Общие характеристики внутренней изоляции электроустановок

Внутренней изоляцией именуются части изоляционной конструкции, в каких изолирующей средой являются водянистые, твердые либо газообразные диэлектрики либо их композиции, не имеющие прямых контактов с атмосферным воздухом.

Необходимость либо необходимость внедрения внутренней изоляции, а не окружающего нас воздуха обоснована рядом обстоятельств.

Во-1-х, материалы для внутренней изоляции владеют существенно более высочайшей электронной прочностью (в 5-10 раз и поболее), что позволяет резко уменьшить изоляционные расстояния меж проводниками и уменьшить габариты оборудования. Это принципиально с экономической точки зрения.

Во-2-х, отдельные элементы внутренней изоляции делают функцию механического крепления проводников, водянистые диэлектрики в ряде случает существенно делают лучше условия остывания всей конструкции.

Элементы внутренней изоляции в высоковольтных конструкциях в процессе использования подвергаются сильным электронным, термическим и механическим воздействиям. Под воздействием этих воздействий диэлектрические характеристики изоляции ухудшаются, изоляция “стареет” и утрачивает свою электронную крепкость.

Термические воздействия обоснованы тепловыделениями в активных частях оборудования (в проводниках и магнитопроводах), также диэлектрическими потерями в самой изоляции. В критериях увеличения температуры существенно ускоряются хим процессы в изоляции, которые ведут к постепенному ухудшению ее параметров.

Механические нагрузки небезопасны для внутренней изоляции тем, что в жестких диэлектриках, входящих в ее состав, могут показаться микротрещины, в каких потом под действие сильного электронного поля возникнут частичные разряды и ускорится старение изоляции.

Особенная форма наружного воздействия на внутреннюю изоляцию обоснована контактами с окружающей средой и возможностью загрязнения и увлажнения изоляции при нарушении плотности установки. Увлажнение изоляции ведет к резкому уменьшению сопротивления утечки и росту диэлектрических утрат.

Пробой внутренней изоляции электрического оборудования

При пробое под воздействием высочайшего напряжения внутренняя изоляция стопроцентно либо отчасти утрачивает свою электронную крепкость. Большая часть видов внутренней изоляции принадлежит к группе несамовосстанавливающейся изоляции, пробой которой значит необратимое повреждение конструкции. Это значит, что внутренняя изоляция должна владеть более высочайшим уровнем электронной прочности, чем наружняя изоляция, т.е. таким уровнем, при котором пробои стопроцентно исключаются в течение всего срока службы.

Необратимость повреждения внутренней изоляции очень осложняет скопление экспериментальных данных для новых видов внутренней изоляции и для вновь разрабатываемых больших изоляционных конструкций оборудования высочайшего и сверхвысокого напряжения. Ведь каждый экземпляр большой дорогостоящей изоляции можно испытать на пробой только один раз.

Диэлектрики, применяемые для производства внутренней изоляции электрического оборудования

Диэлектрики, применяемые для производства внутренней изоляции высоковольтного оборудования должны владеть комплексом больших электронных, теплофизических и механических параметров и обеспечивать: нужный уровень электронной прочности, также требуемые термические и механические свойства изоляционной конструкции при размерах, которым соответствуют высочайшие технико-экономические характеристики всей установки в целом.

Диэлектрические материалы должны также:

• владеть неплохими технологическими качествами, т.е. должны быть применимыми для высокопроизводительных процессов производства внутренней изоляции;

• удовлетворять экологическим требованиям, т.е. не должны содержать либо создавать в процессе использования ядовитые продукты, а после отработки всего ресурса они должны поддаваться переработке либо уничтожению без загрязнения среды;

• не быть дефицитными и иметь такую цена, при которой изоляционная конструкция выходит экономически целесообразной.

В ряде всевозможных случаев к обозначенным выше требованиям могут добавляться и другие, обусловленные специфичностью того либо другого вида оборудования. К примеру материалы для силовых конденсаторов обязаны иметь завышенную диэлектрическую проницаемость; материалы для камер выключателей — высшую стойкость к термоударам и воздействиям электронной дуги.

Долгая практика сотворения и эксплуатации различного высоковольтного оборудования указывает, что в почти всех случаях весь комплекс требований лучшим образом удовлетворяется при использовании в составе внутренней изоляции композиции из нескольких материалов, дополняющих друг дружку и выполняющих несколько разные функции.

Так, только твердые диэлектрические материалы обеспечивают механическую крепкость изоляционной конструкции; обычно они имеют и более высшую электронную крепкость. Детали из твердого диэлектрика, владеющего высочайшей механической прочностью, могут делать функцию механического крепления проводников.

Прочные газы и водянистые диэлектрики просто заполняют изоляционные промежутки хоть какой конфигурации, в том числе тончайшие зазоры, поры и щели, чем значительно увеличивают электронную крепкость, в особенности долгосрочную.

Внедрение водянистых диэлектриков позволяет в ряде всевозможных случаев существенно сделать лучше условия остывания за счет естественной либо принудительной циркуляции изоляционной воды.

Виды внутренней изоляции и материалы, применяемые для их производства.

В установках высочайшего напряжения и оборудования энергосистем употребляется некоторое количество видов внутренней изоляции. Более обширное распространение получили бумажно-пропитанная (бумажно-масляная) изоляция, маслобарьерная изоляция, изоляция на базе слюды, пластмассовая и газовая.

Эти разновидности владеют определенными плюсами и недочетами, имеют свои области внедрения. Но их объединяют некие общие характеристики:

• непростой нрав зависимости электронной прочности от продолжительности воздействия напряжения;

• почти всегда необратимость разрушения при пробое;

• воздействие на поведение в эксплуатации механических, термических и других наружных воздействий;

• почти всегда подверженность старению.

Бумажно-пропитанная изоляция (БПИ)

Начальными материалами служат особые электроизоляционные бумаги и минеральные (нефтяные) масла либо синтетические водянистые диэлектрики.

Базу бумажно-пропитанной изоляции составляют слои бумаги. Рулонная бумажно-пропитанная изоляция (ширина рулона до 3,5 м) применяется в секциях силовых конденсаторов и в вводах (проходных изоляторах); ленточная (ширина ленты от 20 до 400 мм) — в конструкциях с электродами относительно сложной конфигурации либо большой длины (вводы высших классов напряжения, силовые кабели). Слои ленточной изоляции могут наматываться на электрод внахлест либо с зазором меж примыкающими витками. После намотки бумаги изоляция подвергается вакуумной сушке при температуре 100-120°С до остаточного давления 0,1-100 Па. Потом под вакуумом делается пропитка бумаги кропотливо дегазированным маслом.

Недостаток бумаги в бумажно-пропитанной изоляции ограничен пределами 1-го слоя и неоднократно перекрывается другими слоями. Тончайшие зазоры меж слоями и огромное количество микропор в самой бумаге при вакуумной сушке обеспечивает удаление из изоляции воздуха и воды, а при пропитке эти зазоры и поры накрепко заполняются маслом либо другой пропиточной жидкостью.

Конденсаторные и кабельные бумаги имеют однородную структуру и высшую хим чистоту. Конденсаторные бумаги самые тонкие и незапятнанные. Трансформаторные бумаги употребляются в вводах, трансформаторах тока и напряжения, также в элементах продольной изоляции силовых трансформаторов, автотрансформаторов и реакторов.

Для пропитки картонной изоляции в силовых маслонаполненных кабелях 110-500 кВ употребляются маловязкие нефтяныелибо синтетические кабельные масла, а в кабелях до 35 кВ — маслонаполненные консистенции завышенной вязкости.

В силовых и измерительных трансформаторах и вводах пропитка осуществляется трансформаторным маслом. В силовых конденсаторах применяется конденсаторное масло (нефтяное), хлорированные дифенилы либо их заменители, также касторовое масло (в импульсных конденсаторах).

Нефтяные кабельные и конденсаторные масла более кропотливо очищены, чем трансформаторные.

Хлорированные дифенилы, владея высочайшей относительной диэлектрической проницаемостью, завышенной стойкостью к воздействию частичных разрядов (ЧР) и негорючестью, токсичны и экологически небезопасны. Потому масштабы их внедрения резко сокращаются, их подменяют экологически незапятнанными жидкостями.

Для понижения диэлектрических утрат в силовых конденсаторах употребляют комбинированную изоляцию, в какой слои бумаги чередуются со слоями полипропиленовой пленки, у которой на порядок меньше чем у непропитанной бумаги. Такая изоляция обладает более высочайшей электронной прочностью.

Недочетами бумажно-пропитанной изоляции являются низкая допустимая рабочая температура (менее 90°С) и горючесть.

Масло-барьерная (маслонаполненная) изоляция (МБИ).

Базу этой изоляции составляет трансформаторное масло. Оно обеспечивает не плохое остывание конструкции за счет самопроизвольной либо принудительной циркуляции.

В состав масло-барьерной изоляции входят и твердые диэлектрические материалы — электрокартон, кабельная бумага и др. Они обеспечивают механическую крепкость конструкции и употребляются для увеличения электронной прочности масло-барьерной изоляции. Из электрокартона делают барьеры а слоями кабельной бумаги покрывают электроды. Барьеры увеличивают электронную крепкость масло-барьерной изоляции на 30-50%, разделяя изоляционный просвет на ряд узеньких каналов, они ограничивают количество примесных частиц, которые могут приближаться к электродам и участвовать в инициировании разрядного процесса.

Электронную крепкость масло-барьерной изоляции увеличивает покрытие электродов сложной формы узким слоем полимерного материала, а в случае электродов обычный формы — изолирование их слоями картонной ленты.

Разработка производства масло-барьерной изоляции включает сборку конструкции, сушку ее под вакуумом при температуре 100-120°С и наполнение (пропитку) под вакуумом дегазированным маслом.

К плюсам масло-барьерной изоляции относятся сравнительная простота конструкции и технологии ее производства, насыщенное остывание активных частей оборудования (обмоток, магнитопроводов), также возможность восстановления свойства изоляции в эксплуатации методом сушки конструкции и подмены масла.

Недочетами масло-барьерной изоляции являются наименьшая, чем у бумажно-масляной изоляции электронная крепкость, пожаро- и взрывоопасность конструкции, необходимость специальной защиты от увлажнения в процессе использования.

Масло-барьерная изоляция употребляется в качестве главной изоляции в силовых трансформаторах с номинальными напряжениями от 10 до 1150 кВ, в автотрансформаторах и реакторах высших классов напряжения.

Изоляция на базе слюды имеет класс нагревостойкости В (до 130°С). Слюда имеет очень высшую электронную крепкость (при определенной ориентации электронного поля относительно кристаллической структуры), обладает стойкостью к воздействию частичных разрядов и высочайшей нагревостойкостью. Благодаря этим свойствам, слюда является неподменным материалом для изоляции статорных обмоток больших крутящихся машин. Основными начальными материалами служат микалента либо стеклослюдинитовая лента.

Микалента представляет собой слой пластинок слюды, скрепленных лаком меж собой и с подложкой из специальной бумаги либо стеклоленты. Микалента употребляется в так именуемой компаундированной изоляции, процесс производства которой включает намотку нескольких слоев микаленты, пропитку их при нагреве под вакуумом битумным компаундом и опрессовку. Эти операции повторяются для каждых пяти-шести слоев до получения изоляции нужной толщины. Компаундированная изоляция употребляется в текущее время в машинах малой и средней мощности.

Более совершенной является изоляция, выполняемая из стеклослюдинитовых лент и термореактивных пропиточных составов.

Слюдинитовая лента состоит из 1-го слоя слюдинитовой бумаги шириной 0,04 мм и 1-го либо 2-ух слоев подложки из стеклоленты шириной 0,04 мм. Такая композиция обладает довольно высочайшей механической прочностью (за счет подложек) и отмеченными выше свойствами, соответствующими для слюды.

Из слюдинитовых лент и пропитывающих составов на базе эпоксидных и полиэфирных смол изготовляют термореактивную изоляцию, которая при нагреве не размягчается, сохраняет высшую механическую и электронную крепкость. Разновидности термореактивной изоляции, применяемые у нас в стране, именуют “слюдотерм”, “монолит”, “монотерм” и т.д. Термореактивная изоляция применяется в статорных обмотках больших турбо- и гидрогенераторов, движков и синхронных компенсаторов с номинальными напряжениями до 36 кВ.

Пластмассовая изоляция в промышленных масштабах употребляется в силовых кабелях на напряжения до 220 кВ и в импульсных кабелях. Главным диэлектрическим материалом в этих случаях является целофан низкой и высочайшей плотности. Последний имеет наилучшие механические свойства, но наименее технологичен из-за более высочайшей температуры размягчения.

Пластмассовая изоляция в кабеле размещается меж полупроводящими экранами, выполняемыми из заполненного углеродом целофана. Экран на токоведущей жиле, изоляция из целофана и внешний экран наносятся способом экструзии (выдавливания). В неких типах импульсных кабелей используются прослойки из фторопластовых лент. Для защитных оболочек кабелей в ряде всевозможных случаев употребляется поливинилхлорид.

Газовая изоляция

Для выполнения газовой изоляции в высоковольтных конструкциях употребляется элегаз, либо шестифтористая сера. Это тусклый газ без аромата, который приблизительно в 5 раз тяжелее воздуха. Он имеет самую большую крепкость по сопоставлению с такими инертными газами, как азот и двуокись углерода.

Незапятнанный газообразный элегаз безобиден, химически неактивен, обладает завышенной теплоотводящей способностью и является очень неплохой дугогасящей средой; он не пылает и не поддерживает горение. Электронная крепкость элегаза в обычных критериях приблизительно в 2,5 раза выше прочности воздуха.

Высочайшая электронная крепкость элегаза разъясняется тем, что его молекулы просто присоединяют электроны, образуя устойчивые отрицательные ионы. Из-за этого затрудняется процесс размножения электронов в сильном электронном поле, который составляет базу развития электронного разряда.

При увеличении давления электронная крепкость элегаза растет практически пропорционально давлению и может быть выше прочности водянистых и неких жестких диэлектриков. Наибольшее рабочее давление и, как следует, больший уровень электронной прочности элегаза в изоляционной конструкции ограничивается возможностью сжижения элегаза при низких температурах, к примеру, температура сжижения элегаза при давлении 0,3 МПа составляет -45°С, а при 0,5 МПа равна -30°С. Такие температуры у отключенного оборудования внешней установки полностью вероятны зимой в почти всех районах страны.

Для крепления токоведущих частей в композиции с элегазом употребляются опорные изоляционные конструкции из литой эпоксидной изоляции.

Элегаз употребляется в выключателях, кабелях и герметизированных распределительных устройствах (ГРУ) на напряжения 110 кВ и выше и является очень многообещающим изоляционным материалом.

При температурах выше 3000°С может начаться разложение элегаза с выделением свободных атомов фтора. Образуются газообразные яды. Возможность их возникновения существует для неких типов выключателей, созданных для отключения огромных токов недлинного замыкания. Так как выключатели герметически закрыты, возникновение ядовитых газов не небезопасно для эксплуатационного персонала и среды, но при ремонте и вскрытии выключателя нужно принимать особые защитные меры.