднее значение £¿ ЧР изменилось незначительно. Определение доверительных интервалов математического о":дания, отзеча^их доверительной вероятности 0,99, показала, что все изменения напряженности возникновения Чр не выходят за границы доверительных интервалов среднего значения

ЧР в исходном состоянии.. Четкой корреляции мезкду напряженность*: возникновения ЧР и временем гскзяи образцов не выявлено, но первыми просились образцы, имеющие минимальные £¿ ЧР, а из образцов, имс-ттих Е1 ЧР на 10% выие средней напряженности возняк-норонпя ЧР, ни один образец не пробился. Это говорит о том, что прежде зсегс пробиваются дефектные образца, которые имеют минимальные ЧР.

На основании экспериментальных дачных построены функции рас-прегзления сроков службы и кривые жизни (сплошные наклонные линии! при вероятности безотказной работы 0,5 и 0,99, пунктирными линиям сделана их линейная экстраполяция в область больших времен (рис. I).

Математически кривые жизни описаны с помощью зависимости (5) полученной в теоретической части. Для электробетона в однородном поле такое уравнение имеет вид

^а,039$ /с)

£ = 17,155•«/>(-0,565 £ ) {0'

С уменьшением воздеЯствушей напряженности электрического по ля время жизни растет, процессы старения замедляются, В настоящее время общепризнано наличие предельной напряженности, к которой должна приближаться кривая жизни в области больших времен. Для изоляции из электробетона на основании проведенных в настоящей ра боте исследования пороговое значение ЧР = 3 кВ/ем можно счу

тать тем пределом, нитке которого ионизационное старение отсутствует.

В неоднородном голе партии образцов различных длин от 2 см до I м были поставлены на старение. Измерения характеристик ЧР через определенные промежутки времнни показали, что напряжения возникновения ЧР в образцах из электробетона в процессе старения

ß/H/яние напряженности э/еЛуоичесАого гголя hcl cfio/t слул.001 об^азцо6

г3 /о'6 fû4-w2 /ос

ГО* 70*

гас

■ вероятность безотказной pa&ombi 0,5; ¿-оероятность безотказное?paâo/r?6/ Q99.

' Рис. 1

Заёисимость наложения ЗозвуАНоЗенуя ¥fi от joеменц Só/dépxkct /?ес> налршенцем

kß /2

Ю

â

б

Ч

,z

fer"- Л ■«v

t

О ¿ООО 4000 6000 8000 tcooo /2000 /weo i&ow Zoe. ¡-£-7,25 kB/cm; Z-Ë -6,5 к В/см ; 3-Е=^25 kô/cm ¡

Ч-£ = 2,27 Kâ/Ьн.

Pue. г.

претерпевают существенные изменения. Количественные изменения ЧР зависят от величины воздействующей напряженности. Качественно для всех образцов, в которых есть ЧР в исследованных диапазонах напряжений, характер кривых повторяется (рис.2). В начальной стадии старения наблюдается рост Z{¿ ЧР, затем длительное время ЧР почти не изменяются, перед пробоем ЧР снижаются. При этом средний ток ЧР viQmatx. возрастают. Чем выше воздействующее напряжение, тем более заметно изменение V¿ ЧР, тем значительнее повышение ЧР и раньше спад и пробой образцов, Такое изменение ~U¿ ЧР не противоречит механизму ионизационного старения электробетона, изложенному в разделе 3. Подтверждением предложенного механизма является снижение электрического сопротивления участков, .подвергавшихся^длительному воздействию ЧР, зафиксированное с помощью вольт-амперных зависимостей. Вольт-амперные характеристики электробетона в исходном состоянии линейны, а после длительной выдержки под напряжением приобретают нелинейный характер.Это свидетельствует о снижении электрического сопротивления.

Для образцов в неоднородном поле получены кривые жизни. Как и для однородного поля кривые жизни в области больших времен имеют предел. Оценка степени опасности ЧР показала, что с увеличением Е электрического-шля найлвдается рост интенсивности ЧР в связи с предполагаемым переходом-разряда от лавинной формы к стримерной. В соответствии с критерием Мика и Ретера стримеры образуются -три <Ld —2.0 i где cL - коэффициент ударной ио-лизакии электронами, d - путь, пройденный лавиной.

Расчет критического заряда, необходимого для перехода разряда от лавннной формы к стримерной проводится по формуле

Q =ew„exp ( cid)

где е - заряд электрона, равный 1,6 Па - начальное

число .электронов, формирующих лавину.

При /7. = I и JL с/ =20 расчет показывает, что такой перехо возможен когда Q. ~ Ю'^Кл. При ятом возрастает энергия разряда i его "разрушающая способность, что приводит к пробою иаоляции. Экспериментально .додтвергдено, что длительное существование ЧР с зарядам Q ^ Ю"10Кл в злектробетоне, армированном СПА, в неоднородном поле приводит к выходу изоляции из строя и при воздействии рабочего напряжения наличие ЧР такой интенсивности недопустимо. ЧР с зарядом менее I в неоднородном поле является

самояэ.тухагаими и для исследуемой изоляции опасности не ггоедстав-дяэтт. Вычисление тжтжадъного значения напряженности электрического поля, при котором еще вож.'отаы 4P с кажустмся зарядом Ю-"® Кл, проводилось аналогично вычисления порогового значения напряженности возникновения 4P. Это значение максимальной напряженности электрического поля безопасной для электробетона, армированного СПА, составляет 5 кЗ/см..

Кривые иизнк,. полученные для образцов длиной l = z ал и l = = 8 см, аналогичны, математически они могут быть описаны одним выражением,. Это не противоречит, высказанному предположению о том, что механизм старения электроизоляционного бетона, армированного СПА., с изменением размеров образцоз не меняется. Для. образцов большее длин и.моделей конструкций кривые »изни получить не удалось. 3 партиях образцов из армированного электробетона, установленных на старение длиной.-25 см и моделей" конструкций длиной I м, о течение т0 ООО час не было зафиксировано ни одного пробоя, несмотря на то, что воздейстаупциа напряжения были близки к напряжению перекрытия,•а максимальные напряженности" электрического поля достигали при этом значений 18 и 10 kB/см соответственно.

Чтобы от малых образцов перейти к моделям конструкций и непосредственно к конструкциям на злектробетсна, необходит установить степень однородности, ваздудных. включений в-материале независимо от размеров изделия- Для этого используется-статистический анализ, и в частности трехпараметрическое распределение Вейбулла.

Установлено, что при изменении размеров образцов из электроизоляционного бетона, армированного СПА, коэффициент формы yj> в распределении Вейбулла, характеризующий степень разброса, остается неизменным уЪ = 2. Следовательно,, с изменением размеров изделия природа дефектов не меняется. Кривые жизни электроизоляционного бетона, армиро ванного СПА., в неоднородном поле могут быть описана одним выражением. Ниже приведено уравнение кривой жизни для вероятности безотказной работ 0,99 с учетом размеров изделия.

г-г (в)

где- - значение времени жизни при £ - Eg^ , час; - средняя предельная напряженность электрического поля,, при которой 4P опасного уровня отсутствуют, kB/см; Ур - воздействующее-рабочее напряяение, kB; L - длина изоляционной части конструкции, см.

—1Ь-

•е..а.за,е'

Стабильность свойств армированного электробетона при воздействии климатических факторов и механических нагрузок

Изолкрущие конструкции из электробетона предназначены для работы в открытых атмосферных условиях, когда на изоляцию воздействуют атмосферные осадки, солнечная радиация, перепад температур. Комплекс этих климатических факторов мокет снижать диэлектрические характеристики■армированиого электробетона.

Результаты многолетних экспериментальных исследований показали, что в воздушно^сухих условиях такие характеристики армированного электробетона, как соцротивление, напряжение возникновения ЧР к пробивное напряжение аа контролируемый период времени, который составил более 5 лет, не снизили своего значения. В атмосферных условиях напряжения возникновения ЧР и сопротивления образцов колеблятся около исходного значения в зависимости от того,в какое время года делались замеры. В.условиях 100^-ой влажности среда электрическое сопротивление и ТАС ЧР со временем падают, скорость снижения электрического сопротивления не больше, чем у маркированного.электробетона б аналогичных условиях. Для электроизоляционного бетона, армированного СПА, в отличие от других диэлектриков длительное (более.года) пребывание в атмосферных условиях и в условиях 100$той тшажно.сди среды приводит к повышении электрической прочности на 25-30%. Это объясняется продолжак>-пжмися .процессами гидратации цемента и уплотнением структуры бе-тон£^раниие со стеклопластиком, так как объем вновь образованных гидратных соединений больше объема исходных материалов. Это подтверждено измерениями распределений пористости образцов с различными сроками хранения. Отсутствие снижения и даже повышение пробивного напряжения, увлажненных образцов не всегда соответствует такой же высокой электрической прочности при длительном воздействии напряжения. Долговечность изоляции может характеризовать только длительная электрическая прочность, определенная в результате старения.

Старение увлажненных образцов армированного злектробетона

после трехлетнего пребывания в условиях ЮОй-оЯ влажности среды показало, что для всзх образцов с сопротивлением больше Ю^'Ом под действие!* электрического поля высокой напряженности произошла под-супка материала (так называемая термовлагодиффузия), повысилось сопротивление и напряжение возникновения ЧР. При электрическом сопротивлении образцов из электроизоляционного бетона, армированного СГО., меньше 10® Ом тепловыделение превышает теплоотвод,возможен тепловой пробой. Образны из электробетона для разных технологий изготовления достигают значения сопроти&чения Я. = 10®0м в условиях 100%-ой влажности среды за время £ = 360-600 суток. Таким образом, злектробетн, армированный СПА, может работать в условиях 100%-ой влажности среды не более 360 суток. Пребывание электробетона, армированного СПЯ, в атмосферных условиях незначительно сникает характеристики материала по сравнения с исходными значениями при условии гидроизоляции., выходящей на поверхность СПА. Минимальное значение.электрического сопротивления за пятилетнее время выдержки в атмосферных условиях не опукалось ниже 2 КГ® 0м. Такое снижение электрического сопротивления обеспечивает стабильную работу изоляции и не вносит дополнительных корректив по выбору допустимой напряженности электрического поля по сравнения с воздушно-сухими условиями.

При транспортировке или под действием высоких механических нагрузок на изолирующие конструкции кз электроизоляционного бетона возможно образование .трещин. Известно, что после снятия нагрузки часть трещин закрывается, а часть, обусловленная необратимыми изменениями в батоне, сохраняется. Изучение влияния механических нагрузок на электроизоляционный бетон, армированный СПА, показало, что зависимость напряжения возникновения ЧР от величины механической нагрузки имеет максимум. Это объясняется тем, что под действием механической нагрузки часть пор и дефектов уменьшается в размере или закрывается полностью. С увеличением нагрузки свыше 50% от разрула'лдей, начинается трещинсюбразование, что приводит к снижению Х^с ЧР. Аналогичная зависимость пробивного напряжения от величины механической нагрузки получена Анисимовым Б.А. для электроизоляционного бетона.

Длительная выдержка в атмосферных условиях образцов из электробетона, подвергавшихся механической нагрузка до 50% от разру-' тающей, не привела к заметному снижению электрических характерно-тик по сравнению с образцами не подвергавшимися механическим на-

грузкам.

Таким образом, механическая нагрузка до 50% от разрушающей б атмосферных условиях не вносит существенных изменений в работоспособность изолирующих конструкций из электробетона.

Исследования на морозостойкость показали, что несмотря на существенное различие коэффициентов линейного расаирения электробетона (I I0"5 1/°С) и СПА (0,58 Ю"5 1/°С), попеременное воздействие отрицательных и положительных температур до 500 циклов практически не сникает диэлектрических свойств электробетона, армированного СПА.

Рекомендации по выбору допустимой напряженности электрического. шля

Проведенные теоретические'и экспериментальные исследования характеристик ЧР и длительной электрической прочности армированного электробетона позволили выяснить закономерности ионизационного старения и получить основные исходные данные для выработки рекомендаций по выбору длительно допустимых напряженностей электрического поля в изолирующих конструкциях из электроизоляционного бетона, армированного СПА.

Для электробетона, армированного стеклопластиком определены пороговое значение напряженности возникновения ЧР £¿o = 3 кВ/см, уровень критических ЧР, возникащих ЩяЕтах£. 5 кВ/см, кривые жизни и их математическое описание в однородном и неоднородном электрических полях с учетом реальных размеров изоляционных конструкций. -

На основании проведенного анализа частичных разрядов и кривых жизни электробетона .в качестве допустимых напряженностей электрического поля по условию длительной работы в нормальном эксплуатационном режиме целесообразно выбрать следущие значения:для изолирующих конструкций в неоднородном поле в течение требуемого срока службы 30 лет - не более 5 кВ/см, в однородном поле - не более 3 кВ/см.

Более низкий уровень допустимой напряженности в однородном поле обусловлен структурой материала, когда возможно одновременное возникновение ЧР по всей границе раздела мелзду электробетоном и стеклопластиком, уменьшение эффективного мекалектродного расстояния и пробей без предварительного старения изоляции. В неоднородно»: шле такой эффект не наблюдается вследствие локализации

ЧР у высоковольтного электрода.

Реальные ¡К работая? з неоднородных электрических поля.Допустимая напряженность как по условию отсутствия ЧР опасного уровня, так я по формуле, описываюией кривые жизни для изолируддих конструкций из электробетона, на классы напряжений от 10 до 500 кЗ определена равной - 5 кЗ/см.

На основании установленного в настоящей работе значения допустимой напряженности и расчетов электростатических полей из условия £тах £ £аоп с пелью снижения максимальной напряженности электрического поля выбирается экранная арматура.

ВЫВОДЫ

1. Пополненные исследования показали, что злэктробетон, армированный СИ., является материалом со стабильным! диэлектрически! >и характеристиками, который может успешно использоваться для создания высоковольтной изоляпии наружного исполнения.

2. Определено пороговое значение напряженности возникновения ЧР для электроизоляционного бетона, аамирозанного СПА, составляющее 3 кЗ/см.

3. Показано, что уровень ЧР с кажущимся зарядом б. = I Ю-^ Кп для электробетона, армированного СПА., является критическим. Старение изоляпии идет лишь з случае превышения указанной величины.

4. Предложены механизм старения армированного электробетона под действие:.: ЧР и математическое описание длительной электрической прочности изоляпии, давшие хорошее качественное и количественное соответствие с экспериментальными результатами.

5. Исследованиями процессов электрического старения композиции электробетон - стеклопластик в условиях воздействия внешних эксплуатационных факторов (повыяенная влажность, циклическое воздействие положительных и отрицательных температур, механические нагрузки до 50% от разрушающих) показано, что названные факторы на процессы старения и длительную электрическую прочность влияния не оказывают.

6. Обнаружено нопое, ранее неизвестное явление - увеличение кратковременной электрической'прочности (до 30%) композиции электросетей - стеклопластик з процессе длительного хранения в условиях погыпенной влажности. Экспериментально показало, что это яв-

ление связано со■структурными изменениями бетона на границе со СПА.

7. Предложено выражение для инженерных расчетов сроков слу бы конструкций из электробетона, армированного СПА, учитывающее величину рабочего напряжения и длину изоляционного промежутка.

8. Для изолирующих конструкций из электроизоляционного бет: на, армированного СПА, на классы напряжений от 10 до 500 кВ рекомендована допустимая напряженность электрического поля, равна 5 кВ/см.

-9. На основе рекомендаций настоящей работы спроектированы, изготовлены и установлены в опытную эксплуатацию опорные изолирующие конструкции из электробетона, армированного СПА, на напр. жение НО и 500 кВ с упрощенной экранной арматурой.

По теме диссертации опубликованы следующие работы автора: ■ I. Вальдыаа А.М., Рогачева C.B., Чунчин В.А. Электрическая прочность изолирующих конструкций из электроизоляционного бетон, //Применение электроизоляционного бетона в электросетевом строи, тельстве: Тез. докл. к Всесоюзн.н.-т.совещ. 18-20 мая 1982 г.Новосибирск, 1982.

2. Михеев В.П. Рогачева C.B., Чунчин В.А. Ошт эксплуатационной проверки изолирующих конструкций из электроизолягшонноп бетона //Исследование и разработка но.вых методов выбора и эксплуатации изоляции линий электропередачи и подстанций в районах! промышленными и естественными источниками загрязнения: Тез.докл научн.-техн.конф- 2-4 ноября 1983 г. - Ташкент, 1983, с.103-108

3. Рогачева C.B., Чунчин В.А. Исследование характеристик частичных разрядов и оценка допустимых напряженностей электрического шля в конструкциях, из электробетона //Разработка и внедр< ние новых материалов, конструкций и технологий для электросете» го строительства: Тез.докл.- к Всссоюзн.н.-т. совещ. 30 мая - I июня 1989 г. - Новосибирск..1989. с.35-37.

. : 4. Бернапкий А.Ф., Рогачева-С.В., Чунчин В.А. Выбор допуст! мой напряженности электрического голя для изолирующих конструкций из электроизоляционного Сетона, армированного стеклопласти-

ком. - * 3359-ЭН 92. - М.: Информэнерго, 1992,