De huvudsakliga typerna och elektriska egenskaperna hos den interna isoleringen av elektriska installationer

Allmänna egenskaper hos den inre isoleringen av elektriska installationer

Intern isolering avser delar av den isolerande strukturen där isoleringsmediet är flytande, fasta eller gasformiga dielektrika eller kombinationer av dessa, som inte har direkt kontakt med atmosfärisk luft.

Önskvärdheten eller nödvändigheten av att använda inomhusisolering snarare än omgivande luft beror på ett antal skäl.

För det första har de interna isoleringsmaterialen en betydligt högre elektrisk hållfasthet (5-10 gånger eller mer), vilket kraftigt kan minska isoleringsavstånden mellan ledningarna och minska storleken på utrustningen. Detta är viktigt ur ekonomisk synvinkel.

För det andra utför de individuella elementen i den inre isoleringen funktionen av mekanisk fästning av ledningar; flytande dielektrika förbättrar i vissa fall avsevärt kylförhållandena för hela strukturen.

Inre isoleringselement i högspänningskonstruktioner utsätts under drift för starka elektriska, termiska och mekaniska belastningar. Under påverkan av dessa influenser försämras isoleringens dielektriska egenskaper, isoleringen "åldras" och förlorar sin elektriska styrka.

Termiska effekter orsakas av värmeavgivning i de aktiva delarna av utrustningen (i ledningar och magnetiska kretsar) samt dielektriska förluster i själva isoleringen. Under förhållanden med ökad temperatur accelererar de kemiska processerna i isoleringen avsevärt, vilket leder till en gradvis försämring av dess egenskaper.

Mekaniska belastningar är farliga för den inre isoleringen, eftersom mikrosprickor kan uppstå i de fasta dielektrikum som utgör den, där sedan, under påverkan av ett starkt elektriskt fält, partiella urladdningar kommer att inträffa och åldrandet av isoleringen kommer att accelerera.

En speciell form av yttre påverkan på den inre isoleringen orsakas av kontakterna med omgivningen och möjligheten till förorening och fukt av isoleringen i händelse av läckage av installationen. Att blöta isoleringen leder till en kraftig minskning av läckagemotståndet och en ökning av dielektriska förluster.

Egenskaper för isolering som ett dielektrikum

Isolering kännetecknas främst av DC-resistans, dielektrisk förlust och elektrisk styrka. Den elektriskt ekvivalenta isoleringskretsen kan representeras genom att parallellkoppla kondensatorer och motstånd. I detta avseende, när en konstant spänning appliceras på isoleringen, minskar strömmen i den exponentiellt och det uppmätta resistansvärdet ökar i enlighet därmed.Det fastställda värdet på isolationsmotståndet R från det kännetecknar den externa föroreningen av isoleringen och närvaron av passerande strömvägar i den. Dessutom kan hydreringsisolering också kännetecknas av det absoluta värdet av kapaciteten och dynamiken i dess förändring.

Förstörelse av den inre isoleringen av elektrisk utrustning

Vid högspänningsfel förlorar den interna isoleringen helt eller delvis sin dielektriska styrka. De flesta typer av invändig isolering tillhör gruppen icke återvinningsbara isoleringar vars nedbrytning innebär irreversibla skador på konstruktionen.Detta innebär att den invändiga isoleringen måste ha en högre dielektrisk hållfasthet än den yttre isoleringen, d.v.s. en sådan nivå att fel helt utesluts under hela livslängden.

Oåterkalleligheten av inre isoleringsskador komplicerar i hög grad ackumuleringen av experimentella data för nya typer av inre isolering och för nyutvecklade stora isoleringsstrukturer av hög- och ultrahögspänningsutrustning. När allt kommer omkring kan varje del av stor, dyr isolering bara testas för fel en gång.

Dielektrikum som används för att producera inre isolering av elektrisk utrustning

Dielektrikutrustning som används för produktion av högspänningsisolering måste ha ett komplex av höga elektriska, termofysiska och mekaniska egenskaper och tillhandahålla: den erforderliga nivån av dielektrisk hållfasthet, såväl som de erforderliga termiska och mekaniska egenskaperna hos den isolerande strukturen med dimensioner som uppfyller de höga tekniska och ekonomiska indikatorerna för hela installationen som helhet.

Dielektriska material måste också:

• ha goda tekniska egenskaper, d.v.s. måste vara lämpliga för interna isoleringsprocesser med hög genomströmning;

• uppfylla miljökrav, d.v.s. de får inte innehålla eller bilda giftiga produkter under drift, och efter att hela resursen har förbrukats måste de genomgå bearbetning eller destruktion utan att förorena miljön;

• att inte vara ont om och ha ett sådant pris att isoleringsstrukturen är ekonomiskt lönsam.

I vissa fall kan andra krav läggas till ovanstående krav på grund av specifikationerna för en viss typ av utrustning. Till exempel måste material för effektkondensatorer ha en ökad dielektricitetskonstant; material för distributionskammare — hög motståndskraft mot termiska stötar och ljusbågar.

Den långsiktiga praxis att skapa och driva olika högspänningsutrustningar visar att i många fall hela kravuppsättningen är bäst tillfredsställd när en kombination av flera material används som en del av den inre isoleringen, kompletterar varandra och utför lite olika funktioner .

Således tillhandahåller endast fasta dielektriska material den mekaniska styrkan hos den isolerande strukturen; de har vanligtvis den högsta dielektriska styrkan. Delar gjorda av ett fast dielektrikum med hög mekanisk hållfasthet kan fungera som ett mekaniskt ankare för ledningar.

Höghållfasta gaser och flytande dielektrikum fyller lätt isoleringsluckor av vilken konfiguration som helst, inklusive de minsta luckorna, porerna och sprickorna, och ökar därmed den dielektriska hållfastheten avsevärt, särskilt på lång sikt.

Användningen av flytande dielektrikum gör det i vissa fall möjligt att avsevärt förbättra kylningsförhållandena på grund av den naturliga eller påtvingade cirkulationen av den isolerande vätskan.

Typer av inre isolering och material som används för deras produktion.

Flera typer av intern isolering används i högspänningsinstallationer och kraftsystemutrustning. De vanligaste är pappersimpregnerad (papper-olja) isolering, oljebarriärisolering, glimmerbaserad isolering, plast och gas.

Dessa sorter har vissa fördelar och nackdelar och har sina egna användningsområden. Men de delar några gemensamma egenskaper:

• den komplexa karaktären av beroendet av den dielektriska styrkan på varaktigheten av exponering för spänning;

• i de flesta fall irreversibel förstörelse genom rivning;

• påverkan på beteendet under drift av mekaniska, termiska och andra yttre påverkan;

• i de flesta fall en anlag för åldrande.

Impregnerad pappersisolering (BPI)

Utgångsmaterialen är speciella elektriska isoleringspapper och mineraloljor (petroleum) eller syntetiska flytande dielektrika.

Pappersimpregnerad isolering baseras på papperslager. Rullimpregnerad pappersisolering (rullbredd upp till 3,5 m) används i sektioner av kraftkondensatorer och i bussningar (hylsor); tejp (bandbredd från 20 till 400 mm) — i strukturer med elektroder av relativt komplex konfiguration eller lång längd (hylsor av högre spänningsklasser, strömkablar). Lager av tejpisolering kan lindas på elektroden med en överlappning eller med ett mellanrum mellan intilliggande varv.Efter lindning av papperet torkas isoleringen under vakuum vid en temperatur av 100-120 ° C till ett resttryck på 0,1-100 Pa. Papperet impregneras sedan med väl avgasad olja under vakuum.

En pappersdefekt i pappersimpregnerad isolering är begränsad till ett lager och överlappas upprepade gånger av andra lager. De tunnaste luckorna mellan skikten och ett stort antal mikroporer i själva papperet under vakuumtorkning avlägsnar luft och fukt från isoleringen, och under impregnering fylls dessa luckor och porer tillförlitligt med olja eller annan impregneringsvätska.

Kondensator- och kabelpapper har en homogen struktur och hög kemisk renhet. Kondensatorpapper är de tunnaste och renaste. Transformatorpapper används i bussningar, ström- och spänningstransformatorer, såväl som i längsgående isoleringselement av krafttransformatorer, autotransformatorer och reaktorer.

För impregnering av pappersisolering i kraftoljefyllda kablar 110-500 kV, med lågviskös olja eller syntetiska kabeloljor, och i kablar upp till 35 kV — oljefyllda blandningar med ökad viskositet.

Impregnering utförs i kraft- och mättransformatorer och genomföringar transformatorolja… Användning av kraftkondensatorer kondensatorolja (petroleum), klorerade bifenyler eller deras ersättning och ricinolja (i impulskondensatorer).

Petroleumkabel- och kondensatoroljor är mer grundligt raffinerade än transformatoroljor.

Klorerade bifenyler som har en hög relativ dielektricitetskonstant, ökat motstånd mot partiella urladdningar (PD) och obrännbarhet, de är giftiga och skadliga för miljön. Därför är omfattningen av deras användning kraftigt reducerad, de ersätts av miljövänliga vätskor.

För att minska de dielektriska förlusterna i effektkondensatorerna används en kombinerad isolering, där papperslagren alterneras med lager av polypropenfilm, som är en storleksordning mindre än obehandlat papper. Sådan isolering har en högre elektrisk hållfasthet.

Nackdelarna med isolering impregnerad med papper är den låga tillåtna driftstemperaturen (inte mer än 90 ° C) och brandfarlighet.

Oljebarriär (oljefylld) isolering (MBI).

Denna isolering är baserad på transformatorolja. Det säkerställer god kylning av strukturen på grund av spontan eller forcerad cirkulation.

Fasta dielektriska material är också en del av oljebarriärens isolering - elektrisk kartong, kabelpapper, etc. De ger mekanisk styrka till strukturen och används för att öka den dielektriska hållfastheten hos oljebarriärisolering. Bafflarna är gjorda av elektrisk kartong och elektroderna är täckta med lager av kabelpapper. Barriärer ökar den dielektriska styrkan hos isoleringen med en oljebarriär med 30-50%, delar upp isoleringsgapet i ett antal smala kanaler, de begränsar mängden föroreningspartiklar som kan närma sig elektroderna och delta i initieringen av urladdningsprocessen.

Oljebarriärisoleringens elektriska hållfasthet ökas genom att täcka komplexformade elektroder med ett tunt skikt av polymermaterial, och i fallet med enkelformade elektroder genom att isolera med lager av papperstejp.

Tekniken för produktion av isolering med en oljebarriär inkluderar montering av strukturen, torkning under vakuum vid en temperatur på 100-120 ° C och fyllning (impregnering) under vakuum med avgasad olja.

Fördelarna med oljebarriärisolering inkluderar den relativa enkelheten i designen och tekniken för dess produktion, intensiv kylning av de aktiva delarna av utrustningen (lindningar, magnetiska kretsar) samt möjligheten att återställa isoleringens kvalitet under drift genom att torka strukturen och byta olja.

Nackdelarna med isolering med en oljebarriär är den lägre elektriska styrkan än pappers-oljeisolering, risken för brand och explosion av strukturen, behovet av speciellt skydd mot fukt under drift.

Oljeisoleringsisolering används som huvudisolering i krafttransformatorer med en nominell spänning på 10 till 1150 kV, i autotransformatorer och reaktorer med högre spänningsklasser.

Glimmerbaserad isolering har värmebeständighetsklass B (upp till 130 ° C). Glimmer har en mycket hög dielektrisk styrka (vid en viss orientering av det elektriska fältet i förhållande till kristallstrukturen), är motståndskraftig mot partiella urladdningar och är mycket motståndskraftig mot värme. Tack vare dessa egenskaper är glimmer ett oumbärligt material för att isolera statorlindningarna på stora roterande maskiner. De huvudsakliga utgångsmaterialen är glimmerremsa eller glasglimmerremsor.

Micalenta är ett lager av glimmerplattor anslutna med lack till varandra och med ett substrat av specialpapper eller glastejp. Mikalenta används i så kallad komplex isolering, vars tillverkning innefattar lindning av flera lager glimmertejp, impregnering med en bituminös förening under vakuumvärmning och pressning. Dessa operationer upprepas vart femte till vart sjätte lager tills den erforderliga isoleringstjockleken erhålls. Komplex isolering används idag i små och medelstora maskiner.

Isolering från glimmerremsor av glas och härdande impregneringsmassa är mer perfekt.

Glimmertejp består av ett lager 0,04 mm tjockt glimmerpapper och ett eller två lager 0,04 mm tjockt glastejp. En sådan komposition har tillräckligt hög mekanisk hållfasthet (på grund av substrat) och de ovan nämnda egenskaperna som är karakteristiska för glimmer.

Glimmerremsor och impregneringskompositioner baserade på epoxi- och polyesterhartser används för att göra härdplastisolering, som inte mjuknar vid upphettning, behåller hög mekanisk och elektrisk hållfasthet. De typer av härdplastisolering som används i vårt land kallas "glimmer", "monolit", "monoterm", etc. Värmehärdande isolering används i statorlindningarna i stora turbo- och hydrogeneratorer, motorer och synkrona kompensatorer med en nominell spänning på upp till 36 kV.

Plastisolering i industriell skala används i kraftkablar för spänningar upp till 220 kV och i impulskablar. Det huvudsakliga dielektriska materialet i dessa fall är låg- och högdensitetspolyeten. Den senare har bättre mekaniska egenskaper men är mindre bearbetbar på grund av sin högre mjukningstemperatur.

Plastisoleringen i kabeln är inklämd mellan halvledande skärmar av kolfylld polyeten. Skärmen på den strömförande ledningen, polyetenisoleringen och den yttre skärmen appliceras genom extrudering (extrudering). Vissa typer av impulskablar använder mellanskikt av fluorplasttejp, i vissa fall används polyvinylklorid för skyddande kabelmantlar.

Gasisolering

Det används för att utföra gasisolering i högspänningsstrukturer SF6-gas eller svavelhexafluorid… Det är en färglös, luktfri gas som är ungefär fem gånger tyngre än luft.Den har störst styrka jämfört med inerta gaser som kväve och koldioxid.

Ren SF6-gas är ofarlig, kemiskt inaktiv, har ökad värmeavledningsförmåga och är ett mycket bra ljusbågsdämpande medium; brinner inte eller upprätthåller förbränning. Den dielektriska styrkan hos SF6-gas under normala förhållanden är ungefär 2,5 gånger den för luft.

Den höga dielektriska styrkan hos SF6-gas förklaras av det faktum att dess molekyler lätt binder elektroner och bildar stabila negativa joner. Därför blir processen för multiplikation av elektroner i ett starkt elektriskt fält, som är grunden för utvecklingen av en elektrisk urladdning, svår.

När trycket ökar, ökar den dielektriska styrkan hos SF6-gas nästan proportionellt mot trycket och kan vara högre än för flytande och vissa fasta dielektrika. Det högsta driftstrycket och därför den högsta nivån av dielektrisk hållfasthet för SF6 i en isolerande struktur begränsas av möjligheten till kondensering av SF6 vid låga temperaturer, till exempel är kondensationstemperaturen för SF6 vid ett tryck på 0,3 MPa -45 ° C och vid 0,5 MPa är det -30 ° C. Sådana temperaturer för avstängd utomhusutrustning är fullt möjliga på vintern i många delar av landet.

Isolerande stödkonstruktioner av gjuten epoxiisolering används för att säkra spänningsförande delar i kombination med SF6-gas.

SF6-gas används i strömbrytare, kablar och hermetiskt slutna ställverk (GRU) för spänningar på 110 kV och över och är ett mycket lovande isoleringsmaterial.

Vid temperaturer över 3000 ° C kan nedbrytningen av SF6-gas börja med frigörandet av fria fluoratomer.Gasformiga giftiga ämnen bildas. Sannolikheten för att de inträffar finns för vissa typer av omkopplare utformade för att koppla bort stora kortslutningsströmmar. Eftersom strömbrytarna är hermetiskt tillslutna är utsläpp av giftiga gaser inte farligt för driftpersonalen och miljön, men speciella försiktighetsåtgärder måste vidtas vid reparation och öppning av strömbrytaren.