De vigtigste typer og elektriske egenskaber ved den indvendige isolering af elektriske installationer

Generelle egenskaber ved den indvendige isolering af elektriske installationer

Indvendig isolering refererer til dele af den isolerende struktur, hvor isoleringsmediet er flydende, faste eller gasformige dielektriske stoffer eller deres kombinationer, som ikke har direkte kontakt med atmosfærisk luft.

Ønskeligheden eller nødvendigheden af ​​at bruge indendørs isolering frem for omgivende luft skyldes en række årsager.

For det første har de indvendige isoleringsmaterialer en væsentlig højere elektrisk styrke (5-10 gange eller mere), hvilket kraftigt kan reducere isoleringsafstandene mellem ledningerne og reducere udstyrets størrelse. Dette er vigtigt ud fra et økonomisk synspunkt.

For det andet udfører de individuelle elementer i den indre isolering funktionen af ​​mekanisk fastgørelse af ledninger; flydende dielektrika forbedrer i nogle tilfælde væsentligt køleforholdene for hele strukturen.

Indvendige isoleringselementer i højspændingskonstruktioner udsættes under drift for stærke elektriske, termiske og mekaniske belastninger. Under påvirkning af disse påvirkninger forringes isoleringens dielektriske egenskaber, isoleringen "ældes" og mister sin elektriske styrke.

Termiske effekter er forårsaget af varmeafgivelse i de aktive dele af udstyret (i ledninger og magnetiske kredsløb) samt dielektriske tab i selve isoleringen. Under forhold med øget temperatur accelererer de kemiske processer i isoleringen betydeligt, hvilket fører til en gradvis forringelse af dens egenskaber.

Mekaniske belastninger er farlige for den indvendige isolering, fordi der kan opstå mikrorevner i de faste dielektrikum, der udgør den, hvor der så under påvirkning af et stærkt elektrisk felt vil ske delvise udladninger, og ældningen af ​​isoleringen vil accelerere.

En særlig form for ekstern påvirkning af den indvendige isolering er forårsaget af kontakterne med miljøet og muligheden for forurening og fugt af isoleringen i tilfælde af lækage af installationen. Befugtning af isoleringen fører til et kraftigt fald i lækagemodstanden og en stigning i dielektriske tab.

Egenskaber ved isolering som dielektrisk

Isolering er hovedsageligt kendetegnet ved DC modstand, dielektrisk tab og elektrisk styrke. Det elektrisk ækvivalente isolationskredsløb kan repræsenteres ved at forbinde kondensatorer og modstande parallelt. I denne henseende, når en konstant spænding påføres isoleringen, falder strømmen i den eksponentielt, og den målte modstandsværdi stiger tilsvarende.Den etablerede værdi af isolationsmodstanden R fra den karakteriserer den eksterne forurening af isoleringen og tilstedeværelsen af ​​passerende strømveje i den. Derudover kan hydreringsisolering også karakteriseres ved den absolutte værdi af kapaciteten og dynamikken i dens ændring.

Ødelæggelse af den indvendige isolering af elektrisk udstyr

Ved højspændingsfejl mister den indvendige isolering helt eller delvist sin dielektriske styrke. De fleste typer af indvendig isolering tilhører gruppen af ​​ikke-genoprettelige isoleringer, hvis nedbrydning betyder uoprettelige skader på konstruktionen.Det betyder, at den indvendige isolering skal have en højere dielektrisk styrke end den udvendige isolering, dvs. et sådant niveau, at fejl helt udelukkes i hele levetiden.

Den irreversibilitet af interne isoleringsskader komplicerer i høj grad akkumuleringen af ​​eksperimentelle data for nye typer intern isolering og for nyudviklede store isoleringsstrukturer af høj- og ultrahøjspændingsudstyr. Når alt kommer til alt, kan hvert stykke stor, dyr isolering kun testes for fejl én gang.

Dielektriske stoffer, der bruges til at fremstille indvendig isolering af elektrisk udstyr

Dielektrikudstyr, der anvendes til fremstilling af højspændingsintern isolering skal have et kompleks af høje elektriske, termofysiske og mekaniske egenskaber og give: det nødvendige niveau af dielektrisk styrke samt de nødvendige termiske og mekaniske egenskaber for den isolerende struktur med dimensioner, der opfylder de høje tekniske og økonomiske indikatorer for hele installationen som helhed.

Dielektriske materialer skal også:

• have gode teknologiske egenskaber, dvs. skal være egnet til interne isolationsprocesser med høj gennemstrømning;

• opfylde miljøkrav, dvs. de må ikke indeholde eller danne giftige produkter under drift, og efter at hele ressourcen er opbrugt, skal de undergå forarbejdning eller destruktion uden at forurene miljøet;

• ikke at være knappe og have en sådan pris, at isolationsstrukturen er økonomisk rentabel.

I nogle tilfælde kan der tilføjes andre krav til ovenstående krav på grund af de særlige forhold ved en bestemt type udstyr. For eksempel skal materialer til effektkondensatorer have en øget dielektrisk konstant; materialer til distributionskamre — høj modstandsdygtighed over for termiske stød og elektriske lysbuer.

Den langsigtede praksis med at skabe og betjene forskelligt højspændingsudstyr viser, at i mange tilfælde opfyldes hele kravsættet bedst, når en kombination af flere materialer anvendes som en del af den indvendige isolering, der supplerer hinanden og udfører lidt forskellige funktioner. .

Således giver kun faste dielektriske materialer den mekaniske styrke af den isolerende struktur; de har normalt den højeste dielektriske styrke. Dele lavet af et solidt dielektrikum med høj mekanisk styrke kan fungere som et mekanisk anker for ledninger.

Gasser med høj styrke og flydende dielektrika udfylder let isoleringshuller af enhver konfiguration, inklusive de mindste huller, porer og revner, og øger derved den dielektriske styrke betydeligt, især på lang sigt.

Brugen af ​​flydende dielektrikum gør det i nogle tilfælde muligt at forbedre køleforholdene væsentligt på grund af den naturlige eller tvungne cirkulation af den isolerende væske.

Typer af indvendig isolering og materialer, der anvendes til deres produktion.

Adskillige typer intern isolering anvendes i højspændingsinstallationer og elsystemudstyr. De mest almindelige er papirimprægneret (papir-olie) isolering, oliebarriereisolering, glimmerbaseret isolering, plast og gas.

Disse sorter har visse fordele og ulemper og har deres egne anvendelsesområder. Men de deler nogle fælles egenskaber:

• den komplekse karakter af afhængigheden af ​​den dielektriske styrke af varigheden af ​​udsættelse for spænding;

• i de fleste tilfælde irreversibel ødelæggelse ved nedrivning;

• indflydelse på adfærd under drift af mekaniske, termiske og andre ydre påvirkninger;

• i de fleste tilfælde en disposition for aldring.

Imprægneret papirisolering (BPI)

Udgangsmaterialerne er specielle elektriske isoleringspapirer og mineralske (råolie) olier eller syntetiske flydende dielektriske stoffer.

Papirimprægneret isolering er baseret på papirlag. Rulleimprægneret papirisolering (rullebredde op til 3,5 m) bruges i sektioner af strømkondensatorer og i bøsninger (bøsninger); tape (båndbredde fra 20 til 400 mm) — i strukturer med elektroder af relativt kompleks konfiguration eller lang længde (bøsninger af højere spændingsklasser, strømkabler). Lag af tapeisolering kan vikles på elektroden med et overlap eller med et mellemrum mellem tilstødende vindinger.Efter vikling af papiret tørres isoleringen under vakuum ved en temperatur på 100-120 ° C til et resttryk på 0,1-100 Pa. Papiret imprægneres derefter med godt afgasset olie under vakuum.

En papirfejl i papirimprægneret isolering er begrænset til ét lag og overlappes gentagne gange af andre lag. De tyndeste mellemrum mellem lagene og et stort antal mikroporer i selve papiret under vakuumtørring fjerner luft og fugt fra isoleringen, og under imprægneringen fyldes disse huller og porer pålideligt med olie eller en anden imprægneringsvæske.

Kondensator- og kabelpapir har en homogen struktur og høj kemisk renhed. Kondensatorpapir er det tyndeste og reneste. Transformatorpapir bruges i bøsninger, strøm- og spændingstransformatorer såvel som i langsgående isoleringselementer af krafttransformatorer, autotransformere og reaktorer.

Til imprægnering af papirisolering i kraftoliefyldte kabler 110-500 kV, med lavviskositetsolie eller syntetiske kabelolier, og i kabler op til 35 kV — oliefyldte blandinger med øget viskositet.

Imprægnering udføres i kraft- og måletransformatorer og bøsninger transformer olie… Brug af kraftkondensatorer kondensatorolie (råolie), chlorerede biphenyler eller deres erstatninger og ricinusolie (i impulskondensatorer).

Petroleumskabel- og kondensatorolier er mere grundigt raffinerede end transformatorolier.

Klorerede biphenyler, der har en høj relativ dielektrisk konstant, øget modstandsdygtighed over for partielle udladninger (PD) og ikke-brændbarhed, de er giftige og farlige for miljøet. Derfor er omfanget af deres brug kraftigt reduceret, de erstattes af miljøvenlige væsker.

For at reducere de dielektriske tab i effektkondensatorerne anvendes en kombineret isolering, hvor papirlagene veksles med lag af polypropylenfilm, som er en størrelsesorden mindre end ubehandlet papir. En sådan isolering har en højere elektrisk styrke.

Ulemperne ved isolering imprægneret med papir er den lave tilladte driftstemperatur (ikke mere end 90 ° C) og brændbarhed.

Oliebarriere (oliefyldt) isolering (MBI).

Denne isolering er baseret på transformerolie. Det sikrer god afkøling af strukturen på grund af spontan eller forceret cirkulation.

Faste dielektriske materialer er også en del af oliebarriereisoleringen - elektrisk pap, kabelpapir osv. De giver mekanisk styrke til strukturen og bruges til at øge den dielektriske styrke af oliebarriereisolering. Baflerne er lavet af elektrisk pap og elektroderne er dækket af lag kabelpapir. Barrierer øger den dielektriske styrke af isolering med en oliebarriere med 30-50%, opdeler isolationsgabet i en række smalle kanaler, de begrænser mængden af ​​urenhedspartikler, der kan nærme sig elektroderne og deltage i initieringen af ​​udledningsprocessen.

Oliebarriereisoleringens elektriske styrke øges ved at dække kompleksformede elektroder med et tyndt lag polymermateriale, og i tilfælde af enkeltformede elektroder ved at isolere med lag papirtape.

Teknologien til fremstilling af isolering med en oliebarriere omfatter samling af strukturen, tørring under vakuum ved en temperatur på 100-120 ° C og påfyldning (imprægnering) under vakuum med afgasset olie.

Fordelene ved oliebarriereisolering inkluderer den relative enkelhed af designet og teknologien til dets produktion, intensiv afkøling af udstyrets aktive dele (viklinger, magnetiske kredsløb) samt muligheden for at genoprette kvaliteten af ​​isoleringen under drift ved at tørre strukturen og skifte olie.

Ulemperne ved isolering med en oliebarriere er den lavere elektriske styrke end papir-olie-isolering, faren for brand og eksplosion af strukturen, behovet for særlig beskyttelse mod fugt under drift.

Olieisoleringsisolering anvendes som hovedisolering i krafttransformatorer med en nominel spænding på 10 til 1150 kV, i autotransformatorer og reaktorer med højere spændingsklasser.

Glimmerbaseret isolering har varmemodstandsklasse B (op til 130 ° C). Glimmer har en meget høj dielektrisk styrke (ved en vis orientering af det elektriske felt i forhold til krystalstrukturen), er modstandsdygtig over for partielle udladninger og er meget modstandsdygtig over for varme. Takket være disse egenskaber er glimmer et uundværligt materiale til isolering af statorviklingerne på store roterende maskiner. De vigtigste udgangsmaterialer er glimmerstrimmel eller glasglimmerstrimmel.

Micalenta er et lag af glimmerplader forbundet med lak til hinanden og med et underlag lavet af specialpapir eller glastape. Mikalenta anvendes i såkaldt kompleks isolering, hvor produktionsprocessen omfatter opvikling af flere lag glimmertape, imprægnering med en bituminøs forbindelse under vakuumopvarmning og presning. Disse operationer gentages hvert femte til sjette lag, indtil den nødvendige isoleringstykkelse er opnået. Kompleks isolering anvendes i dag i små og mellemstore maskiner.

Isolering fra glasglimmerstrimler og termohærdende imprægneringsmasser er mere perfekt.

Glimmertape består af et lag 0,04 mm tykt glimmerpapir og et eller to lag 0,04 mm tykt glastape. En sådan sammensætning har tilstrækkelig høj mekanisk styrke (på grund af substrater) og de ovennævnte egenskaber, der er karakteristiske for glimmer.

Glimmerstrimler og imprægneringssammensætninger baseret på epoxy- og polyesterharpikser bruges til at fremstille termohærdende isolering, som ikke blødgøres ved opvarmning, bevarer høj mekanisk og elektrisk styrke. De typer af termohærdende isolering, der bruges i vores land, kaldes "glimmer", "monolit", "monoterm" osv. Termohærdende isolering anvendes i statorviklingerne af store turboer og hydrogeneratorer, motorer og synkrone kompensatorer med en nominel spænding på op til 36 kV.

Plastisolering i industriel skala anvendes i strømkabler til spændinger op til 220 kV og i impulskabler. Det vigtigste dielektriske materiale i disse tilfælde er polyethylen med lav og høj densitet. Sidstnævnte har bedre mekaniske egenskaber, men er mindre bearbejdelig på grund af dens højere blødgøringstemperatur.

Plastisoleringen i kablet er klemt mellem halvledende skærme lavet af kulstoffyldt polyethylen. Skærmen på den strømførende ledning, polyethylenisoleringen og det ydre skjold påføres ved ekstrudering (ekstrudering). Nogle typer af impulskabler bruger mellemlag af fluoroplastisk tape. I nogle tilfælde bruges polyvinylklorid til beskyttelse af kabelkapper.

Gas isolering

Det bruges til at udføre gasisolering i højspændingsstrukturer SF6-gas eller svovlhexafluorid… Det er en farveløs, lugtfri gas, der er omkring fem gange tungere end luft.Det har den største styrke sammenlignet med inerte gasser som nitrogen og kuldioxid.

Ren SF6-gas er harmløs, kemisk inaktiv, har øget varmeafledningsevne og er et meget godt lysbueundertrykkende medium; brænder eller opretholder ikke forbrænding. Den dielektriske styrke af SF6-gas under normale forhold er ca. 2,5 gange den for luft.

Den høje dielektriske styrke af SF6-gas forklares ved, at dens molekyler let binder elektroner og danner stabile negative ioner. Derfor bliver processen med multiplikation af elektroner i et stærkt elektrisk felt, som er grundlaget for udviklingen af ​​en elektrisk udladning, vanskelig.

Når trykket stiger, stiger den dielektriske styrke af SF6-gas næsten proportionalt med trykket og kan være højere end for flydende og nogle faste dielektriske stoffer. Det højeste driftstryk og derfor det højeste niveau af dielektrisk styrke for SF6 i en isolerende struktur er begrænset af muligheden for fortætning af SF6 ved lave temperaturer, for eksempel er fortætningstemperaturen for SF6 ved et tryk på 0,3 MPa -45 °C og ved 0,5 MPa er det -30 ° C. Sådanne temperaturer for slukket udendørs udstyr er ganske mulige om vinteren i mange dele af landet.

Isolerende støttekonstruktioner fremstillet af støbt epoxyisolering anvendes til at sikre spændingsførende dele i kombination med SF6-gas.

SF6-gas bruges i afbrydere, kabler og hermetisk lukkede koblingsanlæg (GRU) til spændinger på 110 kV og derover og er et meget lovende isoleringsmateriale.

Ved temperaturer over 3000 ° C kan nedbrydningen af ​​SF6-gas begynde med frigivelsen af ​​frie fluoratomer.Gasformige giftige stoffer dannes. Sandsynligheden for deres forekomst eksisterer for nogle typer afbrydere designet til at afbryde store kortslutningsstrømme. Da kontakterne er hermetisk lukkede, er udslip af giftige gasser ikke farligt for betjeningspersonalet og miljøet, men der skal tages særlige forholdsregler ved reparation og åbning af kontakten.