Исследование динамики электрического пробоя изоляционной бумаги

Внедрение: 2020 г.

В работе [1] исследована динамика электрического пробоя изоляционной бумаги с различными техническими характеристиками. Для проведения измерений использовалась экспериментальная установка, схема которой представлена на рисунке 1. Входное напряжение на высоковольтном трансформаторе регулировалось лабораторным автотрансформатором, что позволяло выдавать напряжение промышленной частоты до 2,5 кВ (пиковая амплитуда до 3,5 кВ). Величина максимального тока, протекающего через тестовый образец изоляционной бумаги, ограничивалась резистором R1 (рисунок 1). Величина протекающего через образец тока измерялась по падению напряжения на резисторе R2 (рисунок 1). Также измерялись напряжение, приложенное к образцу, и напряжение на вторичной обмотке трансформатора (перед ограничивающим резистором R1). Для этого использовался многоканальный  АЦП E20‑10, подключенный к ПК.

Рисунок 1. Упрощенная схема экспериментальной установки: 1 – лабораторный автотрансформатор, 2 – трансформатор высокого напряжения, 3 – держатель испытательного образца.

Были исследованы образцы стандартной изоляционной бумаги разной толщины (50, 120 и 180 мкм). Полученные данные позволяют анализировать различные этапы развития электрического пробоя изоляции. Характерный пример осциллограмм тока, протекающего через образец непропитанной изоляционной бумаги, и напряжения на вторичной обмотке трансформатора для трёх стадий эволюции электрического пробоя показаны на рисунке 2. 

Рисунок 2. Осциллограмма эволюции процесса электрического пробоя сухой электроизоляционной бумаги: а – стадия появления микроразрядов; b – стадия образования пробоя каналов; c – стадия появления проводящего слоя на стенках каналов.

Авторы приводят пример типичных вольт-амперных характеристик (рисунок 3), соответствующих осциллограммам, приведенным на рисунке 2.

Рисунок 3. Вольтамперные характеристики разрядов на разных стадиях пробоя изоляции (1–3).

На рисунке 4 показана зависимость напряжения U_th возникновения тока через изоляционный материал (для ступеней пробоя 1 и 2 фактически напряжение возникновения разряда) от количества полупериодов промышленной частоты N_pp, начиная с первого появления микроразряда.

Рисунок 4. Зависимости напряжения протекания тока через изоляцию от количества полупериодов напряжения: а – для образца изоляционной бумаги сухого литья толщиной 120 мкм; b – изоляционной бумаги толщиной 50 мкм, пропитанные трансформаторным маслом ГК.

Результаты исследований подтвердили зависимость динамики пробоя от структуры изоляционной бумаги, а также от свойств целлюлозы и жидких диэлектриков. Можно предположить, что характерные параметры процесса пробоя, в частности, изменение напряжения возникновения микроразрядов, в будущем могут быть связаны с морфологическими особенностями изоляционной бумаги и некоторыми параметрами пропиточной изоляционной жидкости.

Источник:
Kiesewetter, Dmitry & Zhuravleva, Nataliya & Reznik, Alexandr & Trubin, Denis. (2020). Study of the Dynamics of Insulating Paper Electrical Breakdown. 1036‑1038. 10.1109/EIConRus49466.2020.9038975.

Разработчик: Кизеветтер Д.В., Журавлева Н.М., Резник А.С., Трубин Д.А. (Институт энергетики СПбПУ)