Главне врсте и електричне карактеристике унутрашње изолације електричних инсталација

Општа својства унутрашње изолације електричних инсталација

Унутрашња изолација се односи на делове изолационе конструкције у којима су изолациони медијум течни, чврсти или гасовити диелектрици или њихове комбинације, који немају директан контакт са атмосферским ваздухом.

Пожељност или неопходност коришћења унутрашње изолације уместо амбијенталног ваздуха је због више разлога.

Прво, материјали унутрашње изолације имају знатно већу електричну снагу (5-10 пута или више), што може нагло смањити изолациона растојања између жица и смањити величину опреме. Ово је важно са економске тачке гледишта.

Друго, појединачни елементи унутрашње изолације врше функцију механичког причвршћивања жица; течни диелектрици у неким случајевима значајно побољшавају услове хлађења целе структуре.

Унутрашњи изолациони елементи у високонапонским конструкцијама током рада су изложени јаким електричним, термичким и механичким оптерећењима. Под утицајем ових утицаја, диелектрична својства изолације се погоршавају, изолација „стари“ и губи електричну чврстоћу.

Топлотни ефекти су узроковани ослобађањем топлоте у активним деловима опреме (у жицама и магнетним колима) као и диелектричним губицима у самој изолацији. У условима повећане температуре, хемијски процеси у изолацији значајно се убрзавају, што доводи до постепеног погоршања његових својстава.

Механичка оптерећења су опасна за унутрашњу изолацију, јер се у чврстим диелектрицима који је чине могу појавити микропукотине, где ће тада, под утицајем јаког електричног поља, доћи до делимичних пражњења и убрзати старење изолације.

Посебан облик спољашњег утицаја на унутрашњу изолацију изазивају контакти са околином и могућност контаминације и влаге изолације у случају цурења инсталације. Влажење изолације доводи до оштрог смањења отпора цурења и повећања диелектричних губитака.

Особине изолације као диелектрика

Изолацију углавном карактеришу ДЦ отпор, диелектрични губитак и електрична снага. Електрични еквивалентно изолационо коло се може представити паралелним повезивањем кондензатора и отпорника. С тим у вези, када се на изолацију примени константан напон, струја у њој се експоненцијално смањује и измерена вредност отпора се сходно томе повећава.Утврђена вредност отпора изолације Р од ње карактерише спољашње загађење изолације и присуство пролазних струјних путева у њему. Поред тога, хидратациона изолација се такође може окарактерисати апсолутном вредношћу капацитета и динамиком његове промене.

Уништавање унутрашње изолације електричне опреме

У случају квара високог напона, унутрашња изолација потпуно или делимично губи своју диелектричну чврстоћу. Већина врста унутрашње изолације спада у групу неповратних изолација чији квар значи неповратно оштећење конструкције.То значи да унутрашња изолација мора имати већу диелектричну чврстоћу од спољне изолације, тј. такав ниво да су кварови потпуно искључени током целог радног века.

Неповратност оштећења унутрашње изолације у великој мери компликује акумулацију експерименталних података за нове типове унутрашње изолације и за новоразвијене велике изолационе структуре опреме високог и ултра високог напона. На крају крајева, сваки комад велике, скупе изолације може се тестирати на квар само једном.

Диелектрици који се користе за производњу унутрашње изолације електричне опреме

Диелектрициопрема која се користи за израду високонапонске унутрашње изолације мора поседовати комплекс високих електричних, термофизичких и механичких својстава и обезбедити: потребан ниво диелектричне чврстоће, као и потребне топлотне и механичке карактеристике изолационе конструкције димензија које задовољавају високе техничко-економске показатеље целокупне инсталације у целини.

Диелектрични материјали такође морају:

• имају добра технолошка својства, тј. мора бити погодан за процесе унутрашње изолације високог протока;

• испуњавају еколошке захтеве, тј. не смеју да садрже нити да формирају токсичне производе током рада, а након што се цео ресурс потроши, морају бити подвргнути преради или уништењу без загађивања животне средине;

• да не буде оскудно и да има такву цену да је изолациона структура економски исплатива.

У неким случајевима се горе наведеним захтевима могу додати и други захтеви због специфичности одређене врсте опреме. На пример, материјали за енергетске кондензаторе морају имати повећану диелектричну константу; материјали за разводне коморе — висока отпорност на топлотне ударе и електричне лукове.

Дугогодишња пракса стварања и рада различите високонапонске опреме показује да је у многим случајевима читав скуп захтева најбоље задовољен када се као део унутрашње изолације користи комбинација више материјала, који се међусобно допуњују и обављају нешто различите функције. .

Дакле, само чврсти диелектрични материјали обезбеђују механичку чврстоћу изолационе структуре; обично имају највећу диелектричну чврстоћу. Делови направљени од чврстог диелектрика високе механичке чврстоће могу деловати као механичка сидра за жице.

Гасови високе чврстоће и течни диелектрици лако попуњавају изолационе празнине било које конфигурације, укључујући најмање празнине, поре и пукотине, чиме се значајно повећава диелектрична чврстоћа, посебно на дужи рок.

Употреба течних диелектрика омогућава у неким случајевима значајно побољшање услова хлађења због природне или принудне циркулације изолационе течности.

Врсте унутрашње изолације и материјали који се користе за њихову производњу.

У високонапонским инсталацијама и опреми електроенергетског система користи се неколико врста унутрашње изолације. Најчешће су изолације импрегниране папиром (папир-уље), изолације од уљне баријере, изолације на бази лискуна, пластике и гаса.

Ове сорте имају одређене предности и недостатке и имају своје области примене. Међутим, они деле нека заједничка својства:

• сложена природа зависности диелектричне чврстоће од трајања излагања напону;

• у већини случајева, неповратно уништење рушењем;

• утицај на понашање током рада механичких, термичких и других спољашњих утицаја;

• у већини случајева предиспозиција за старење.

Импрегнирана папирна изолација (БПИ)

Почетни материјали су специјални електроизолациони папири и минерална (нафтна) уља или синтетички течни диелектрици.

Изолација импрегнирана папиром се заснива на слојевима папира. Папирна изолација импрегнирана у ролнама (ширина ролне до 3,5 м) се користи у секцијама енергетских кондензатора и у чаурама (чаурама); трака (ширина траке од 20 до 400 мм) — у структурама са електродама релативно сложене конфигурације или велике дужине (чауре виших напонских класа, енергетски каблови). Слојеви изолације траке могу се намотати на електроду са преклапањем или са размаком између суседних окрета.Након намотавања папира, изолација се суши под вакуумом на температури од 100-120 ° Ц до преосталог притиска од 0,1-100 Па. Папир се затим импрегнира добро дегазираним уљем под вакуумом.

Дефект папира у изолацији импрегнираној папиром ограничен је на један слој и више пута се преклапа другим слојевима. Најтањи празнини између слојева и велики број микропора у самом папиру током вакуумског сушења уклањају ваздух и влагу из изолације, а приликом импрегнације ови празнини и поре се поуздано попуњавају уљем или другом импрегнационом течношћу.

Кондензаторски и кабловски папири имају хомогену структуру и високу хемијску чистоћу. Кондензаторски папири су најтањи и најчистији. Трансформаторски папири се користе у чаурама, струјним и напонским трансформаторима, као и у уздужним изолационим елементима енергетских трансформатора, аутотрансформатори и реактори.

За импрегнацију папирне изолације у енергетским кабловима пуњеним уљем 110-500 кВ, уљем ниског вискозитета или синтетичким уљима за каблове, иу кабловима до 35 кВ — мешавинама пуњеним уљем повећане вискозности.

Импрегнација се врши у енергетским и мерним трансформаторима и чаурама трансформаторско уље… Употреба кондензатора снаге кондензаторско уље (нафта), хлоровани бифенили или њихове замене и рицинусово уље (у импулсним кондензаторима).

Уља за нафтне каблове и кондензаторе су темељније рафинисана од уља за трансформаторе.

Хлоровани бифенили који поседују високу релативну диелектричну константу, повећану отпорност на делимична пражњења (ПД) и незапаљивост, токсични су и опасни по животну средину. Због тога је обим њихове употребе нагло смањен, замењују их еколошки прихватљиве течности.

Да би се смањили диелектрични губици у енергетским кондензаторима, користи се комбинована изолација, у којој се слојеви папира смењују са слојевима полипропиленског филма, који је ред величине мањи од необрађеног папира. Таква изолација има већу електричну снагу.

Недостаци изолације импрегниране папиром су ниска дозвољена радна температура (не више од 90 ° Ц) и запаљивост.

Уљна баријера (пуњена уљем) изолација (МБИ).

Ова изолација је заснована на трансформаторском уљу. Осигурава добро хлађење конструкције због спонтане или присилне циркулације.

Чврсти диелектрични материјали су такође део изолације уљне баријере — електрични картон, кабловски папир итд. Они пружају механичку чврстоћу конструкцији и користе се за повећање диелектричне чврстоће изолације баријере уља. Преграде су направљене од електрокартона, а електроде су прекривене слојевима кабловског папира. Баријере повећавају диелектричну чврстоћу изолације са уљном баријером за 30-50%, деле изолациони јаз на низ уских канала, ограничавају количину честица нечистоћа које могу да приђу електродама и учествују у покретању процеса пражњења.

Електрична чврстоћа изолације уљне баријере повећава се прекривањем електрода сложеног облика танким слојем полимерног материјала, а код електрода једноставног облика изолацијом слојевима папирне траке.

Технологија израде изолације са уљном баријером обухвата монтажу конструкције, сушење под вакуумом на температури од 100-120°Ц и пуњење (импрегнацију) под вакуумом дегазираним уљем.

Предности изолације од уљне баријере укључују релативну једноставност дизајна и технологије његове производње, интензивно хлађење активних делова опреме (намотаја, магнетна кола), као и могућност враћања квалитета изолације током рада. сушењем структуре и променом уља .

Недостаци изолације са уљном баријером су нижа електрична чврстоћа од папирно-уљне изолације, опасност од пожара и експлозије конструкције, потреба за посебном заштитом од влаге током рада.

Уљна изолација се користи као главна изолација у енергетским трансформаторима називног напона од 10 до 1150 кВ, у аутотрансформаторима и реакторима виших напонских класа.

Изолација на бази лискуна има класу отпорности на топлоту Б (до 130 ° Ц). Лискун има веома високу диелектричну чврстоћу (при одређеној оријентацији електричног поља у односу на кристалну структуру), отпоран је на делимична пражњења и веома је отпоран на топлоту. Захваљујући овим својствима, лискун је незаменљив материјал за изолацију намотаја статора великих ротационих машина. Главни полазни материјали су трака од лискуна или трака од стакленог лискуна.

Мицалента је слој лискунских плоча повезаних лаком једна са другом и са подлогом од специјалног папира или стаклене траке. Микалента се користи у такозваној комплексној изолацији, чији производни процес укључује намотавање неколико слојева лискунасте траке, импрегнацију битуменским једињењем под вакуумским загревањем и пресовањем. Ове операције се понављају сваких пет до шест слојева док се не добије потребна дебљина изолације. Комплексна изолација се тренутно користи у малим и средњим машинама.

Савршенија је изолација од трака од стакленог лискуна и термореактивних импрегнацијских једињења.

Лискуна трака се састоји од једног слоја лискуна папира дебљине 0,04 мм и једног или два слоја стаклене траке дебљине 0,04 мм. Такав састав има довољно високу механичку чврстоћу (због подлога) и горе наведене квалитете карактеристичне за лискун.

За израду термореактивне изолације користе се траке од лискуна и импрегнирајуће композиције на бази епоксидних и полиестерских смола, која не омекшава при загревању, задржава високу механичку и електричну чврстоћу. Врсте термореактивне изолације које се користе у нашој земљи називају се "лискун", "монолит", "монотерм" итд. Термореактивна изолација се користи у намотајима статора великих турбо и хидрогенератора, мотора и синхроних компензатора номиналног напона до 36 кВ.

Пластична изолација у индустријским размерама се користи у енергетским кабловима за напоне до 220 кВ и у импулсним кабловима. Главни диелектрични материјал у овим случајевима је полиетилен ниске и високе густине. Овај други има боља механичка својства, али је мање погодан за обраду због више температуре омекшавања.

Пластична изолација у каблу је у сендвичу између полупроводних штитова од полиетилена испуњеног угљеником. Екрана на струјној жици, полиетиленска изолација и спољашњи штит се наносе екструзијом (ектрузијом). Неки типови импулсних каблова користе међуслојеве од флуоропластичне траке.У неким случајевима поливинилхлорид се користи за заштитне омоте каблова.

Гасна изолација

Користи се за извођење гасне изолације у високонапонским конструкцијама СФ6 гас или сумпор хексафлуорид… То је гас без боје и мириса око пет пута тежи од ваздуха.Има највећу снагу у поређењу са инертним гасовима као што су азот и угљен-диоксид.

Чисти СФ6 гас је безопасан, хемијски неактиван, има повећану способност дисипације топлоте и веома је добар медијум за сузбијање лука; не гори и не одржава сагоревање. Диелектрична чврстоћа гаса СФ6 у нормалним условима је приближно 2,5 пута већа од ваздуха.

Висока диелектрична чврстоћа гаса СФ6 објашњава се чињеницом да његови молекули лако везују електроне, формирајући стабилне негативне јоне. Због тога процес умножавања електрона у јаком електричном пољу, који је основа за развој електричног пражњења, постаје тежак.

Како притисак расте, диелектрична чврстоћа гаса СФ6 расте скоро пропорционално притиску и може бити већа од течности и неких чврстих диелектрика. Највиши радни притисак, а самим тим и највиши ниво диелектричне чврстоће СФ6 у изолационој конструкцији ограничен је могућношћу утечњавања СФ6 на ниским температурама, на пример, температура утечњавања СФ6 при притиску од 0,3 МПа је -45 °Ц а на 0,5 МПа је -30°Ц. Такве температуре за искључену спољну опрему су сасвим могуће зими у многим деловима земље.

Изолационе потпорне конструкције од ливене епоксидне изолације користе се за осигурање делова под напоном у комбинацији са гасом СФ6.

Гас СФ6 се користи у прекидачима, кабловима и херметички затвореним расклопним апаратима (ГРУ) за напоне од 110 кВ и више и веома је обећавајући изолациони материјал.

На температурама изнад 3000 ° Ц, разлагање гаса СФ6 може почети ослобађањем слободних атома флуора.Настају гасовите токсичне супстанце. Вероватноћа њихове појаве постоји за неке типове прекидача дизајнираних да искључују велике струје кратког споја. Пошто су прекидачи херметички затворени, ослобађање отровних гасова није опасно по оперативно особље и околину, али се морају предузети посебне мере предострожности приликом поправке и отварања прекидача.