Glavne vrste in električne značilnosti notranje izolacije električnih instalacij

Splošne lastnosti notranje izolacije električnih inštalacij

Notranja izolacija se nanaša na dele izolacijske strukture, v katerih so izolacijski medij tekoči, trdni ali plinasti dielektriki ali njihove kombinacije, ki nimajo neposrednega stika z atmosferskim zrakom.

Zaželenost ali potreba po uporabi notranje izolacije namesto zunanjega zraka je posledica številnih razlogov.

Prvič, notranji izolacijski materiali imajo znatno večjo električno trdnost (5-10-krat ali več), kar lahko močno zmanjša izolacijske razdalje med žicami in zmanjša velikost opreme. To je pomembno z ekonomskega vidika.

Drugič, posamezni elementi notranje izolacije opravljajo funkcijo mehanskega pritrditve žic; tekoči dielektriki v nekaterih primerih bistveno izboljšajo pogoje hlajenja celotne strukture.

Notranji izolacijski elementi v visokonapetostnih konstrukcijah so med obratovanjem izpostavljeni močnim električnim, toplotnim in mehanskim obremenitvam. Pod vplivom teh vplivov se dielektrične lastnosti izolacije poslabšajo, izolacija se "stara" in izgublja svojo električno trdnost.

Toplotni učinki so posledica sproščanja toplote v aktivnih delih opreme (v žicah in magnetnih tokokrogih) ter dielektričnih izgub v sami izolaciji. V pogojih povišane temperature se kemični procesi v izolaciji močno pospešijo, kar povzroči postopno poslabšanje njenih lastnosti.

Mehanske obremenitve so nevarne za notranjo izolacijo, saj lahko nastanejo mikrorazpoke v trdnih dielektrikih, ki jo sestavljajo, kjer nato pod vplivom močnega električnega polja pride do delnih razelektritev in pospeši staranje izolacije.

Posebno obliko zunanjega vpliva na notranjo izolacijo povzročajo stiki z okoljem ter možnost kontaminacije in vlage izolacije v primeru netesnosti napeljave. Močenje izolacije vodi do močnega zmanjšanja upora proti puščanju in povečanja dielektričnih izgub.

Lastnosti izolacije kot dielektrika

Za izolacijo so značilni predvsem enosmerni upor, dielektrične izgube in električna trdnost. Električno enakovredno izolacijsko vezje lahko predstavimo z vzporedno povezavo kondenzatorjev in uporov. V zvezi s tem, ko se na izolacijo nanese konstantna napetost, se tok v njej eksponentno zmanjša in izmerjena vrednost upora se ustrezno poveča.Ugotovljena vrednost izolacijskega upora R iz njega označuje zunanje onesnaženje izolacije in prisotnost prehodnih tokovnih poti v njej. Poleg tega lahko hidracijsko izolacijo označimo tudi z absolutno vrednostjo kapacitete in dinamiko njenega spreminjanja.

Uničenje notranje izolacije električne opreme

V primeru okvare visoke napetosti notranja izolacija popolnoma ali delno izgubi svojo dielektrično trdnost. Večina vrst notranjih izolacij spada v skupino nepopravljivih izolacij, katerih razpad pomeni nepopravljivo poškodbo konstrukcije, kar pomeni, da mora imeti notranja izolacija večjo prebojnost kot zunanja izolacija, t.j. takšen nivo, da so okvare v celotni življenjski dobi popolnoma izključene.

Nepopravljivost poškodbe notranje izolacije močno otežuje zbiranje eksperimentalnih podatkov za nove vrste notranje izolacije in za novo razvite velike izolacijske strukture visoko in ultravisokonapetostne opreme. Navsezadnje je mogoče vsak kos velike, drage izolacije preizkusiti le enkrat.

Dielektriki, ki se uporabljajo za izdelavo notranje izolacije električne opreme

DielektrikiOprema, ki se uporablja za izdelavo visokonapetostne notranje izolacije, mora imeti kompleks visokih električnih, termofizikalnih in mehanskih lastnosti ter zagotavljati: zahtevano raven dielektrične trdnosti ter zahtevane toplotne in mehanske lastnosti izolacijske strukture z dimenzijami, ki ustrezajo visoki tehnični in ekonomski kazalniki celotne naprave kot celote.

Dielektrični materiali morajo tudi:

• imajo dobre tehnološke lastnosti, tj. mora biti primeren za visoko zmogljive postopke notranje izolacije;

• izpolnjevati okoljske zahteve, tj. med obratovanjem ne smejo vsebovati ali tvoriti strupenih produktov, po porabi celotnega vira pa morajo biti predelani ali uničeni brez onesnaževanja okolja;

• da jih ni malo in da imajo takšno ceno, da je izolacijska konstrukcija ekonomsko upravičena.

V nekaterih primerih se zgornjim zahtevam lahko dodajo še druge zaradi posebnosti posamezne vrste opreme. Na primer, materiali za močnostne kondenzatorje morajo imeti povečano dielektrično konstanto; materiali za razdelilne komore — visoka odpornost na toplotne šoke in električni oblok.

Dolgoletna praksa ustvarjanja in delovanja različne visokonapetostne opreme kaže, da je v mnogih primerih celoten sklop zahtev najbolje izpolnjen, če se kot del notranje izolacije uporablja kombinacija več materialov, ki se med seboj dopolnjujejo in opravljajo nekoliko drugačne funkcije. .

Tako le trdni dielektrični materiali zagotavljajo mehansko trdnost izolacijske strukture; običajno imajo največjo dielektrično trdnost. Deli iz trdnega dielektrika z visoko mehansko trdnostjo lahko delujejo kot mehansko sidro za žice.

Plini in tekoči dielektriki visoke trdnosti zlahka zapolnijo izolacijske vrzeli katere koli konfiguracije, vključno z najmanjšimi režami, porami in razpokami, s čimer bistveno povečajo dielektrično trdnost, zlasti dolgoročno.

Uporaba tekočih dielektrikov v nekaterih primerih omogoča bistveno izboljšanje pogojev hlajenja zaradi naravnega ali prisilnega kroženja izolacijske tekočine.

Vrste notranje izolacije in materiali, ki se uporabljajo za njihovo izdelavo.

V visokonapetostnih inštalacijah in opremi elektroenergetskega sistema se uporablja več vrst notranje izolacije. Najpogostejše so izolacije, impregnirane s papirjem (papir-olje), izolacije z oljno zaporo, izolacije na osnovi sljude, plastike in plina.

Te sorte imajo določene prednosti in slabosti ter imajo svoja področja uporabe. Imajo pa nekaj skupnih lastnosti:

• kompleksna narava odvisnosti dielektrične trdnosti od trajanja izpostavljenosti napetosti;

• v večini primerov nepopravljivo uničenje z rušenjem;

• vpliv na obnašanje med delovanjem mehanskih, toplotnih in drugih zunanjih vplivov;

• v večini primerov nagnjenost k staranju.

Impregnirana papirna izolacija (BPI)

Izhodne snovi so posebni elektroizolacijski papirji in mineralna (naftna) olja ali sintetični tekoči dielektriki.

Papirnato impregnirana izolacija temelji na papirnih slojih. Papirna izolacija impregnirana v zvitkih (širina zvitka do 3,5 m) se uporablja v odsekih močnostnih kondenzatorjev in v pušah (pušah); trak (širina traku od 20 do 400 mm) — v strukturah z elektrodami relativno zapletene konfiguracije ali velike dolžine (rokavi višjih napetostnih razredov, napajalni kabli). Plasti izolacijskega traku se lahko navijejo na elektrodo s prekrivanjem ali z razmikom med sosednjimi zavoji.Po navijanju papirja se izolacija posuši v vakuumu pri temperaturi 100-120 ° C do preostalega tlaka 0,1-100 Pa. Papir nato v vakuumu impregniramo z dobro razplinjenim oljem.

Napaka papirja v izolaciji, impregnirani s papirjem, je omejena na eno plast in jo večkrat prekrivajo druge plasti. Najtanjše reže med plastmi in veliko število mikropor v samem papirju pri vakuumskem sušenju odvajajo zrak in vlago iz izolacije, med impregnacijo pa se te reže in pore zanesljivo zapolnijo z oljem ali drugo impregnacijsko tekočino.

Kondenzatorski in kabelski papirji imajo homogeno strukturo in visoko kemično čistost. Kondenzatorski papir je najtanjši in najčistejši. Transformatorski papirji se uporabljajo v pušah, tokovnih in napetostnih transformatorjih, kot tudi v vzdolžnih izolacijskih elementih energetskih transformatorjev, avtotransformatorji in reaktorji.

Za impregnacijo papirne izolacije v energetskih oljnih kablih 110-500 kV z oljem z nizko viskoznostjo ali sintetičnimi kabelskimi olji, v kablih do 35 kV pa z oljnimi mešanicami s povečano viskoznostjo.

Impregnacija se izvaja v močnostnih in merilnih transformatorjih ter pušah transformatorsko olje… Uporaba močnostnih kondenzatorjev Kondenzatorsko olje (zemeljsko olje), klorirani bifenili ali njihovi nadomestki in ricinusovo olje (v impulznih kondenzatorjih).

Olja za naftne kable in kondenzatorje so bolj temeljito prečiščena kot transformatorska olja.

Klorirani bifenili, ki imajo visoko relativno dielektrično konstanto, povečano odpornost na delne razelektritve (PD) in negorljivost, so strupeni in nevarni za okolje. Zato se obseg njihove uporabe močno zmanjša, nadomestijo jih okolju prijazne tekočine.

Za zmanjšanje dielektričnih izgub v močnostnih kondenzatorjih se uporablja kombinirana izolacija, v kateri se plasti papirja izmenjujejo s plastmi polipropilenskega filma, ki je za red velikosti manjši od neobdelanega papirja. Takšna izolacija ima večjo električno trdnost.

Slabosti izolacije, impregnirane s papirjem, so nizka dovoljena delovna temperatura (ne več kot 90 ° C) in vnetljivost.

Oljna pregrada (z oljem napolnjena) izolacija (MBI).

Ta izolacija temelji na transformatorskem olju. Zagotavlja dobro hlajenje konstrukcije zaradi spontanega ali prisilnega kroženja.

Trdni dielektrični materiali so tudi del izolacije oljne pregrade - električni karton, kabelski papir itd. Zagotavljajo mehansko trdnost strukture in se uporabljajo za povečanje dielektrične trdnosti izolacije oljne pregrade. Pregrade so izdelane iz električnega kartona, elektrode pa prekrite s plastmi kabelskega papirja. Pregrade povečajo dielektrično trdnost izolacije z oljno pregrado za 30-50%, delijo izolacijsko režo na več ozkih kanalov, omejujejo količino delcev nečistoč, ki se lahko približajo elektrodam in sodelujejo pri sprožitvi procesa praznjenja.

Električno trdnost izolacije oljne bariere povečamo s prekrivanjem elektrod kompleksnih oblik s tanko plastjo polimernega materiala, pri elektrodah preprostih oblik pa z izolacijo s plastmi papirnega traku.

Tehnologija izdelave izolacije z oljno pregrado vključuje montažo konstrukcije, sušenje v vakuumu pri temperaturi 100-120 ° C in polnjenje (impregnacijo) pod vakuumom z razplinjenim oljem.

Prednosti izolacije z oljno pregrado vključujejo relativno preprostost zasnove in tehnologije njene proizvodnje, intenzivno hlajenje aktivnih delov opreme (navitja, magnetna vezja), pa tudi možnost ponovne vzpostavitve kakovosti izolacije med delovanjem. s sušenjem strukture in menjavo olja .

Slabosti izolacije z oljno pregrado so nižja električna trdnost od papirno-oljne izolacije, nevarnost požara in eksplozije konstrukcije, potreba po posebni zaščiti pred vlago med delovanjem.

Oljna izolacijska izolacija se uporablja kot glavna izolacija v močnostnih transformatorjih z nazivno napetostjo od 10 do 1150 kV, v avtotransformatorjih in reaktorjih višjih napetostnih razredov.

Izolacija na osnovi sljude ima razred toplotne odpornosti B (do 130 ° C). Sljuda ima zelo visoko dielektrično trdnost (pri določeni usmeritvi električnega polja glede na kristalno strukturo), je odporna na delne razelektritve in je zelo odporna na toploto. Zaradi teh lastnosti je sljuda nepogrešljiv material za izolacijo statorskih navitij velikih rotacijskih strojev. Glavni izhodni materiali so trak sljude ali trak iz steklene sljude.

Micalenta je plast sljudnih plošč, povezanih med seboj z lakom in s podlago iz posebnega papirja ali steklenega traku. Mikalenta se uporablja v tako imenovani kompleksni izolaciji, katere proizvodni proces vključuje navijanje več plasti sljudnega traku, impregnacijo z bitumensko maso pod vakuumskim segrevanjem in stiskanje. Te operacije se ponavljajo vsakih pet do šest plasti, dokler ne dosežemo zahtevane debeline izolacije. Kompleksna izolacija se trenutno uporablja v majhnih in srednje velikih strojih.

Izolacija iz trakov iz steklene sljude in termoreaktivnih impregnacijskih spojin je bolj popolna.

Sljudni trak je sestavljen iz ene plasti 0,04 mm debelega sljudnega papirja in ene ali dveh plasti 0,04 mm debelega steklenega traku. Taka sestava ima dovolj visoko mehansko trdnost (zaradi substratov) in zgoraj omenjene lastnosti, značilne za sljudo.

Trakovi sljude in impregnacijski sestavki na osnovi epoksi in poliestrskih smol se uporabljajo za izdelavo duroplastne izolacije, ki se pri segrevanju ne zmehča, ohranja visoko mehansko in električno trdnost. Vrste duroplastne izolacije, ki se uporabljajo pri nas, se imenujejo "sljuda", "monolit", "monoterm" itd. Termoreaktivna izolacija se uporablja v statorskih navitjih velikih turbo in hidrogeneratorjev, motorjev in sinhronskih kompenzatorjev z nazivno napetostjo do 36 kV.

Plastična izolacija se v industrijskem obsegu uporablja v električnih kablih za napetosti do 220 kV in v impulznih kablih. Glavni dielektrični material v teh primerih je polietilen nizke in visoke gostote. Slednji ima boljše mehanske lastnosti, vendar je zaradi višje temperature mehčanja manj primeren za obdelavo.

Plastična izolacija v kablu je stisnjena med polprevodniške ščite iz polietilena, polnjenega z ogljikom. Zaslon na tokovni žici, polietilenska izolacija in zunanji ščit se nanesejo z iztiskanjem (ekstrudiranje). Nekatere vrste impulznih kablov uporabljajo vmesne sloje iz fluoroplastičnega traku, v nekaterih primerih pa se za zaščitne ovoje kablov uporablja polivinilklorid.

Plinska izolacija

Uporablja se za izvedbo plinske izolacije v visokonapetostnih strukturah Plin SF6 ali žveplov heksafluorid… Je brezbarven plin brez vonja, približno petkrat težji od zraka.Ima največjo moč v primerjavi z inertnimi plini, kot sta dušik in ogljikov dioksid.

Čisti plin SF6 je neškodljiv, kemično neaktiven, ima povečano sposobnost odvajanja toplote in je zelo dober medij za dušenje obloka; ne gori ali vzdržuje gorenja. Dielektrična trdnost plina SF6 je v normalnih pogojih približno 2,5-krat večja kot pri zraku.

Visoka dielektrična trdnost plina SF6 je razložena z dejstvom, da njegove molekule zlahka vežejo elektrone in tvorijo stabilne negativne ione. Zato postane proces množenja elektronov v močnem električnem polju, ki je osnova za nastanek električne razelektritve, otežen.

Z naraščanjem tlaka se dielektrična trdnost plina SF6 poveča skoraj sorazmerno s tlakom in je lahko višja kot pri tekočih in nekaterih trdnih dielektrikih. Najvišji delovni tlak in s tem najvišja stopnja dielektrične trdnosti SF6 v izolacijski strukturi je omejena z možnostjo utekočinjanja SF6 pri nizkih temperaturah, na primer temperatura utekočinjenja SF6 pri tlaku 0,3 MPa je -45 ° C in pri 0,5 MPa je -30 ° C. Takšne temperature za izklopljeno zunanjo opremo so povsem možne pozimi v mnogih delih države.

Izolacijske nosilne strukture iz lite epoksi izolacije se uporabljajo za pritrditev delov pod napetostjo v kombinaciji s plinom SF6.

Plin SF6 se uporablja v odklopnikih, kablih in hermetično zaprtih stikalnih napravah (GRU) za napetosti 110 kV in več in je zelo obetaven izolacijski material.

Pri temperaturah nad 3000 ° C se lahko začne razgradnja plina SF6 s sproščanjem prostih atomov fluora.Nastanejo plinaste strupene snovi. Verjetnost njihovega pojava obstaja pri nekaterih vrstah stikal, namenjenih odklopu velikih tokov kratkega stika. Ker so stikala hermetično zaprta, izpust strupenih plinov ni nevaren za osebje in okolje, vendar je treba pri popravilu in odpiranju stikala upoštevati posebne previdnostne ukrepe.