СПОСОБ ОЧИСТКИ ИЗОЛИРОВАННОГО ГАЗОМ ВЫСОКОВОЛЬТНОГО УСТРОЙСТВА Российский патент 2012 года по МПК H01B9/06 

Изобретение относится к области электротехники, в частности к изолированным газами аппаратам электроэнергетики и высоковольтным ускорителям.

Известен способ очистки изоляционного газа в высоковольтном устройстве [Trump J.G. Dust precipitator. Патент США №3515939, June, 2, 1970]. В известном способе в высоковольтном устройстве обеспечивают давление изоляционного очищаемого газа, прикладывают потенциал к центральному электроду относительно заземленного сосуда и улавливают твердые частицы с помощью ловушки.

Недостатком известного способа является относительно низкая эффективность очистки изоляционного газа, так как при рабочем напряжении высоковольтного устройства с поверхности электродов поднимаются частицы относительно мелких фракций, а собирающая частицы ловушка подвергается нежелательному воздействию сильноточного искрового разряда.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ очистки газового диэлектрика в высоковольтных газоизолированных устройствах от загрязняющих частиц [Виленчук А.Л. и Титкова В.Г. Способ очистки газового диэлектрика в высоковольтных газоизолированных устройствах. А.с. СССР на изобретение №790025, МКИ⁵ Н01В 9/06. Опубл. в БИ №47 от 23.12.1980].

Указанный способ включает воздействие на загрязняющие частицы магнитного и электрического полей, перемещение их электромагнитным полем в ловушки, увеличение плотности газового диэлектрика перед воздействием упомянутых полей до уровня, обеспечивающего повышение его разрядной характеристики на 20-25%, постепенное повышение магнитного поля от нуля до номинального значения, повышение электрического поля от номинального до значения, превышающего на 10-15% разрядную напряженность чистого газового диэлектрика, соответствующую номинальной плотности газового диэлектрика, и прекращение очистки и доведение плотности газового диэлектрика до номинальной.

Недостатком известного способа является относительно низкая эффективность очистки газового диэлектрика и повышенная вероятность повреждения электродов и твердых изоляторов устройства, обусловленные тем, что очистка производится при наибольших потенциалах, при которых вероятно возникновение пробоя в газе, при этом электроды, изоляторы устройства и ловушка, размещенная в главном изоляционном промежутке, подвергаются вредному механическому и электромагнитному воздействию искрового разряда.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков, а именно повышение эффективности очистки изоляционного газа от твердых частиц, исключение воздействия искрового разряда на ловушку твердых частиц, снижение количества повреждений конструкционных элементов высоковольтного устройства.

Для исключения указанного недостатка в способе очистки изолированного газом высоковольтного устройства, включающем воздействие электрическим полем на твердые частицы, изменение плотности изоляционного газа путем изменения давления и очистку изоляционного газа с помощью ловушки, предлагается:

- перед очисткой газа от твердых частиц газ из резервной емкости через ловушку подать в сосуд, работающий под давлением, обеспечить в сосуде рабочее давление, соответствующее диапазону от 0,3 до 0,9 относительно максимального давления, соответствующего разрешенному давлению для сосуда;

- поднять потенциал на центральном электроде относительно заземленного сосуда до пробоя в газе;

- зафиксировать пробивной потенциал при рабочем давлении;

- рассчитать пробивной потенциал, соответствующий окончанию очистки газа от твердых частиц, по соотношению, учитывающему пробивной потенциал при максимальном давлении газа в сосуде после очистки газа от частиц, измеренный пробивной потенциал при рабочем давлении газа в сосуде, максимальное и рабочее абсолютные давления газа в сосуде, приведенные к 20°С, показатель степенной функции и эмпирический коэффициент;

- очистку газа от твердых частиц осуществлять, по меньшей мере, в два этапа;

- на каждом из этапов газ подавать из резервной емкости через ловушку в сосуд, работающий под давлением, и обеспечивать в сосуде максимальное давление, соответствующее разрешенному давлению газа;

- поднять потенциал на центральном электроде относительно заземленного сосуда до верхнего предела по потенциалу;

- в качестве верхнего предела по потенциалу принимать значение потенциала, соответствующее на первом этапе диапазону потенциала от 0,5 относительно ожидаемого пробивного потенциала в газе при максимальном абсолютном давлении газа в сосуде после очистки высоковольтного устройства до значения, меньшего, чем пробивной потенциал в газе при максимальном абсолютном давлении газа в сосуде после очистки высоковольтного устройства;

- на последующих этапах очистки устанавливать значение потенциала от 0,2 до значения, меньшего, чем пробивной потенциал в газе при максимальном абсолютном давлении газа в сосуде после очистки высоковольтного устройства;

- с приложенным потенциалом отбирать газ из сосуда, работающего под давлением, в резервную емкость, по меньшей мере, до первого пробоя в газе и не ниже чем до минимального абсолютного давления в сосуде;

- в качестве нижнего предела по потенциалу выбирать потенциал в пределах 0,2-0,4 относительно пробивного потенциала в газе при максимальном абсолютном давлении газа в сосуде после очистки устройства;

- при нижнем пределе по потенциалу обеспечить величину максимальной напряженности электрического поля на электродах высоковольтного устройства не ниже значения напряженности поля 0,5 кВ/мм;

- величину минимального абсолютного давления газа в сосуде обеспечить большей чем 0,01 от максимального абсолютного давления газа в сосуде;

- очистку газа прекращать, когда значение пробивного потенциала, полученное, по меньшей мере, при верхнем пределе по потенциалу, пересчитанное для максимального абсолютного давления газа в сосуде, совпадает с значением потенциала, полученным на предыдущем этапе очистки газа.

В частных случаях реализации способа предлагается:

- после возникновения пробоя в газе пробивной потенциал определять, по меньшей мере, дважды, операции с изменением давления в сосуде и потенциала на центральном электроде прерывать, фиксировать пробивной потенциал в газе и давление в сосуде, причем при фиксированном давлении в сосуде потенциал, приложенный к центральному электроду, снижать до значения, соответствующего диапазону между верхним и нижним пределами по потенциалу, и вновь повышать потенциал до повторного пробоя в газе;

- газ подавать из резервной емкости через ловушку твердых частиц в сосуд, по меньшей мере, частично через область высоковольтного устройства, где частицы воспроизводятся или накапливаются, в частности, на центральный электрод, ленточный транспортер заряда, на внутренние электроды устройства;

- очистку газа выполнять при прокачке его через ловушку, размещенную в пространстве, не доступном воздействию электрического разряда;

- очистку газа осуществлять путем его пропускания через ловушку, в которой использовать, например, ткань Петрянова типа ФПП-15-4,5 с величиной пор около 1 мкм;

- при использовании в качестве изоляционной среды азота эмпирический коэффициент и показатель степенной функции в соотношении (1) принимать равными соответственно:

1,00 и 0,84 при использовании в качестве электродов шара радиусом 2,5 мм и плоскости в виде кругового диска диаметром 140 мм, абсолютном давлении газа в сосуде 0,6-1,6 МПа, потенциале положительной полярности для шара и расстоянии между электродами 3 мм;

1,00 и 0,87 при использовании в качестве электродов шара радиусом 25 мм и плоского кругового диска диаметром 140 мм, абсолютном давлении газа в сосуде 0,6-1,6 МПа, потенциале положительной полярности для шара и расстоянии между электродами 4 мм;

0,85 и 0,72 в тандемном высоковольтном ускорителе 3UDH при абсолютном давлении газа в сосуде 0,2-0,6 МПа, потенциале положительной полярности для центрального электрода, длине центрального электрода 762 мм, главных радиусах кривизны в основаниях центрального электрода 3,6 мм и 381 мм и радиусах центрального электрода и сосуда 406 мм и 822 мм;

0,91 и 0,74 в высоковольтном ускорителе при абсолютном давлении газа в сосуде 0,4-1,3 МПа, потенциале положительной полярности для центрального электрода, имевшего длину 1007 мм и полусферическое закругление радиуса 448 мм, главных радиусах кривизны в основании центрального электрода 4,2 мм и 435 мм и радиусе сосуда 895 мм;

0,8 и 0,61 в высоковольтном ускорителе при абсолютном давлении газа в сосуде, равном 0,4-1,3 МПа, потенциале положительной полярности для центрального электрода, имевшего длину 2316 мм и полусферическое закругление радиуса 630 мм, главных радиусах кривизны в основании центрального электрода 37 мм и 523 мм и радиусе сосуда, равном 895 мм;

- при использовании в качестве изоляционной среды воздуха или смеси газов N₂/CO₂ (при 20% СО₂) эмпирический коэффициент и показатель степенной функции в соотношении (1) принимать равными соответственно:

1,00 и 0,63 при использовании в качестве электродов двух шаров радиусом 8 мм, расстоянии между электродами 3 мм при абсолютном давлении газа в сосуде 0,6-1,2 МПа;

1,00 и 0,47 для высоковольтного ускорителя ЭГ-3 при абсолютном давлении газа в сосуде 0,6-1,2 МПа, потенциале положительной полярности на центральном электроде, имевшем длину 800 мм и полусферическое закругление радиуса 350 мм, главных радиусах кривизны в основании центрального электрода 40 мм и 350 мм, радиусах центрального электрода и сосуда 350 мм и 800 мм;

0,87 и 0,44 для высоковольтного ускорителя ЭГ-3 при абсолютном давлении газа в сосуде 0,5-1,2 МПа, потенциале положительной полярности на центральном электроде, имевшем длину 800 мм и полусферическое закругление радиуса 350 мм, главных радиусах кривизны в основании центрального электрода 40 мм и 350 мм, радиусах центрального электрода и сосуда 350 мм и 800 мм;

0,72 и 0,54 для высоковольтного ускорителя ЭГ-3 при абсолютном давлении газа в сосуде 0,8-1,0 МПа, потенциале положительной полярности на центральном электроде, имевшем длину 800 мм и полусферическое закругление радиуса 350 мм, главных радиусах кривизны в основании центрального электрода 40 мм и 350 мм, радиусах центрального электрода и сосуда 350 мм и 800 мм;

1,00 и 0,50 для высоковольтного ускорителя ЭГ-2,5 при абсолютном давлении газа в сосуде 0,6-1,2 МПа, потенциале положительной полярности на центральном электроде, имевшем длину 800 мм и полусферическое закругление радиуса 350 мм, главных радиусах кривизны в основании центрального электрода 40 мм и 350 мм и радиусах центрального электрода и сосуда 350 мм и 800 мм;

0,96 и 0,57 для высоковольтного ускорителя ЭГ-2,5 при абсолютном давлении газа в сосуде 0,5-1,2 МПа, потенциале положительной полярности на центральном электроде, имевшем длину 800 мм и полусферическое закругление радиуса 350 мм, главных радиусах кривизны в основании центрального электрода 40 мм и 350 мм и радиусах центрального электрода и сосуда 350 мм и 800 мм;

0,84 и 0,43 для высоковольтного ускорителя ЭГ-2,5 при абсолютном давлении газа в сосуде 0,8-1,2 МПа, потенциале положительной полярности на центральном электроде, имевшем длину 800 мм и полусферическое закругление радиуса 350 мм, главных радиусах кривизны в основании центрального электрода 40 мм и 350 мм и радиусах центрального электрода и сосуда 350 мм и 800 мм или

0,85 и 0,53 для тандемного высоковольтного ускорителя ЭГП-15 при абсолютном давлении газа в сосуде 0,6-1,2 МПа, потенциале положительной полярности на центральном электроде, имевшем длину 1100 мм, главных радиусах кривизны в основаниях центрального электрода 40 мм и 650 мм, радиусах центрального электрода и сосуда 725 мм и 2000 мм;

- при использовании в качестве изоляционной среды шестифтористой серы SF₆ эмпирический коэффициент и показатель степенной функции в соотношении (1) принимать равными соответственно:

1,00 и 0,96 при использовании в качестве электродов двух закругленных радиусом 3 мм прутков с плоской вершиной при радиусе прутка 6 мм при абсолютном давлении газа в сосуде 0,5-0,7 МПа, расстоянии между электродами 2 мм;

1,00 и 0,81 при использовании в качестве электродов двух шаров радиусом 125 мм и расстоянии между электродами 20 мм, частоте 50 Гц, абсолютном давлении газа в сосуде 0,1-0,4 МПа;

0,80 и 0,64 в тандемном высоковольтном ускорителе 3UDH при абсолютном давлении газа в сосуде 0,2-0,6 МПа, потенциале положительной полярности для центрального электрода, имевшего длину 762 мм, главных радиусах кривизны в основаниях центрального электрода 3,6 мм и 381 мм, радиусах центрального электрода и сосуда 406 мм и 822 мм;

1,00 и 0,72 в тандемном высоковольтном ускорителе МР при абсолютном давлении газа в сосуде 0,3-0,8 МПа, потенциале положительной полярности для центрального электрода, имевшего длину 2450 мм, главных радиусах кривизны в основаниях центрального электрода 19 мм и 940 мм, радиусах центрального электрода и сосуда 940 мм и 2300 мм;

- при использовании в качестве изоляционной среды смеси шестифтористой серы и азота N₂/SF₆ в тандемном высоковольтном ускорителе 3UDH при эмпирическом коэффициенте 0,8, абсолютном давлении газа в сосуде 0,2-0,6 МПа, потенциале положительной полярности для центрального электрода, имевшего длину 762 мм, главных радиусах кривизны в основаниях центрального электрода 3,6 мм и 381 мм, радиусах центрального электрода и сосуда 406 мм и 822 мм показатель степенной функции в соотношении (1) принимать равным соответственно:

0,61 при объемной доле SF₆ 5,7%;

0,59 при объемной доле SF₆ 25%;

0,57 при объемной доле SF₆ 28,7%;

0,59 при объемной доле SF₆ 50%;

0,64 при объемной доле SF₆ 100%.

Сущность изобретения состоит в следующем.

Способ очистки изолированного газом высоковольтного устройства включает воздействие электрическим полем на твердые частицы, изменение плотности изоляционного газа путем изменения давления, очистку изоляционного газа с помощью ловушки.

Перед очисткой газа от твердых частиц газ из резервной емкости через ловушку подают в сосуд, работающий под давлением.

Обеспечивают в сосуде рабочее давление, соответствующее диапазону от 0,3 до 0,9 относительно максимального давления, соответствующего разрешенному давлению для сосуда.

Поднимают потенциал на центральном электроде относительно заземленного сосуда до пробоя в газе.

Фиксируют пробивной потенциал при рабочем давлении и вычисляют пробивной потенциал, соответствующий окончанию очистки газа от твердых частиц, по соотношению

где

U₀ - пробивной потенциал при максимальном давлении газа в сосуде после очистки газа от частиц,

U_пр - измеренный пробивной потенциал при рабочем давлении газа в сосуде,

Р_макс и Р - максимальное и рабочее абсолютные давления газа в сосуде, приведенные к 20°С,

X - показатель степенной функции,

k - эмпирический коэффициент.

Очистку газа от твердых частиц осуществляют, по меньшей мере, в два этапа.

На каждом из этапов газ из резервной емкости через ловушку подают в сосуд, работающий под давлением, и обеспечивают в сосуде максимальное давление, соответствующее разрешенному давлению газа.

Поднимают потенциал на центральном электроде относительно заземленного сосуда до верхнего предела по потенциалу.

В качестве верхнего предела по потенциалу принимают значение потенциала, соответствующее на первом этапе диапазону потенциала от 0,5 относительно ожидаемого пробивного потенциала в газе при максимальном абсолютном давлении газа в сосуде после очистки высоковольтного устройства до значения, меньшего, чем пробивной потенциал в газе при максимальном абсолютном давлении газа в сосуде после очистки высоковольтного устройства.

На последующих этапах очистки устанавливают значение потенциала от 0,2 до значения, меньшего, чем пробивной потенциал в газе при максимальном абсолютном давлении газа в сосуде после очистки высоковольтного устройства.

С приложенным потенциалом отбирают газ из сосуда, работающего под давлением, в резервную емкость, по меньшей мере, до первого пробоя в газе и не ниже чем до минимального абсолютного давления в сосуде.

В качестве нижнего предела по потенциалу выбирают потенциал в пределах 0,2-0,4 относительно пробивного потенциала в газе при максимальном абсолютном давлении газа в сосуде после очистки устройства.

При нижнем пределе по потенциалу максимальная напряженность электрического поля на электродах высоковольтного устройства имеет величину не ниже значения напряженности поля 0,5 кВ/мм.

Величину минимального абсолютного давления газа в сосуде обеспечивают большей чем 0,01 от максимального абсолютного давления газа в сосуде.

Очистку газа прекращают, когда значение пробивного потенциала, полученное, по меньшей мере, при верхнем пределе по потенциалу, пересчитанное для максимального абсолютного давления газа в сосуде, совпадает со значением потенциала, полученным на предыдущем этапе очистки газа.

В частных случаях выполнения способа осуществляют следующее.

1. После возникновения пробоя в газе пробивной потенциал определяют, по меньшей мере, дважды. Операции с изменением давления в сосуде и потенциала на центральном электроде прерывают, фиксируют пробивной потенциал в газе и давление в сосуде. Причем при фиксированном давлении в сосуде потенциал, приложенный к центральному электроду, снижают до значения, соответствующего диапазону между верхним и нижним пределами по потенциалу, и вновь повышают потенциал до повторного пробоя в газе.

2. Газ подают из резервной емкости через ловушку твердых частиц в сосуд, по меньшей мере, частично через область высоковольтного устройства, где частицы воспроизводятся или накапливаются, в частности, на центральный электрод, ленточный транспортер заряда, на внутренние электроды устройства.

3. Очистку газа выполняют при прокачке его через ловушку, размещенную в пространстве, не доступном воздействию электрического разряда.

4. Очистку газа осуществляют путем его пропускания через ловушку, в которой используют, например, ткань Петрянова типа ФПП-15-4,5 с величиной пор около 1 мкм.

5. При использовании в качестве изоляционной среды азота эмпирический коэффициент и показатель степенной функции в соотношении (1) принимают равными соответственно:

- 1,00 и 0,84 при использовании в качестве электродов шара радиусом 2,5 мм и плоскости в виде кругового диска диаметром 140 мм, абсолютном давлении газа в сосуде 0,6-1,6 МПа, потенциале положительной полярности для шара и расстоянии между электродами 3 мм;

- 1,00 и 0,87 при использовании в качестве электродов шара радиусом 25 мм и плоского кругового диска диаметром 140 мм, абсолютном давлении газа в сосуде 0,6-1,6 МПа, потенциале положительной полярности для шара и расстоянии между электродами 4 мм;

- 0,85 и 0,72 в тандемном высоковольтном ускорителе 3UDH при абсолютном давлении газа в сосуде 0,2-0,6 МПа, потенциале положительной полярности для центрального электрода, имевшего длину 762 мм, главных радиусах кривизны в основаниях центрального электрода 3,6 мм и 381 мм и радиусах центрального электрода и сосуда 406 мм и 822 мм;

- 0,91 и 0,74 в высоковольтном ускорителе при абсолютном давлении газа в сосуде 0,4-1,3 МПа, потенциале положительной полярности для центрального электрода, имевшего длину 1007 мм и полусферическое закругление радиуса 448 мм, главных радиусах кривизны в основании центрального электрода 4,2 мм и 435 мм и радиусе сосуда 895 мм;

- 0,8 и 0,61 в высоковольтном ускорителе при абсолютном давлении газа в сосуде, равном 0,4-1,3 МПа, потенциале положительной полярности для центрального электрода, имевшего длину 2316 мм и полусферическое закругление радиуса 630 мм, главных радиусах кривизны в основании центрального электрода 37 мм и 523 мм и радиусе сосуда, равном 895 мм.

6. При использовании в качестве изоляционной среды воздуха или смеси газов N₂/CO₂ (при 20% СО₂) эмпирический коэффициент и показатель степенной функции в соотношении (1) принимают равными соответственно:

- 1,00 и 0,63 при использовании в качестве электродов двух шаров радиусом 8 мм, при абсолютном давлении газа в сосуде 0,6-1,2 МПа, расстоянии между электродами 3 мм;

- 1,00 и 0,47 для высоковольтного ускорителя ЭГ-3 при абсолютном давлении газа в сосуде 0,6-1,2 МПа, потенциале положительной полярности на центральном электроде, имевшем длину 800 мм и полусферическое закругление радиуса 350 мм, главных радиусах кривизны в основании центрального электрода 40 мм и 350 мм, радиусах центрального электрода и сосуда 350 мм и 800 мм;

- 0,87 и 0,44 для высоковольтного ускорителя ЭГ-3 при абсолютном давлении газа в сосуде 0,5-1,2 МПа, потенциале положительной полярности на центральном электроде, имевшем длину 800 мм и полусферическое закругление радиуса 350 мм, главных радиусах кривизны в основании центрального электрода 40 мм и 350 мм, радиусах центрального электрода и сосуда 350 мм и 800 мм;

- 0,72 и 0,54 для высоковольтного ускорителя ЭГ-3 при абсолютном давлении газа в сосуде 0,8-1,0 МПа, потенциале положительной полярности на центральном электроде, имевшем длину 800 мм и полусферическое закругление радиуса 350 мм, главных радиусах кривизны в основании центрального электрода 40 мм и 350 мм, радиусах центрального электрода и сосуда 350 мм и 800 мм;

- 1,00 и 0,50 для высоковольтного ускорителя ЭГ-2,5 при абсолютном давлении газа в сосуде 0,6-1,2 МПа, потенциале положительной полярности на центральном электроде, имевшем длину 800 мм и полусферическое закругление радиуса 350 мм, главных радиусах кривизны в основании центрального электрода 40 мм и 350 мм и радиусах центрального электрода и сосуда 350 мм и 800 мм;

- 0,96 и 0,57 для высоковольтного ускорителя ЭГ-2,5 при абсолютном давлении газа в сосуде 0,5-1,2 МПа, потенциале положительной полярности на центральном электроде, имевшем длину 800 мм и полусферическое закругление радиуса 350 мм, главных радиусах кривизны в основании центрального электрода 40 мм и 350 мм и радиусах центрального электрода и сосуда 350 мм и 800 мм;

- 0,84 и 0,43 для высоковольтного ускорителя ЭГ-2,5 при абсолютном давлении газа в сосуде 0,8-1,2 МПа, потенциале положительной полярности на центральном электроде, имевшем длину 800 мм и полусферическое закругление радиуса 350 мм, главных радиусах кривизны в основании центрального электрода 40 мм и 350 мм и радиусах центрального электрода и сосуда 350 мм и 800 мм;

- 0,85 и 0,53 для тандемного высоковольтного ускорителя ЭГП-15 при абсолютном давлении газа в сосуде 0,6-1,2 МПа, потенциале положительной полярности на центральном электроде, имевшем длину 1100 мм, главных радиусах кривизны в основаниях центрального электрода 40 мм и 650 мм, радиусах центрального электрода и сосуда 725 мм и 2000 мм.

7. При использовании в качестве изоляционной среды шестифтористой серы SF₆ эмпирический коэффициент и показатель степенной функции в соотношении (1) принимают равными соответственно:

- 1,00 и 0,96 при использовании в качестве электродов двух закругленных радиусом 3 мм прутков с плоской вершиной при радиусе прутка 6 мм, при абсолютном давлении газа в сосуде 0,5-0,7 МПа, расстоянии между электродами 2 мм;

- 1,00 и 0,81 при использовании в качестве электродов двух шаров радиусом 125 мм и расстоянии между электродами 20 мм, частоте 50 Гц, абсолютном давлении газа в сосуде 0,1-0,4 МПа;

- 0,80 и 0,64 в тандемном высоковольтном ускорителе 3UDH при абсолютном давлении газа в сосуде 0,2-0,6 МПа, потенциале положительной полярности для центрального электрода, имевшего длину 762 мм, главных радиусах кривизны в основаниях центрального электрода 3,6 мм и 381 мм, радиусах центрального электрода и сосуда 406 мм и 822 мм;

- 1,00 и 0,72 в тандемном высоковольтном ускорителе МР при абсолютном давлении газа в сосуде 0,3-0,8 МПа, потенциале положительной полярности для центрального электрода, имевшего длину 2450 мм, главных радиусах кривизны в основаниях центрального электрода 19 мм и 940 мм, радиусах центрального электрода и сосуда 940 мм и 2300 мм.

8. При использовании в качестве изоляционной среды смеси шестифтористой серы и азота N₂/SF₆ при эмпирическом коэффициенте 0,8, в тандемном высоковольтном ускорителе 3UDH при абсолютном давлении газа в сосуде 0,2-0,6 МПа, потенциале положительной полярности для центрального электрода, имевшего длину 762 мм, главных радиусах кривизны в основаниях центрального электрода 3,6 мм и 381 мм, радиусах центрального электрода и сосуда 406 мм и 822 мм показатель степенной функции в соотношении (1) принимают равным соответственно:

- 0,61 при объемной доле SF₆ 5,7%;

- 0,59 при объемной доле SF₆ 25%;

- 0,57 при объемной доле SF₆ 28,7%;

- 0,59 при объемной доле SF₆ 50%.

На фигуре 1 представлены зависимости: (1) - среднего пробивного потенциала (U_пр, MB) главного изоляционного промежутка между центральным электродом и сосудом в загрязненном частицами газе ускорителя ЭГ-2,5 и (3) - среднего пробивного потенциала главного изоляционного промежутка в очищенном ускорителе ЭГ-2,5 от абсолютного давления газа (Р, МПа) в сосуде. Оба потенциала получены при ступенчатом отборе газа из сосуда. На фигуре 1 показан также (2) - потенциал, приложенный к центральному электроду в режиме очистки без пробоев в газе и при отборе газа из сосуда от давления 1,2 МПа до давления 0,2 МПа.

Фигуры 2 и 3 иллюстрируют изменение во времени (τ, ч) в ходе очистки газа в высоковольтном устройстве относительного давления газа в сосуде (Р/Р_макс) ^и относительного потенциала (U/U₀) на центральном электроде по отношению соответственно к максимальному давлению, разрешенному в сосуде, к пробивному потенциалу газа в устройстве при максимальном абсолютном давлении газа в сосуде после очистки газа от частиц.

Признаком чистой газовой изоляции служит то, что пробивной потенциал не зависит от порядкового номера пробоя. Более строгим критерием чистоты устройства является повторяемость зависимостей среднего пробивного потенциала от давления газа. По этой причине при отборе газа из сосуда пробивной потенциал высоковольтного устройства измеряют, по меньшей мере, при одном промежуточном давлении между максимальным и минимальным давлениями сосуда, а лучше при двух-трех давлениях.

Выбор нижнего относительного значения потенциала в пределах 0,2-0,4 объясняется закономерностями поведения твердых частиц в электрическом поле. Опыт эксплуатации газовых диэлектриков доказывает, что напряженность электростатического поля, большая или равная 0,5 кВ/мм, обеспечивает наведение электрического заряда на твердой частице с размерами от нескольких микрометров до нескольких миллиметров, отрыв частицы с поверхности электрода и переход ее к колебательному движению в промежутке между электродами, находящимися под потенциалами разной полярности.

Предлагаемое техническое решение позволяет ускорить очистку изоляционных газовых устройств и регулировать количество пробоев при очистке системы и энергию в искровом разряде, рассеиваемую после пробоя. Способ снижает вероятность отказов твердой изоляции. В рассмотренном способе очистки обеспечивают относительно малую мощность в искровом разряде. После полировки электродов, протирки растворителем, удаления пыли и первого монтажа устройства при неизменных размерах высоковольтного устройства способ очистки позволяет повысить рабочий потенциал устройства на 35-40%, а после продолжительной эксплуатации устройства повышение рабочего потенциала составляет 15-20% по сравнению с изоляционными устройствами, в которых очистка от твердых частиц неэффективна.

Пример конкретного исполнения способа

Очистка изолированного газом высоковольтного ускорителя ЭГ-2,5 без ускорительной трубки включала воздействие электрическим полем на твердые частицы, изменение плотности изоляционного газа путем изменения давления, очистку изоляционного газа с помощью ловушки. В общем случае перед очисткой газа от твердых частиц газ из резервной емкости через ловушку подают в сосуд, работающий под давлением. Обеспечивают в сосуде рабочее давление 0,6 МПа, равное 0,5 относительно максимального давления 1,2 МПа, соответствующего разрешенному давлению для сосуда. Поднимают потенциал на центральном электроде относительно заземленного сосуда до пробоя в газе. Фиксируют пробивной потенциал при рабочем давлении. Вычисляют пробивной потенциал, соответствующий окончанию очистки газа от твердых частиц, по соотношению (1). При этом для ускорителя ЭГ-2,5 выбирают эмпирический коэффициент 0,84 и показатель степенной функции 0,5, так как на предварительных испытаниях ускоритель выдержал несколько десятков пробоев. Эмпирический коэффициент в режиме неустойчивого низкого пробоя газа перед очисткой по данным фиг.1 составил 0,82.

Очистку газа от твердых частиц осуществляют в два этапа (фиг.2, 3).

На каждом из этапов выполняют следующие операции.

Газ из резервной емкости через ловушку подают в сосуд, работающий под давлением. Обеспечивают в сосуде максимальное давление 1,2 МПа. Поднимают потенциал на центральном электроде относительно заземленного сосуда до 1,6 MB. На первом этапе в качестве верхнего предела по потенциалу принимают значение потенциала, соответствующее 0,5 относительно пробивного потенциала в газе при абсолютном давлении газа в сосуде 1,2 МПа, ожидаемого после очистки высоковольтного устройства. С приложенным потенциалом газ отбирают из сосуда в резервную емкость до первого пробоя в газе и до минимального абсолютного давления в сосуде, равного 0,2 МПа. После пробоя в газе его отбор останавливают, снижают потенциал и вновь повышают до повторного пробоя. Затем потенциал понижают до нижнего предела и продолжают отбор газа из сосуда. В качестве нижнего предела по потенциалу выбирают потенциал 0,3 относительно пробивного потенциала в газе после очистки устройства, равный 1,05 MB. При потенциале 1,05 MB на центральном электроде максимальная напряженность электрического поля на поверхности сосуда ускорителя ЭГ-2,5 составляла 1,5 кВ/мм. На последующих этапах очистки устанавливают значение потенциала на центральном электроде от 0,3 до 0,9. Очистку газа прекращают при верхнем пределе по потенциалу 0,9.

Газ подают из резервной емкости через ловушку твердых частиц в сосуд через область высоковольтного устройства, где частицы воспроизводятся или накапливаются, вдоль оси симметрии опорной колонны и вдоль ленточного транспортера заряда, на внутренние электроды устройства. Очистку газа выполняют при прокачке его через ловушку, размещенную в пространстве, не доступном воздействию электрического разряда, под нижней заземленной плитой колонны. В ловушке используют ткань Петрянова типа ФПП-15-4,5 с величиной пор около 1 мкм.

Для ускорителя ЭГ-2,5 в качестве изоляционной среды используется смесь газов N₂/CO₂ (при 20% СО₂). Потенциал измеряли с погрешностью ниже 1% при помощи роторного (генерирующего) вольтметра. Электроды из нержавеющей стали полируются до шестого класса чистоты поверхности. Средний пробивной потенциал главного изоляционного промежутка ускорителя ЭГ-2,5 получали при отборе газа на каждой ступени давления посредством снижения потенциала после пробоя и повторного повышения его на центральном электроде относительно заземленного бака до пробоя. Достигнутая степень чистоты системы сохранялась после вскрытия и закрытия сосуда для проведения работ. Надежность устройства повышают дополнительно в случае, когда средний пробивной потенциал сравнивают с расчетным значением для чистой системы. Расчетное значение получают с помощью модели "Асимптотический пробивной градиент" [Резвых К.А. и Романов В.А. Расчетная методика для определения электрической прочности изоляционных систем в смеси N₂/CO₂ и других газах. "Электричество", 2005, №11, с.8-14].

При продолжительной эксплуатации ускорителя ЭГ-2,5 (1 год) очистка изоляционного газа указанным способом позволила повысить пробивной потенциал на 20%, что подтверждает процесс очистки изоляционного газа от твердых частиц.

Технический результат предложенного решения состоит в расширении функциональных возможностей способа очистки при условии сохранения работоспособности устройства и в увеличении ресурса работы высоковольтного устройства.

Изобретение относится к области электротехники и касается способа очистки изолированного газом высоковольтного устройства. Способ включает воздействие электрическим полем на твердые частицы, изменение плотности изоляционного газа путем изменения давления, очистку изоляционного газа с помощью ловушки. Перед очисткой газ из резервной емкости через ловушку подают в сосуд, работающий под давлением, обеспечивают в нем рабочее давление, поднимают потенциал на центральном электроде относительно заземленного сосуда до пробоя в газе, фиксируют пробивной потенциал при рабочем давлении и вычисляют пробивной потенциал при максимальном давлении газа в сосуде. Очистку газа осуществляют в два этапа. На каждом этапе газ через ловушку подают в сосуд и обеспечивают в нем максимальное давление, поднимают потенциал на центральном электроде относительно заземленного сосуда до верхнего предела по потенциалу. На последующих этапах устанавливают значение, меньшее, чем пробивной потенциал в газе при максимальном абсолютном давлении газа в сосуде. С приложенным потенциалом отбирают газ из сосуда в резервную емкость до первого пробоя в газе и до минимального абсолютного давления в сосуде. Очистку газа прекращают, когда значение пробивного потенциала, соответствующее верхнему пределу по потенциалу, совпадает с потенциалом, полученным на предыдущем этапе очистки газа. Технический результат состоит в расширении функциональных возможностей способа очистки при условии сохранения работоспособности устройства и увеличении ресурса работы высоковольтного устройства. 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ очистки изолированного газом высоковольтного устройства, включающий воздействие электрическим полем на твердые частицы, изменение плотности изоляционного газа путем изменения давления, очистку изоляционного газа с помощью ловушки, отличающийся тем, что перед очисткой газа от твердых частиц газ из резервной емкости через ловушку подают в сосуд, работающий под давлением, обеспечивают в сосуде рабочее давление, соответствующее диапазону от 0,3 до 0,9 относительно максимального давления, соответствующего разрешенному давлению для сосуда, поднимают потенциал на центральном электроде относительно заземленного сосуда до пробоя в газе, фиксируют пробивной потенциал при рабочем давлении и вычисляют пробивной потенциал, соответствующий окончанию очистки газа от твердых частиц, по соотношению

где U₀ - пробивной потенциал при максимальном давлении газа в сосуде после очистки газа от частиц;
U_пр - измеренный пробивной потенциал при рабочем давлении газа в сосуде;
P_макс и P - максимальное и рабочее абсолютные давления газа в сосуде, приведенные к 20°С;
X - показатель степенной функции;
k - эмпирический коэффициент,
затем очистку газа от твердых частиц осуществляют, по меньшей мере, в два этапа, на каждом из которых газ из резервной емкости через ловушку подают в сосуд, работающий под давлением, и обеспечивают в сосуде максимальное давление, соответствующее разрешенному давлению газа, поднимают потенциал на центральном электроде относительно заземленного сосуда до верхнего предела по потенциалу, причем в качестве верхнего предела по потенциалу принимают значение потенциала, соответствующее на первом этапе диапазону потенциала от 0,5 относительно ожидаемого пробивного потенциала в газе при максимальном абсолютном давлении газа в сосуде после очистки высоковольтного устройства до значения, меньшего, чем пробивной потенциал в газе при максимальном абсолютном давлении газа в сосуде после очистки высоковольтного устройства, и на последующих этапах очистки устанавливают значение потенциала от величины 0,2 до значения, меньшего, чем пробивной потенциал в газе при максимальном абсолютном давлении газа в сосуде после очистки высоковольтного устройства, с приложенным потенциалом отбирают газ из сосуда, работающего под давлением, в резервную емкость, по меньшей мере, до первого пробоя в газе и не ниже, чем до минимального абсолютного давления в сосуде, причем величину минимального абсолютного давления газа в сосуде обеспечивают большей, чем 0,01 от максимального абсолютного давления газа в сосуде, в качестве нижнего предела по потенциалу выбирают потенциал в пределах 0,2-0,4 относительно пробивного потенциала в газе при максимальном абсолютном давлении газа в сосуде после очистки устройства, при нижнем пределе по потенциалу максимальная напряженность электрического поля на электродах высоковольтного устройства имеет величину не ниже значения напряженности поля 0,5 кВ/мм, а очистку газа прекращают, когда значение пробивного потенциала, полученное, по меньшей мере, при верхнем пределе по потенциалу, пересчитанное для максимального абсолютного давления газа в сосуде, совпадает с значением потенциала, полученным на предыдущем этапе очистки газа.

2. Способ очистки по п.1, отличающийся тем, что после возникновения пробоя в газе пробивной потенциал определяют, по меньшей мере, дважды, операции с изменением давления в сосуде и потенциала на центральном электроде прерывают, фиксируют пробивной потенциал в газе и давление в сосуде, причем при фиксированном давлении в сосуде потенциал, приложенный к центральному электроду, снижают до значения, соответствующего диапазону между верхним и нижним пределами по потенциалу, и вновь повышают потенциал до повторного пробоя в газе.

3. Способ очистки по п.1, отличающийся тем, что газ подают из резервной емкости через ловушку твердых частиц в сосуд, по меньшей мере, частично через область высоковольтного устройства, где частицы воспроизводятся или накапливаются, в частности, на центральный электрод, ленточный транспортер заряда, на внутренние электроды устройства.

4. Способ очистки по п.1, отличающийся тем, что очистку газа выполняют при прокачке его через ловушку, размещенную в пространстве, не доступном воздействию электрического разряда.

5. Способ очистки по п.1, отличающийся тем, что очистку газа осуществляют путем его пропускания через ловушку, в которой используют, например, ткань Петрянова типа ФПП-15-4,5 с величиной пор около 1 мкм.

6. Способ очистки по п.1, отличающийся тем, что при использовании в качестве изоляционной среды азота эмпирический коэффициент и показатель степенной функции в соотношении (1) равны соответственно 1,00 и 0,84 при использовании в качестве электродов шара радиусом 2,5 мм и плоскости в виде кругового диска диаметром 140 мм, абсолютном давлении газа в сосуде 0,6-1,6 МПа, потенциале положительной полярности для шара и расстоянии между электродами 3 мм, эмпирический коэффициент и показатель степенной функции равны соответственно 1,00 и 0,87 при использовании в качестве электродов шара радиусом 25 мм и плоского кругового диска диаметром 140 мм, абсолютном давлении газа в сосуде 0,6-1,6 МПа, потенциале положительной полярности для шара и расстоянии между электродами 4 мм, эмпирический коэффициент и показатель степенной функции равны соответственно 0,85 и 0,72 для тандемного высоковольтного ускорителя 3UDH при абсолютном давлении газа в сосуде 0,2-0,6 МПа, потенциале положительной полярности для центрального электрода, длине центрального электрода 762 мм, главных радиусах кривизны в основаниях центрального электрода 3,6 мм и 381 мм и радиусах центрального электрода и сосуда 406 мм и 822 мм, эмпирический коэффициент и показатель степенной функции равны соответственно 0,91 и 0,74 для высоковольтного ускорителя при абсолютном давлении газа в сосуде 0,4-1,3 МПа, потенциале положительной полярности для центрального электрода, имеющего длину 1007 мм и полусферическое закругление радиуса 448 мм, главных радиусах кривизны в основании центрального электрода 4,2 мм и 435 мм и радиусе сосуда 895 мм, эмпирический коэффициент и показатель степенной функции равны соответственно 0,8 и 0,61 для высоковольтного ускорителя при абсолютном давлении газа в сосуде, равном 0,4-1,3 МПа, потенциале положительной полярности для центрального электрода, имеющего длину 2316 мм и полусферическое закругление радиуса 630 мм, главных радиусах кривизны в основании центрального электрода 37 мм и 523 мм и радиусе сосуда, равном 895 мм.

7. Способ очистки по п.1, отличающийся тем, что при использовании в качестве изоляционной среды воздуха или смеси газов N₂/CO₂ (при 20% СО₂) эмпирический коэффициент и показатель степенной функции в соотношении (1) равны соответственно 1,00 и 0,63 при использовании в качестве электродов двух шаров радиусом 8 мм, расстоянии между электродами 3 мм, абсолютном давлении газа в сосуде 0,6-1,2 МПа, эмпирический коэффициент и показатель степенной функции равны соответственно 1,00 и 0,47 для высоковольтного ускорителя ЭГ-3 при абсолютном давлении газа в сосуде 0,6-1,2 МПа, потенциале положительной полярности на центральном электроде, имеющем длину 800 мм и полусферическое закругление радиуса 350 мм, главных радиусах кривизны в основании центрального электрода 40 мм и 350 мм, радиусах центрального электрода и сосуда 350 мм и 800 мм, 0,87 и 0,44 для высоковольтного ускорителя ЭГ-3 при абсолютном давлении газа в сосуде 0,5-1,2 МПа, потенциале положительной полярности на центральном электроде, имеющем длину 800 мм и полусферическое закругление радиуса 350 мм, главных радиусах кривизны в основании центрального электрода 40 мм и 350 мм, радиусах центрального электрода и сосуда 350 мм и 800 мм, эмпирический коэффициент и показатель степенной функции для высоковольтного ускорителя ЭГ-3 равны соответственно 0,72 и 0,54 при абсолютном давлении газа в сосуде 0,8-1,0 МПа, потенциале положительной полярности на центральном электроде, имеющем длину 800 мм и полусферическое закругление радиуса 350 мм, главных радиусах кривизны в основании центрального электрода 40 мм и 350 мм, радиусах центрального электрода и сосуда 350 мм и 800 мм, эмпирический коэффициент и показатель степенной функции равны соответственно 1,00 и 0,50 для высоковольтного ускорителя ЭГ-2,5 при абсолютном давлении газа в сосуде 0,6-1,2 МПа, потенциале положительной полярности на центральном электроде, имеющем длину 800 мм и полусферическое закругление радиуса 350 мм, главных радиусах кривизны в основании центрального электрода 40 мм и 350 мм и радиусах центрального электрода и сосуда 350 мм и 800 мм, эмпирический коэффициент и показатель степенной функции равны соответственно 0,93 и 0,57 для высоковольтного ускорителя ЭГ-2,5 при абсолютном давлении газа в сосуде 0,5-1,2 МПа, потенциале положительной полярности на центральном электроде, имеющем длину 800 мм и полусферическое закругление радиуса 350 мм, главных радиусах кривизны в основании центрального электрода 40 мм и 350 мм и радиусах центрального электрода и сосуда 350 мм и 800 мм, эмпирический коэффициент и показатель степенной функции равны соответственно 0,81 и 0,43 для высоковольтного ускорителя ЭГ-2,5 при абсолютном давлении газа в сосуде 0,8-1,2 МПа, потенциале положительной полярности на центральном электроде, имеющем длину 800 мм и полусферическое закругление радиуса 350 мм, главных радиусах кривизны в основании центрального электрода 40 мм и 350 мм и радиусах центрального электрода и сосуда 350 мм и 800 мм, или эмпирический коэффициент и показатель степенной функции равны соответственно 0,85 и 0,53 для тандемного высоковольтного ускорителя ЭГП-15 при абсолютном давлении газа в сосуде 0,6-1,2 МПа, потенциале положительной полярности на центральном электроде, имеющем длину 1100 мм, главных радиусах кривизны в основаниях центрального электрода 40 мм и 650 мм, радиусах центрального электрода и сосуда 725 мм и 2000 мм.

8. Способ очистки по п.1, отличающийся тем, что при использовании в качестве изоляционной среды шестифтористой серы SF₆ эмпирический коэффициент и показатель степенной функции в соотношении (1) равны соответственно 1,00 и 0,96 при использовании в качестве электродов двух закругленных радиусом 3 мм прутков с плоской вершиной при радиусе прутка 6 мм, при абсолютном давлении газа в сосуде 0,5-0,7 МПа, расстоянии между электродами 2 мм, эмпирический коэффициент и показатель степенной функции равны соответственно 1,00 и 0,81 при использовании в качестве электродов двух шаров радиусом 125 мм и расстоянии между электродами 20 мм, частоте 50 Гц, абсолютном давлении газа в сосуде 0,1-0,4 МПа, эмпирический коэффициент и показатель степенной функции принимают равными соответственно 0,80 и 0,64 для тандемного высоковольтного ускорителя 3UDH при абсолютном давлении газа в сосуде 0,2-0,6 МПа, потенциале положительной полярности для центрального электрода, длине центрального электрода 762 мм, главных радиусах кривизны в основаниях центрального электрода 3,6 мм и 381 мм, радиусах центрального электрода и сосуда 406 мм и 822 мм, или эмпирический коэффициент и показатель степенной функции равны соответственно 1,00 и 0,72 для тандемного высоковольтного ускорителя МР при абсолютном давлении газа в сосуде 0,3-0,8 МПа, потенциале положительной полярности для центрального электрода, при длине центрального электрода 2450 мм, главных радиусах кривизны в основаниях центрального электрода 19 мм и 940 мм, радиусах центрального электрода и сосуда 940 мм и 2300 мм.

9. Способ очистки по п.1, отличающийся тем, что при использовании в качестве изоляционной среды смеси шестифтористой серы и азота N₂/SF₆ при эмпирическом коэффициенте 0,8 для тандемного высоковольтного ускорителя 3UDH, абсолютном давлении газа в сосуде 0,2-0,6 МПа, потенциале положительной полярности для центрального электрода, при длине центрального электрода 762 мм, главных радиусах кривизны в основаниях центрального электрода 3,6 мм и 381 мм, радиусах центрального электрода и сосуда 406 мм и 822 мм показатель степени в соотношении (1) принимают равным соответственно 0,61 при объемной доле SF₆ 5,7%, 0,59 при объемной доле SF₆ 25%, 0,57 при объемной доле SF₆ 28,7% или 0,59 при объемной доле SF₆ 50%.