VER Villamos Berendezések 2. előadás – A villamos igénybevételre méretezés alapjai

A biztonsági tényező VER villamos berendezések 2.

A biztonsági tényező A szigetelésekben a szigetelőanyagokat csak villamos szilárdságuknál kisebb igénybevétellel lehet terhelni. Ezt a biztonsági tényezővel jellemezzük A biztonsági tényező két igénybevétel (feszültség, térerősség) aránya. Látható biztonság Látszólagos biztonság Valódi biztonság

A biztonsági tényező Látható biztonság: a próbafeszültségen és az üzemfeszültségen fellépő igénybevétel hányadosa. Látszólagos biztonság: a méretezéskor alapul vett átütési szilárdság és az üzemi igénybevétel hányadosa (átütési, átívelési feszültség/üzemi feszültség) Valódi biztonság: a tényleges átütési vagy átívelőfeszültség és az üzemi feszültség hányadosa.

A biztonsági tényező nagysága A biztonsági tényező megállapításakor figyelembe kell venni: Szigetelés minősége, gyártási ingadozások Előre nem látható igénybevételek Az üzemi körülmények eltérenek az átütési szilárdság meghatárazásakori körülményektől Gazdaságossági szempontok

Gazdaságossági szempontok

Szigetelések jobb kihasználását elősegítő módszerek VER villamos berendezések 2.

Szigetelés kihasználtsága A szigetelés kihasználtsága akkor ideális, ha Eüz=Emeg. Ekkor lesz a szigetelés térfogata a legkisebb. Ez a gyakorlatban nem kivitelezhető. Megfelelő tervezéssel a viszonylagos jó kihasználás a cél.

1.) Kedvező alaptípus választása A szigetelőanyagok átütési szilárdsága mindíg nagyobb, mint bármilyen más szigetelőanyaggal közös határfelületén az átívelési térerőssége. A legkedvezőbb a beágyazott típus.

2.) Jól számítható elrendezések Éles szegélyeknél, nehezen számítható nagy erőterek keletkeznek. A szigetelések kihasználtsága így nagyon egyenlőtlen. Még beágyazott szigetelések esetén is A lekerítési sugárral az erőtér kevésbé inhomogénné tehető

3.) Hengeres erőtér I. Optimális sugárarány választása

3.) Hengeres erőtér II. Rétegzés

4.) Homogén erőtérben Rétegzés elkerülése

5.) Gáz vagy folyadékszigetelésbe burkolat alkalmazása I. Szigetelő burkolat

5.) Gáz vagy folyadékszigetelésbe burkolat alkalmazása II. Fém burkolat

6.) Rövid idejű túlfeszültségek elleni védelem I. Válaszfal Mindíg szigetelő

6.) Rövid idejű túlfeszültségek elleni védelem II. Ernyő Fém Szigetelő

7.) Részben beágyazott alaptípus esetén I. Átalakítás beágyazottá

7.) Részben beágyazott alaptípus esetén II. Felület bevonása csökkentett ellenállású réteggel

7.) Részben beágyazott alaptípus esetén III. Potenciálvezérlő elektródok beépítésével

7.) Részben beágyazott alaptípus esetén IV. Kúpos potenciálvezérlő elektródokkal

A villamos igénybevételre méretezés alapelvei VER villamos berendezések 2.

Beágyazott alaptípus méretezése I. A szigetelőanyag úgy tölti ki az elektródok közti teret, hogy az esetleges határrétegek egybeesnek az egyenpotenciálú felületekkel. Átütésre méretezünk, mivel ez az igénybevétel éri a szigetelőanyagot. Emax≤Emeg A villamos szilárdság és a biztonsági tényező ismeretében: Emeg=Eüt/b

Beágyazott alaptípus méretezése II. A biztonsági tényező szokásos értékei: gázok: 1,2…2,0 folyadékok: 1,5…3,0 szilárd anyagok: 2,0…5,0 Lökési tényező: gázok 1,0…1,5 folyadékok 1,0…2,0 szilárd anyagok: 1,0…3,0

Beágyazott alaptípus méretezése III. A legnagyobb térerősséget térszámítással határozzák meg a mértékadó feszültségekre vonatkozólag. Egyszerűbb esetekre használhatók az analitikus módszerek Napjainkban numerikus módszereken alapuló szoftverekkel végzik. Igen nagy feszültségeken felléphet a hőátütés veszélye. Növekvő hőmérséklet esetén általában: Nő a veszteségi tényező Nő a permittivitás Részleges kisülések veszélye az esetleges légrétegekben, zárványokban

Szigetelőburkolatok A burkolaton eső feszültség:

Részben beágyazott szigetelések méretezése I. Ha a szigetelés egyik része beágyazott szigetelés, a másik részén pedig, a szigeteléssel burkolt elektród eltávolodik az őt körülvevő elektródból.

Részben beágyazott szigetelések méretezése II. Felületi kisülések indulhatnak meg, erre kell méretezni. Toepler és Kappeler tapasztalati összefüggése: ahol CF a vezetőt burkoló szigetelőanyag felületre vonatkoztatott kapacitása [F/cm2] k=8,8•10-12 [F/cm2] U0= levegőben: 1,0 kV olajban: 3,0 kV

Tekercsek szigetelésének méretezése I. Üzemi feszültségen Menetszigetelés: Igen kicsi az igénybevétel, gyakorlatilag nem kell méretezni. Rétegszigetelés Beágyazott szigetelésnek tekinthető Kör keresztmetszetű vezető esetén két síkelektródnak tekintjük, de hengeres keresztemetszetű huzalok miatt a térerősség kétszeresére növekszik. Tekercsszigetelés A rétegszigeteléshez hasonló méretezés, a sarkokon, sarok-sík elrendezés

Tekercsek szigetelésének méretezése II. Túlfeszültség hatására az üzemitől lényegesen eltérő feszültségeloszlás jön létre A feszültségeloszlást a menetek közti és a földkapacitások (földelt vasmag és olajtartály) határozzák meg.

Tekercsek szigetelésének méretezése III. Kritikus körfrkvencia: enneél nagyobb frekvenciájú hullám nem terjedhet tovább a tekercselésen. A soros kapacitás növelése csökkenti a kritikus frekvenciát. Kevert menetű tekercseléssel növelhetők a soros kapacitások.

Kevert menetű tekercselés

Tekercsek szigetelésének méretezése IV. Főszigetelés: a tekercstől független más potenciálon lévő elektródokat szigeteli el a tekercseléstől. Méretezéskor a 100 kV-nál kisebb feszültségű tekercsek egyetlen potenciálon lévő elektródnak tekinthetők. Kritikus pont a végszigetelésnél található.

Tekercsek szigetelésének méretezése VI. Tekercsek közti főszigetelés Két önmagában azonos potenciálon lévő elektród Két párhuzamos hengernek tekinthető Kritikus pont: a tekercsek sarkain

Szigetelők méretezése I. Szigetelő: Két különböző potenciálon lévő elektródot rögzítenek, de a szigetelés alapvetően levegő, vagy folyadék. Üzemi feszültségen keletkező igénybevétel jóval alatta van az átütő- és átívelőtérerősségtől. Szennyeződések hatása! Száraz, tiszta szigetelőkön a korona- és kúszókisülést kell elkerülni. 5 kV/cm felületirányú villamos szilárdság

Szigetelők méretezése II. Próbafeszültség való méretezés Száraz állapotban Zsinórtávolság b=1,1…1,5 Mesterséges esőben Kúszóút

Szigetelők méretezése III. Zsinórtávolság alapján számítható Ívterelő szerelvények használata Asszimetrikus erőtér, más átívelőfeszültség pozitív és negatív esetben. Szilárd szennyezés hatása.