Hovedtyper og elektriske egenskaper for den indre isolasjonen av elektriske installasjoner

Generelle egenskaper ved innvendig isolasjon av elektriske installasjoner

Innvendig isolasjon refererer til deler av isolasjonsstrukturen der isolasjonsmediet er flytende, faste eller gassformige dielektriske stoffer eller deres kombinasjoner, som ikke har direkte kontakt med atmosfærisk luft.

Ønskeligheten eller nødvendigheten av å bruke innendørs isolasjon fremfor omgivelsesluft skyldes en rekke årsaker.

For det første har de interne isolasjonsmaterialene en betydelig høyere elektrisk styrke (5-10 ganger eller mer), noe som kan redusere isolasjonsavstandene mellom ledningene og redusere størrelsen på utstyret. Dette er viktig fra et økonomisk synspunkt.

For det andre utfører de individuelle elementene i den indre isolasjonen funksjonen til mekanisk festing av ledninger; flytende dielektriske stoffer i noen tilfeller forbedrer kjøleforholdene betydelig for hele strukturen.

Innvendige isolasjonselementer i høyspentkonstruksjoner er under drift utsatt for sterke elektriske, termiske og mekaniske belastninger. Under påvirkning av disse påvirkningene forringes de dielektriske egenskapene til isolasjonen, isolasjonen "aldres" og mister sin elektriske styrke.

Termiske effekter er forårsaket av varmeavgivelse i de aktive delene av utstyret (i ledninger og magnetiske kretser) samt dielektriske tap i selve isolasjonen. Under forhold med økt temperatur akselererer de kjemiske prosessene i isolasjonen betydelig, noe som fører til en gradvis forringelse av egenskapene.

Mekaniske belastninger er farlige for den indre isolasjonen, fordi det kan oppstå mikrosprekker i de faste dielektrikum som utgjør den, hvor det da, under påvirkning av et sterkt elektrisk felt, vil oppstå partielle utladninger og aldring av isolasjonen vil akselerere.

En spesiell form for ytre påvirkning på den innvendige isolasjonen er forårsaket av kontaktene med miljøet og muligheten for forurensning og fuktighet av isolasjonen i tilfelle lekkasje av installasjonen. Å fukte isolasjonen fører til en kraftig reduksjon i lekkasjemotstand og en økning i dielektriske tap.

Egenskaper til isolasjon som et dielektrisk

Isolasjon er hovedsakelig preget av DC motstand, dielektrisk tap og elektrisk styrke. Den elektrisk ekvivalente isolasjonskretsen kan representeres ved å koble kondensatorer og motstander parallelt. I denne forbindelse, når en konstant spenning påføres isolasjonen, synker strømmen i den eksponentielt og den målte motstandsverdien øker tilsvarende.Den etablerte verdien av isolasjonsmotstanden R fra den karakteriserer den eksterne forurensningen av isolasjonen og tilstedeværelsen av passerende strømbaner i den. I tillegg kan hydreringsisolasjon også karakteriseres av den absolutte verdien av kapasiteten og dynamikken i dens endring.

Ødeleggelse av innvendig isolasjon av elektrisk utstyr

Ved høyspenningsfeil mister den innvendige isolasjonen helt eller delvis sin dielektriske styrke. De fleste typer innvendig isolasjon tilhører gruppen ikke-utvinnbare isolasjoner, hvis nedbrytning betyr irreversible skader på konstruksjonen.Dette betyr at den innvendige isolasjonen må ha høyere dielektrisk styrke enn den utvendige isolasjonen, d.v.s. et slikt nivå at feil utelukkes fullstendig gjennom hele levetiden.

Irreversibiliteten til indre isolasjonsskader kompliserer i stor grad akkumuleringen av eksperimentelle data for nye typer innvendig isolasjon og for nyutviklede store isolasjonsstrukturer av høy- og ultrahøyspentutstyr. Tross alt kan hvert stykke stor, kostbar isolasjon bare testes for feil én gang.

Dielektrikk som brukes til å produsere intern isolasjon av elektrisk utstyr

Dielektrikkutstyr som brukes til produksjon av høyspent intern isolasjon må ha et kompleks av høye elektriske, termofysiske og mekaniske egenskaper og gi: det nødvendige nivået av dielektrisk styrke, samt de nødvendige termiske og mekaniske egenskapene til den isolerende strukturen med dimensjoner som oppfyller de høye tekniske og økonomiske indikatorene for hele installasjonen som helhet.

Dielektriske materialer må også:

• ha gode teknologiske egenskaper, dvs. må være egnet for interne isolasjonsprosesser med høy gjennomstrømning;

• oppfylle miljøkrav, dvs. de må ikke inneholde eller danne giftige produkter under drift, og etter at hele ressursen er brukt opp, må de gjennomgå behandling eller destruksjon uten å forurense miljøet;

• ikke være knappe og ha en slik pris at isolasjonsstrukturen er økonomisk forsvarlig.

I noen tilfeller kan andre krav legges til kravene ovenfor på grunn av spesifikasjonene til en bestemt type utstyr. For eksempel må materialer for kraftkondensatorer ha en økt dielektrisk konstant; materialer for distribusjonskamre — høy motstand mot termiske støt og elektriske lysbuer.

Den langsiktige praksisen med å lage og drive ulike høyspentutstyr viser at i mange tilfeller tilfredsstilles hele kravsettet best når en kombinasjon av flere materialer brukes som en del av den innvendige isolasjonen, utfyller hverandre og utfører litt forskjellige funksjoner. .

Således er det kun faste dielektriske materialer som gir den mekaniske styrken til den isolerende strukturen; de har vanligvis den høyeste dielektriske styrken. Deler laget av et solid dielektrikum med høy mekanisk styrke kan fungere som et mekanisk anker for ledninger.

Høystyrkegasser og flytende dielektriske stoffer fyller lett isolasjonshull av enhver konfigurasjon, inkludert de minste hullene, porene og sprekkene, og øker dermed den dielektriske styrken betydelig, spesielt på lang sikt.

Bruken av flytende dielektriske midler gjør det i noen tilfeller mulig å forbedre kjøleforholdene betydelig på grunn av den naturlige eller tvungne sirkulasjonen av isolasjonsvæsken.

Typer innvendig isolasjon og materialer som brukes til produksjon.

Flere typer innvendig isolasjon brukes i høyspenningsinstallasjoner og kraftsystemutstyr. De vanligste er papirimpregnert (papir-olje) isolasjon, oljebarriereisolasjon, glimmerbasert isolasjon, plast og gass.

Disse variantene har visse fordeler og ulemper og har sine egne bruksområder. Imidlertid deler de noen vanlige egenskaper:

• den komplekse naturen til avhengigheten av den dielektriske styrken på varigheten av eksponering for spenning;

• i de fleste tilfeller irreversibel ødeleggelse ved riving;

• påvirkning på oppførselen under drift av mekaniske, termiske og andre ytre påvirkninger;

• i de fleste tilfeller en disposisjon for aldring.

Impregnert papirisolasjon (BPI)

Utgangsmaterialene er spesielle elektriske isolasjonspapirer og mineraloljer (petroleum) eller syntetiske flytende dielektriske stoffer.

Papirimpregnert isolasjon er basert på papirlag. Rulleimpregnert papirisolasjon (rullebredde opptil 3,5 m) brukes i deler av kraftkondensatorer og i bøssinger (hylser); tape (båndbredde fra 20 til 400 mm) — i strukturer med elektroder med relativt kompleks konfigurasjon eller lang lengde (hylser med høyere spenningsklasser, strømkabler). Lag av tapeisolasjon kan vikles på elektroden med en overlapping eller med et gap mellom tilstøtende svinger.Etter vikling av papiret tørkes isolasjonen under vakuum ved en temperatur på 100-120 ° C til et resttrykk på 0,1-100 Pa. Papiret blir deretter impregnert med godt avgasset olje under vakuum.

En papirdefekt i papirimpregnert isolasjon er begrenset til ett lag og overlappes gjentatte ganger av andre lag. De tynneste spaltene mellom lagene og et stort antall mikroporer i selve papiret under vakuumtørking fjerner luft og fuktighet fra isolasjonen, og under impregnering fylles disse spaltene og porene pålitelig med olje eller annen impregneringsvæske.

Kondensator- og kabelpapir har en homogen struktur og høy kjemisk renhet. Kondensatorpapir er det tynneste og reneste. Transformatorpapir brukes i bøssinger, strøm- og spenningstransformatorer, så vel som i langsgående isolasjonselementer til krafttransformatorer, autotransformatorer og reaktorer.

For impregnering av papirisolasjon i kraftoljefylte kabler 110-500 kV, med lavviskositetsolje eller syntetiske kabeloljer, og i kabler opp til 35kV — oljefylte blandinger med økt viskositet.

Impregnering utføres i kraft- og måletransformatorer og gjennomføringer transformatorolje… Bruk av kraftkondensatorer kondensatorolje (petroleum), klorerte bifenyler eller deres erstatninger og ricinusolje (i impulskondensatorer).

Petroleumskabel- og kondensatoroljer er mer grundig raffinert enn transformatoroljer.

Klorerte bifenyler som har en høy relativ dielektrisitetskonstant, økt motstand mot partielle utladninger (PD) og ikke-brennbarhet, er giftige og skadelige for miljøet. Derfor er omfanget av bruken deres kraftig redusert, de erstattes av miljøvennlige væsker.

For å redusere de dielektriske tapene i kraftkondensatorene brukes en kombinert isolasjon, der papirlagene veksles med lag av polypropylenfilm, som er en størrelsesorden mindre enn ubehandlet papir. Slik isolasjon har en høyere elektrisk styrke.

Ulempene med isolasjon impregnert med papir er lav tillatt driftstemperatur (ikke mer enn 90 ° C) og brennbarhet.

Oljebarriere (oljefylt) isolasjon (MBI).

Denne isolasjonen er basert på transformatorolje. Det sikrer god avkjøling av strukturen på grunn av spontan eller tvungen sirkulasjon.

Solide dielektriske materialer er også en del av oljebarriereisolasjonen - elektrisk papp, kabelpapir, etc. De gir mekanisk styrke til strukturen og brukes til å øke den dielektriske styrken til oljebarriereisolasjon. Bafflene er laget av elektrisk papp og elektrodene er dekket med lag med kabelpapir. Barrierer øker den dielektriske styrken til isolasjonen med en oljebarriere med 30-50%, deler isolasjonsgapet i en rekke smale kanaler, de begrenser mengden urenhetspartikler som kan nærme seg elektrodene og delta i initieringen av utladningsprosessen.

Den elektriske styrken til oljebarriereisolasjonen økes ved å dekke kompleksformede elektroder med et tynt lag av polymermateriale, og i tilfelle av enkeltformede elektroder ved å isolere med lag av papirtape.

Teknologien for produksjon av isolasjon med en oljebarriere inkluderer montering av strukturen, tørking under vakuum ved en temperatur på 100-120 ° C og fylling (impregnering) under vakuum med avgasset olje.

Fordelene med oljebarriereisolasjon inkluderer den relative enkelheten til design og teknologi for produksjonen, intensiv kjøling av de aktive delene av utstyret (viklinger, magnetiske kretser), samt muligheten for å gjenopprette kvaliteten på isolasjonen under drift ved å tørke strukturen og skifte olje.

Ulempene med isolasjon med oljebarriere er lavere elektrisk styrke enn papir-oljeisolasjon, faren for brann og eksplosjon av strukturen, behovet for spesiell beskyttelse mot fuktighet under drift.

Oljeisolasjonsisolasjon brukes som hovedisolasjon i krafttransformatorer med en nominell spenning på 10 til 1150 kV, i autotransformatorer og reaktorer med høyere spenningsklasser.

Glimmerbasert isolasjon har varmebestandighetsklasse B (opptil 130 ° C). Glimmer har en veldig høy dielektrisk styrke (ved en viss orientering av det elektriske feltet i forhold til krystallstrukturen), er motstandsdyktig mot partielle utladninger, og er svært motstandsdyktig mot varme. Takket være disse egenskapene er glimmer et uunnværlig materiale for å isolere statorviklingene til store roterende maskiner. Hovedutgangsmaterialene er glimmerstrimmel eller glassglimmerstrimmel.

Micalenta er et lag med glimmerplater forbundet med lakk til hverandre og med et underlag laget av spesialpapir eller glasstape. Mikalenta brukes i såkalt kompleks isolasjon, hvor produksjonsprosessen inkluderer vikling av flere lag med glimmertape, impregnering med en bituminøs forbindelse under vakuumoppvarming og pressing. Disse operasjonene gjentas hvert femte til sjette lag inntil den nødvendige isolasjonstykkelsen er oppnådd. Kompleks isolasjon brukes i dag i små og mellomstore maskiner.

Isolasjon fra glassglimmerstrimler og termoherdende impregneringsmasser er mer perfekt.

Glimmertape består av ett lag 0,04 mm tykt glimmerpapir og ett eller to lag 0,04 mm tykt glasstape. En slik sammensetning har tilstrekkelig høy mekanisk styrke (på grunn av underlag) og de ovennevnte egenskapene som er karakteristiske for glimmer.

Glimmerstrimler og impregneringssammensetninger basert på epoksy- og polyesterharpikser brukes til å lage termohærdende isolasjon, som ikke mykner ved oppvarming, beholder høy mekanisk og elektrisk styrke. Typene herdede isolasjon som brukes i vårt land kalles "glimmer", "monolit", "monoterm", etc. Termohærdende isolasjon brukes i statorviklingene til store turboer og hydrogeneratorer, motorer og synkrone kompensatorer med en nominell spenning på opptil 36 kV.

Plastisolasjon i industriell skala brukes i kraftkabler for spenninger opp til 220 kV og i impulskabler. Det viktigste dielektriske materialet i disse tilfellene er polyetylen med lav og høy tetthet. Sistnevnte har bedre mekaniske egenskaper, men er mindre bearbeidbar på grunn av sin høyere mykningstemperatur.

Plastisolasjonen i kabelen er klemt mellom halvledende skjermer laget av karbonfylt polyetylen. Skjermen på den strømførende ledningen, polyetylenisolasjonen og det ytre skjoldet påføres ved ekstrudering (ekstrudering). Noen typer impulskabler bruker mellomlag av fluoroplastisk tape.I noen tilfeller brukes polyvinylklorid til beskyttende kabelkapper.

Gassisolasjon

Den brukes til å utføre gassisolasjon i høyspentstrukturer SF6-gass eller svovelheksafluorid… Det er en fargeløs, luktfri gass som er omtrent fem ganger tyngre enn luft.Den har størst styrke sammenlignet med inerte gasser som nitrogen og karbondioksid.

Ren SF6-gass er ufarlig, kjemisk inaktiv, har økt varmeavledningsevne og er et meget godt lysbueundertrykkende medium; brenner ikke eller opprettholder forbrenning. Den dielektriske styrken til SF6-gass under normale forhold er omtrent 2,5 ganger den for luft.

Den høye dielektriske styrken til SF6-gass forklares av det faktum at molekylene lett binder elektroner og danner stabile negative ioner. Derfor blir prosessen med multiplikasjon av elektroner i et sterkt elektrisk felt, som er grunnlaget for utviklingen av en elektrisk utladning, vanskelig.

Når trykket øker, øker den dielektriske styrken til SF6-gass nesten proporsjonalt med trykket og kan være høyere enn for flytende og enkelte faste dielektriske stoffer. Det høyeste driftstrykket og derfor det høyeste nivået av dielektrisk styrke til SF6 i en isolerende struktur er begrenset av muligheten for flytendegjøring av SF6 ved lave temperaturer, for eksempel er flytendegjøringstemperaturen til SF6 ved et trykk på 0,3 MPa -45 ° C og ved 0,5 MPa er det -30 ° C. Slike temperaturer for avslått utendørsutstyr er fullt mulig om vinteren i mange deler av landet.

Isolerende bærekonstruksjoner laget av støpt epoksyisolasjon brukes for å sikre spenningsførende deler i kombinasjon med SF6-gass.

SF6-gass brukes i effektbrytere, kabler og hermetisk forseglet bryterutstyr (GRU) for spenninger på 110 kV og over og er et meget lovende isolasjonsmateriale.

Ved temperaturer over 3000 ° C kan nedbrytningen av SF6-gass begynne med frigjøring av frie fluoratomer.Gassformige giftige stoffer dannes. Sannsynligheten for deres forekomst eksisterer for noen typer brytere designet for å koble fra store kortslutningsstrømmer. Siden bryterne er hermetisk forseglet, er utslipp av giftige gasser ikke farlig for driftspersonellet og miljøet, men det må tas spesielle forholdsregler ved reparasjon og åpning av bryteren.