Papirnata izolacija iz papirja – uporaba, prednosti in slabosti

Izolacija iz oljnega papirja je sestavljena iz plasti z oljem impregniranega papirja in oljnih plasti, ki zapolnjujejo reže med plastmi papirja. Papirna izolacijska plast je lahko izdelana iz trdnih listov papirja, na primer v izolaciji kondenzatorja v vrečki ali zvitku, ali z navijanjem papirnega traku s pozitivnim ali negativnim prekrivanjem (slika 1).

Za izolacijo zavojev se uporablja tračna izolacija s pozitivnim prekrivanjem močnostni transformatorji, izolacija tokovni transformatorji, napetost in druge naprave. Trak se navije z najmanj popolnim prekrivanjem ročno ali strojno z največjo možno napetostjo, kar zagotavlja visoko gostoto oprijema plasti.

Električni napajalni kabli so zviti z vrzeljo (negativno prekrivanje), da se zagotovi potrebna fleksibilnost kabla. Širina reže je sorazmerna s širino traku in je običajno 1,5 - 3,5 mm pri širini traku 15 - 30 mm, debelina papirnih trakov je 14 - 120 mikronov.Ponavadi se kotalijo tako, da je dovoljeno število ujemajočih se rež normalizirano, da bi se izognili prekrivanju rež, ker so oljne plasti velike debeline območja z zmanjšano električno trdnostjo.

riž. 1. Izolacija iz oljnega papirja s pozitivnim in negativnim prekrivanjem

Izolacijo iz oljnega papirja impregniramo v vakuumu, pred impregnacijo pa končni izdelek temeljito posušimo v vakuumskih komorah pri povišani temperaturi (do 130 °C). Preostali tlak med impregnacijo in sušenjem zagotavlja odpravo praznin v papirju in skoraj popolno razplinjevanje olja. Zrak, ki ostane v olju, je manj kot ena stotina količine zraka, raztopljenega v olju pri ravnovesju pri normalnih pogojih (topnost zraka v olju), kar je enako 10-11% prostornine.

Oljno-papirna izolacija ima zelo visoko kratkotrajno trdnost Epr, ki je enaka 50 - 120 kV / mm pri izmenični napetosti in 100 - 250 kV / mm pri enosmerni napetosti, zato se uporablja v strukturah z visoko električno poljsko jakostjo.

Električna trdnost izolacije oljnega papirja je odvisna od števila plasti papirja. Za pločevinasto izolacijo iz kondenzatorskega papirja se na začetku, ko se število plasti poveča, moč poveča, ker se verjetnost naključja šibkih, okvarjenih mest v plošči zmanjša, nato pa se zmanjša, ko se odvajanje toplote poslabša in pojavi se možnost toplotnega preboja, poveča pa se tudi učinek nehomogenosti polja na robovih elektrod. Največjo pretržno napetost opazimo pri 6-10 slojih papirja (slika 2).

riž. 2.Odvisnost pretržne trdnosti 10 mikronskega papirja od debeline izolacije

Izolacijska trdnost kabelskega papirja v homogenih in rahlo nehomogenih poljih je določena z največjo poljsko jakostjo in je nekoliko odvisna od debeline d ... V zelo nehomogenih poljih, na primer na ostrem robu elektrode, se prebojna trdnost zmanjša. z naraščajočo debelino izolacije.

Pod izmenično napetostjo se razpad večslojnega dielektrika papir-olje vedno začne z delnimi preboji oljnih plasti. Zato se pri načrtovanju izolacije nagibajo k tanjšemu sloju olja, saj se pri tankih slojih poveča prebojna napetost v olju, kar dosežejo s povečanjem gostote navitja, stiskanjem in predvsem z zmanjšanjem debeline papirja. Uporaba tankega papirja povzroči opazno povečanje dielektrične trdnosti izolacije (slika 3).

riž. 3. Odvisnost pretržne trdnosti od debeline papirja pri frekvenci napajanja

Povečanje gostote papirja povzroči povečanje dielektrične trdnosti listov papirja. Zato se kratkoročna trdnost izolacije oljnega papirja povečuje z gostoto papirja, hkrati pa se povečuje napetost v olju, kar vodi do zmanjšanja trdnosti in skrajšanja življenjske dobe izolacije pod dolgotrajno obremenitvijo. učinki, ki so povezani z delnimi izpusti v oljnih plasteh.

Kratkoročna in dolgoročna trdnost izolacije oljnega papirja se znatno poveča z naraščajočim pritiskom.Z naraščanjem tlaka se poveča trdnost olja v vmesnih slojih, poleg tega pa postane razvoj razelektritve v zračnih vključkih težji.

Opazno zmanjšanje kratkoročne in dolgoročne električne trdnosti papirno-oljne izolacije opazimo pri vlaženju. Vlaga je še posebej močna pri povišanih temperaturah.

Moč izolacijskih impulzov oljnega papirja narašča z zmanjševanjem trajanja impulza. Vpliv gostote papirja, debeline in števila slojev papirja na impulzno jakost izolacije oljnega papirja je enak vplivu napetosti električne frekvence. Povečanje tlaka pa bistveno poveča prebojno napetost za standardne aperiodične impulze.

Kratkotrajna trdnost papirno-oljne izolacije med razvojem slojne razelektritve je 2-3 krat manjša kot pri poljskih napetostih, normalnih na površino trdnega dielektrika.

Namesto olja za impregnacijo papirja lahko uporabimo tudi druge tekočine. Klorirani bifenili se uporabljajo za impregnacijo kondenzatorjev. Poliklorirani bifenili (sovol, sovtol) in posebne impregnacijske mešanice na njihovi osnovi so združljivi s papirjem, imajo povečano dielektrično konstanto in dovolj visoko dielektrično trdnost. Pri industrijski frekvenci je polje med plastmi papirja in tekočino v tem primeru porazdeljeno bolj enakomerno kot pri podobnih strukturah izolacije, impregnirane z oljem. Glavne omejitve pri uporabi kloriranih tekočin so povezane z njihovo visoko strupenostjo.

Za impregnacijo izolacija kabla uporabljajo se tudi sintetični tekoči ogljikovodiki (oktol, dodecbenzen itd.).Poleg tega se namesto papirja v kablih in kondenzatorjih uporabljajo sintetične folije ali kompozitna izolacija iz papirne folije, impregnirana z oljem ali drugimi izolacijskimi tekočinami. V takih sistemih ima papir vlogo stenja, ki potegne impregnacijsko maso v globino izolacije. Impregnacija čistih polimernih filmov je težavna zaradi njihove slabe omočljivosti.