Glavne vrste i električne karakteristike unutarnje izolacije električnih instalacija

Opća svojstva unutarnje izolacije električnih instalacija

Unutarnja izolacija odnosi se na dijelove izolacijske konstrukcije u kojima su izolacijski medij tekući, kruti ili plinoviti dielektrici ili njihove kombinacije, koji nemaju izravni dodir s atmosferskim zrakom.

Poželjnost ili potreba korištenja unutarnje izolacije umjesto okolnog zraka posljedica je niza razloga.

Prvo, unutarnji izolacijski materijali imaju znatno veću električnu čvrstoću (5-10 puta ili više), što može oštro smanjiti izolacijske udaljenosti između žica i smanjiti veličinu opreme. Ovo je važno s ekonomskog gledišta.

Drugo, pojedinačni elementi unutarnje izolacije obavljaju funkciju mehaničkog pričvršćivanja žica; tekući dielektrici u nekim slučajevima značajno poboljšavaju uvjete hlađenja cijele strukture.

Unutarnji izolacijski elementi u visokonaponskim konstrukcijama tijekom rada izloženi su jakim električnim, toplinskim i mehaničkim opterećenjima. Pod utjecajem ovih utjecaja dolazi do pogoršanja dielektričnih svojstava izolacije, izolacija "stari" i gubi svoju električnu čvrstoću.

Toplinski učinci uzrokovani su oslobađanjem topline u aktivnim dijelovima opreme (u žicama i magnetskim krugovima) kao i dielektričnim gubicima u samoj izolaciji. U uvjetima povišene temperature kemijski procesi u izolaciji se značajno ubrzavaju, što dovodi do postupnog pogoršanja njezinih svojstava.

Mehanička opterećenja su opasna za unutarnju izolaciju, jer se mogu pojaviti mikropukotine u čvrstim dielektricima koji je čine, gdje će tada pod utjecajem jakog električnog polja doći do parcijalnih pražnjenja i ubrzanog starenja izolacije.

Poseban oblik vanjskog utjecaja na unutarnju izolaciju uzrokuju kontakti s okolinom te mogućnost onečišćenja i vlage izolacije u slučaju nepropusnosti instalacije. Vlaženje izolacije dovodi do oštrog smanjenja otpora curenja i povećanja dielektričnih gubitaka.

Svojstva izolacije kao dielektrika

Izolaciju uglavnom karakterizira istosmjerna otpornost, dielektrični gubitak i električna čvrstoća. Električni ekvivalentni izolacijski krug može se prikazati paralelnim spajanjem kondenzatora i otpornika. U tom smislu, kada se na izolaciju primijeni konstantni napon, struja u njoj eksponencijalno opada, a izmjerena vrijednost otpora raste u skladu s tim.Utvrđena vrijednost izolacijskog otpora R iz njega karakterizira vanjsko onečišćenje izolacije i prisutnost prolaznih strujnih staza u njoj. Osim toga, hidratacijska izolacija također se može karakterizirati apsolutnom vrijednošću kapaciteta i dinamikom njegove promjene.

Uništavanje unutarnje izolacije električne opreme

U slučaju kvara visokog napona, unutarnja izolacija potpuno ili djelomično gubi svoju dielektričnu čvrstoću. Većina vrsta unutarnjih izolacija spada u skupinu nepovratnih izolacija čiji proboj znači nepovratno oštećenje konstrukcije.To znači da unutarnja izolacija mora imati veću dielektričnu čvrstoću od vanjske izolacije, tj. takva razina da su kvarovi potpuno isključeni tijekom cijelog radnog vijeka.

Nepovratnost oštećenja unutarnje izolacije uvelike komplicira prikupljanje eksperimentalnih podataka za nove vrste unutarnje izolacije i za novorazvijene velike izolacijske strukture opreme visokog i ultravisokog napona. Uostalom, svaki komad velike, skupe izolacije može se samo jednom testirati na kvar.

Dielektrici koji se koriste za proizvodnju unutarnje izolacije električne opreme

DielektriciOprema koja se koristi za izradu visokonaponske unutarnje izolacije mora posjedovati kompleks visokih električnih, termofizičkih i mehaničkih svojstava i osigurati: potrebnu razinu dielektrične čvrstoće, kao i zahtijevane toplinske i mehaničke karakteristike izolacijske konstrukcije dimenzija koje zadovoljavaju visoki tehnički i ekonomski pokazatelji cijele instalacije u cjelini.

Dielektrični materijali također moraju:

• imaju dobra tehnološka svojstva, tj. moraju biti prikladni za procese unutarnje izolacije visoke propusnosti;

• zadovoljiti ekološke zahtjeve, tj. tijekom rada ne smiju sadržavati niti stvarati otrovne produkte, a nakon potrošenog cjelokupnog resursa moraju se preraditi ili uništiti bez onečišćenja okoliša;

• da ne bude deficitarna i da ima takvu cijenu da je izolacijska građevina ekonomski isplativa.

U nekim slučajevima gore navedenim zahtjevima mogu se dodati i drugi zahtjevi zbog specifičnosti pojedine vrste opreme. Na primjer, materijali za energetske kondenzatore moraju imati povećanu dielektričnu konstantu; materijali za razdjelne komore — visoka otpornost na toplinske udare i električni luk.

Dugogodišnja praksa stvaranja i rada različite visokonaponske opreme pokazuje da je u mnogim slučajevima cijeli niz zahtjeva najbolje zadovoljen kada se kao dio unutarnje izolacije koristi kombinacija nekoliko materijala koji se međusobno nadopunjuju i obavljaju nešto drugačije funkcije. .

Dakle, samo čvrsti dielektrični materijali osiguravaju mehaničku čvrstoću izolacijske strukture; obično imaju najveću dielektričnu čvrstoću. Dijelovi izrađeni od čvrstog dielektrika visoke mehaničke čvrstoće mogu djelovati kao mehaničko sidro za žice.

Plinovi i tekući dielektrici visoke čvrstoće lako ispunjavaju izolacijske praznine bilo koje konfiguracije, uključujući i najmanje praznine, pore i pukotine, čime se značajno povećava dielektrična čvrstoća, osobito dugoročno.

Upotreba tekućih dielektrika omogućuje u nekim slučajevima značajno poboljšanje uvjeta hlađenja zbog prirodne ili prisilne cirkulacije izolacijske tekućine.

Vrste unutarnje izolacije i materijali koji se koriste za njihovu izradu.

U visokonaponskim instalacijama i opremi elektroenergetskih sustava koristi se nekoliko vrsta unutarnje izolacije. Najčešće su izolacije impregnirane papirom (papir-ulje), izolacije uljne barijere, izolacije na bazi tinjca, plastike i plina.

Ove sorte imaju određene prednosti i nedostatke te imaju svoja područja primjene. Međutim, dijele neka zajednička svojstva:

• složena priroda ovisnosti dielektrične čvrstoće o trajanju izloženosti naponu;

• u većini slučajeva, nepovratno uništenje rušenjem;

• utjecaj na ponašanje tijekom rada mehaničkih, toplinskih i drugih vanjskih utjecaja;

• u većini slučajeva predispozicija za starenje.

Impregnirana papirna izolacija (BPI)

Polazni materijali su specijalni elektroizolacijski papiri i mineralna (naftna) ulja ili sintetski tekući dielektrici.

Izolacija impregnirana papirom temelji se na slojevima papira. Papirna izolacija impregnirana u rolama (širina role do 3,5 m) koristi se u sekcijama energetskih kondenzatora i u čahurama (čahurama); vrpca (širina trake od 20 do 400 mm) — u strukturama s elektrodama relativno složene konfiguracije ili velike duljine (rukavci viših naponskih klasa, energetski kabeli). Slojevi izolacijske trake mogu se namotati na elektrodu s preklapanjem ili s razmakom između susjednih zavoja.Nakon namotavanja papira, izolacija se suši pod vakuumom na temperaturi od 100-120 ° C do zaostalog tlaka od 0,1-100 Pa. Papir se zatim impregnira s dobro otplinjenim uljem pod vakuumom.

Defekt papira u izolaciji impregniranoj papirom ograničen je na jedan sloj i opetovano se preklapa drugim slojevima. Najtanji razmaci između slojeva i veliki broj mikropora u samom papiru tijekom vakuumskog sušenja uklanjaju zrak i vlagu iz izolacije, a tijekom impregnacije ti se razmaci i pore pouzdano ispunjavaju uljem ili nekom drugom tekućinom za impregniranje.

Kondenzatorski i kabelski papiri imaju homogenu strukturu i visoku kemijsku čistoću. Kondenzacijski papiri su najtanji i najčišći. Transformatorski papiri se koriste u provodnicima, strujnim i naponskim transformatorima, kao iu uzdužnim izolacijskim elementima energetskih transformatora, autotransformatori i reaktorima.

Za impregnaciju papirne izolacije u energetskim kabelima punjenim uljem 110-500 kV, uljem niske viskoznosti ili sintetičkim uljima za kabele, au kabelima do 35 kV — mješavinama punjenim uljem s povećanom viskoznošću.

Impregnacija se provodi u energetskim i mjernim transformatorima i provodnicima transformatorsko ulje… Korištenje energetskih kondenzatora kondenzatorsko ulje (nafta), klorirani bifenili ili njihovi supstituti i ricinusovo ulje (u impulsnim kondenzatorima).

Ulja za naftne kabele i kondenzatore temeljitije su rafinirana od transformatorskih ulja.

Klorirani bifenili koji posjeduju visoku relativnu dielektričnu konstantu, povećanu otpornost na djelomična pražnjenja (PD) i nezapaljivost, otrovni su i opasni za okoliš. Stoga je opseg njihove upotrebe oštro smanjen, zamjenjuju ih ekološki prihvatljive tekućine.

Da bi se smanjili dielektrični gubici u energetskim kondenzatorima, koristi se kombinirana izolacija, u kojoj se slojevi papira izmjenjuju sa slojevima polipropilenskog filma, koji je red veličine manji od neobrađenog papira. Takva izolacija ima veću električnu čvrstoću.

Nedostaci izolacije impregnirane papirom su niska dopuštena radna temperatura (ne više od 90 ° C) i zapaljivost.

Uljna barijera (punjena uljem) izolacija (MBI).

Ova izolacija se temelji na transformatorskom ulju. Osigurava dobro hlađenje strukture zbog spontane ili prisilne cirkulacije.

Čvrsti dielektrični materijali također su dio izolacije uljne barijere — električni karton, kabelski papir itd. Oni pružaju mehaničku čvrstoću strukture i koriste se za povećanje dielektrične čvrstoće izolacije uljne barijere. Pregrade su izrađene od električnog kartona, a elektrode su prekrivene slojevima kabelskog papira. Barijere povećavaju dielektričnu čvrstoću izolacije s uljnom barijerom za 30-50%, dijeleći izolacijski razmak u niz uskih kanala, ograničavaju količinu čestica nečistoća koje se mogu približiti elektrodama i sudjelovati u pokretanju procesa pražnjenja.

Električna čvrstoća izolacije uljne barijere povećava se prekrivanjem elektroda složenog oblika tankim slojem polimernog materijala, a kod elektroda jednostavnog oblika izoliranjem slojevima papirnate trake.

Tehnologija proizvodnje izolacije s uljnom barijerom uključuje montažu konstrukcije, sušenje pod vakuumom na temperaturi od 100-120 °C i punjenje (impregnaciju) pod vakuumom otplinjenim uljem.

Prednosti izolacije uljne barijere uključuju relativnu jednostavnost dizajna i tehnologije njegove proizvodnje, intenzivno hlađenje aktivnih dijelova opreme (namoti, magnetski krugovi), kao i mogućnost vraćanja kvalitete izolacije tijekom rada. sušenjem strukture i promjenom ulja .

Nedostaci izolacije s uljnom barijerom su manja električna čvrstoća od papirno-uljne izolacije, opasnost od požara i eksplozije konstrukcije, potreba za posebnom zaštitom od vlage tijekom rada.

Uljna izolacijska izolacija koristi se kao glavna izolacija u energetskim transformatorima nazivnog napona od 10 do 1150 kV, u autotransformatorima i prigušnicama viših naponskih razreda.

Izolacija na bazi tinjca ima toplinsku otpornost klase B (do 130 ° C). Tinjac ima vrlo visoku dielektričnu čvrstoću (pri određenoj orijentaciji električnog polja u odnosu na kristalnu strukturu), otporan je na djelomična pražnjenja i vrlo je otporan na toplinu. Zahvaljujući tim svojstvima, tinjac je nezamjenjiv materijal za izolaciju namota statora velikih rotacijskih strojeva. Glavni početni materijali su trake od tinjca ili trake od staklenog tinjca.

Micalenta je sloj tinjčevih ploča međusobno povezanih lakom i podlogom od posebnog papira ili staklene trake. Mikalenta se koristi u takozvanim složenim izolacijama, čiji proizvodni proces uključuje namatanje nekoliko slojeva tinjčeve trake, impregnaciju bitumenskom smjesom uz vakuumsko zagrijavanje i prešanje. Ovi postupci se ponavljaju svakih pet do šest slojeva dok se ne postigne potrebna debljina izolacije. Složena izolacija trenutno se koristi u malim i srednjim strojevima.

Izolacija od traka od staklenog tinjca i termoreaktivnih impregnacijskih spojeva je savršenija.

Traka od liskuna sastoji se od jednog sloja mika papira debljine 0,04 mm i jednog ili dva sloja staklene trake debljine 0,04 mm. Takav sastav ima dovoljno visoku mehaničku čvrstoću (zbog podloge) i gore navedene kvalitete karakteristične za tinjac.

Trake od liskuna i impregnacijski sastavi na bazi epoksidnih i poliesterskih smola koriste se za izradu duroplastične izolacije, koja ne omekšava pri zagrijavanju, zadržava visoku mehaničku i električnu čvrstoću. Vrste duroplastične izolacije koje se koriste u našoj zemlji nazivaju se "liskun", "monolit", "monoterm" itd. Termoreaktivna izolacija koristi se u namotima statora velikih turbo i hidrogeneratora, motora i sinkronih kompenzatora nazivnog napona do 36 kV.

Plastična izolacija u industrijskim razmjerima koristi se u energetskim kabelima za napone do 220 kV iu impulsnim kabelima. Glavni dielektrični materijal u ovim slučajevima je polietilen niske i visoke gustoće. Potonji ima bolja mehanička svojstva, ali je manje obradiv zbog više temperature omekšavanja.

Plastična izolacija u kabelu je u sendviču između poluvodičkih štitova izrađenih od polietilena punjenog ugljikom. Zaslon na strujnoj žici, polietilenska izolacija i vanjski oklop nanose se ekstruzijom (ekstruzijom). Neke vrste impulsnih kabela koriste međuslojeve od fluoroplastične trake.U nekim slučajevima, polivinil klorid se koristi za zaštitne plašteve kabela.

Plinska izolacija

Koristi se za izvođenje plinske izolacije u visokonaponskim strukturama SF6 plin ili sumporni heksafluorid… To je plin bez boje i mirisa oko pet puta teži od zraka.Ima najveću snagu u usporedbi s inertnim plinovima kao što su dušik i ugljikov dioksid.

Čisti plin SF6 je bezopasan, kemijski neaktivan, ima povećanu sposobnost odvođenja topline i vrlo je dobar medij za suzbijanje luka; ne gori niti održava izgaranje. Dielektrična čvrstoća plina SF6 u normalnim je uvjetima otprilike 2,5 puta veća od snage zraka.

Visoka dielektrična čvrstoća plina SF6 objašnjava se činjenicom da njegove molekule lako vežu elektrone, tvoreći stabilne negativne ione. Zbog toga se otežava proces umnažanja elektrona u jakom električnom polju, što je osnova za nastanak električnog pražnjenja.

Kako se tlak povećava, dielektrična čvrstoća plina SF6 raste gotovo proporcionalno tlaku i može biti viša nego kod tekućih i nekih krutih dielektrika. Najviši radni tlak, a time i najviša razina dielektrične čvrstoće SF6 u izolacijskoj strukturi ograničena je mogućnošću ukapljivanja SF6 pri niskim temperaturama, na primjer, temperatura ukapljivanja SF6 pri tlaku od 0,3 MPa je -45 °C ., a pri 0,5 MPa je -30 ° C. Takve temperature za isključenu vanjsku opremu sasvim su moguće zimi u mnogim dijelovima zemlje.

Izolacijske potporne strukture izrađene od lijevane epoksidne izolacije koriste se za osiguranje dijelova pod naponom u kombinaciji s plinom SF6.

Plin SF6 koristi se u prekidačima, kabelima i hermetički zatvorenim razvodnim uređajima (GRU) za napone od 110 kV i više te je vrlo obećavajući izolacijski materijal.

Na temperaturama iznad 3000 ° C, razgradnja SF6 plina može započeti oslobađanjem slobodnih atoma fluora.Nastaju plinovite otrovne tvari. Vjerojatnost njihove pojave postoji za neke vrste sklopki dizajniranih za odvajanje velikih struja kratkog spoja. Budući da su sklopke hermetički zatvorene, ispuštanje otrovnih plinova nije opasno za operativno osoblje i okoliš, ali je potrebno poduzeti posebne mjere opreza prilikom popravka i otvaranja sklopke.