Elektroinstalāciju iekšējās izolācijas galvenie veidi un elektriskās īpašības

Elektroinstalāciju iekšējās izolācijas vispārīgās īpašības

Iekšējā izolācija attiecas uz izolācijas konstrukcijas daļām, kurās izolācijas vide ir šķidri, cieti vai gāzveida dielektriķi vai to kombinācijas, kurām nav tieša kontakta ar atmosfēras gaisu.

Vairāku iemeslu dēļ ir vēlama vai nepieciešamība izmantot iekštelpu izolāciju, nevis apkārtējo gaisu.

Pirmkārt, iekšējiem izolācijas materiāliem ir ievērojami lielāka elektriskā izturība (5-10 vai vairāk reizes), kas var krasi samazināt izolācijas attālumus starp vadiem un samazināt iekārtas izmērus. Tas ir svarīgi no ekonomiskā viedokļa.

Otrkārt, atsevišķi iekšējās izolācijas elementi veic vadu mehāniskās nostiprināšanas funkciju; šķidrie dielektriķi dažos gadījumos ievērojami uzlabo visas konstrukcijas dzesēšanas apstākļus.

Augstsprieguma konstrukciju iekšējie izolācijas elementi ekspluatācijas laikā tiek pakļauti spēcīgām elektriskām, termiskām un mehāniskām slodzēm. Šo ietekmju ietekmē izolācijas dielektriskās īpašības pasliktinās, izolācija "noveco" un zaudē savu elektrisko izturību.

Termisko efektu izraisa siltuma izdalīšanās iekārtas aktīvajās daļās (vados un magnētiskajās ķēdēs), kā arī dielektriskie zudumi pašā izolācijā. Paaugstinātas temperatūras apstākļos ķīmiskie procesi izolācijā ievērojami paātrinās, kas noved pie tās īpašību pakāpeniskas pasliktināšanās.

Mehāniskās slodzes ir bīstamas iekšējai izolācijai, jo to veidojošajos cietajos dielektriķos var rasties mikroplaisas, kur tad spēcīga elektriskā lauka ietekmē notiks daļējas izlādes un paātrināsies izolācijas novecošanās.

Īpašu ārējo ietekmi uz iekšējo izolāciju rada kontakti ar vidi un izolācijas piesārņojuma un mitruma iespējamība instalācijas noplūdes gadījumā. Izolācijas mitrināšana izraisa strauju noplūdes pretestības samazināšanos un dielektrisko zudumu palielināšanos.

Izolācijas kā dielektriķa īpašības

Izolāciju galvenokārt raksturo līdzstrāvas pretestība, dielektriskie zudumi un elektriskā izturība. Elektriski līdzvērtīgu izolācijas ķēdi var attēlot, paralēli savienojot kondensatorus un rezistorus. Šajā sakarā, kad izolācijai tiek pielikts pastāvīgs spriegums, strāva tajā samazinās eksponenciāli un attiecīgi palielinās izmērītā pretestības vērtība.No tā noteiktā izolācijas pretestības R vērtība raksturo izolācijas ārējo piesārņojumu un plūstošo strāvas ceļu klātbūtni tajā. Turklāt hidratācijas izolāciju var raksturot arī ar jaudas absolūto vērtību un tās izmaiņu dinamiku.

Elektroiekārtu iekšējās izolācijas iznīcināšana

Augstsprieguma bojājuma gadījumā iekšējā izolācija pilnībā vai daļēji zaudē savu dielektrisko izturību. Vairums iekšējās izolācijas veidu pieder pie neatjaunojamo izolāciju grupas, kuru sabrukšana nozīmē neatgriezeniskus konstrukcijas bojājumus.Tas nozīmē, ka iekšējai izolācijai jābūt ar lielāku dielektrisko izturību nekā ārējai izolācijai, t.i. tādā līmenī, ka atteices tiek pilnībā izslēgtas visā ekspluatācijas laikā.

Iekšējās izolācijas bojājumu neatgriezeniskums ievērojami apgrūtina eksperimentālo datu uzkrāšanu jauniem iekšējās izolācijas veidiem un jaunizveidotām lielajām augstsprieguma un ultraaugstsprieguma iekārtu izolācijas konstrukcijām. Galu galā katru lielas, dārgas izolācijas gabalu var pārbaudīt tikai vienu reizi.

Dielektriķi, ko izmanto elektrisko iekārtu iekšējās izolācijas ražošanai

DielektriķiIekārtām, ko izmanto augstsprieguma iekšējās izolācijas ražošanai, jābūt ar augstu elektrisko, termofizikālo un mehānisko īpašību kompleksu un jānodrošina: nepieciešamais dielektriskās stiprības līmenis, kā arī izolācijas konstrukcijas nepieciešamie termiskie un mehāniskie parametri ar izmēriem, kas atbilst visas iekārtas kopumā augstie tehniskie un ekonomiskie rādītāji.

Dielektriskiem materiāliem arī jābūt:

• ir labas tehnoloģiskās īpašības, t.i. jābūt piemērotam augstas caurlaidības iekšējās izolācijas procesiem;

• atbilst vides prasībām, t.i. tie ekspluatācijas laikā nedrīkst saturēt un veidot toksiskus produktus, un pēc visa resursa izlietošanas tie ir jāpārstrādā vai jāiznīcina, nepiesārņojot vidi;

• lai nebūtu maz un par tādu cenu, lai izolācijas struktūra būtu ekonomiski dzīvotspējīga.

Dažos gadījumos iepriekš minētajām prasībām var tikt pievienotas citas prasības, kas saistītas ar konkrēta aprīkojuma veida specifiku. Piemēram, jaudas kondensatoru materiāliem jābūt ar paaugstinātu dielektrisko konstanti; materiāli sadales kamerām — augsta izturība pret termiskiem triecieniem un elektriskiem lokiem.

Ilggadējā dažādu augstsprieguma iekārtu izveides un ekspluatācijas prakse liecina, ka daudzos gadījumos viss prasību kopums vislabāk tiek apmierināts, ja iekšējās izolācijas sastāvā tiek izmantota vairāku materiālu kombinācija, kas papildina viens otru un pilda nedaudz atšķirīgas funkcijas. .

Tādējādi tikai cietie dielektriskie materiāli nodrošina izolācijas konstrukcijas mehānisko izturību; tiem parasti ir vislielākā dielektriskā izturība. Daļas, kas izgatavotas no cieta dielektriķa ar augstu mehānisko izturību, var darboties kā vadu mehāniskais enkurs.

Augstas stiprības gāzes un šķidrie dielektriķi viegli aizpilda jebkuras konfigurācijas izolācijas spraugas, ieskaitot mazākās spraugas, poras un plaisas, tādējādi ievērojami palielinot dielektrisko izturību, īpaši ilgtermiņā.

Šķidru dielektriķu izmantošana dažos gadījumos ļauj ievērojami uzlabot dzesēšanas apstākļus izolācijas šķidruma dabiskās vai piespiedu cirkulācijas dēļ.

Iekšējās izolācijas veidi un to izgatavošanai izmantotie materiāli.

Augstsprieguma instalācijās un energosistēmu iekārtās tiek izmantoti vairāki iekšējās izolācijas veidi. Visizplatītākā ir ar papīru impregnēta (papīra eļļas) izolācija, eļļas barjeras izolācija, izolācija uz vizlas bāzes, plastmasa un gāze.

Šīm šķirnēm ir noteiktas priekšrocības un trūkumi, un tām ir savas pielietošanas jomas. Tomēr tiem ir dažas kopīgas īpašības:

• dielektriskās stiprības atkarības kompleksais raksturs no sprieguma iedarbības ilguma;

• vairumā gadījumu neatgriezeniska iznīcināšana, nojaucot;

• ietekme uz uzvedību mehānisko, termisko un citu ārējo ietekmju darbības laikā;

• vairumā gadījumu nosliece uz novecošanos.

Impregnēta papīra izolācija (BPI)

Izejmateriāli ir īpaši elektroizolācijas papīri un minerāleļļas (naftas) vai sintētiskie šķidrie dielektriķi.

Ar papīru impregnētas izolācijas pamatā ir papīra slāņi. Jaudas kondensatoru sekcijās un buksēs (piedurknēs) tiek izmantota rullī impregnēta papīra izolācija (ruļļa platums līdz 3,5 m); lente (lentes platums no 20 līdz 400 mm) — konstrukcijās ar salīdzinoši sarežģītas konfigurācijas vai gara garuma elektrodiem (augstāku sprieguma klašu uzmavas, strāvas kabeļi). Lentes izolācijas slāņus var uztīt uz elektroda ar pārklāšanos vai ar atstarpi starp blakus esošajiem pagriezieniem.Pēc papīra uztīšanas izolāciju žāvē vakuumā 100-120 ° C temperatūrā līdz atlikušajam spiedienam 0,1-100 Pa. Pēc tam papīru vakuumā piesūcina ar labi degazētu eļļu.

Papīra defekts ar papīru impregnētā izolācijā ir ierobežots vienā slānī un atkārtoti pārklājas ar citiem slāņiem. Plānākās spraugas starp slāņiem un liels skaits mikroporu pašā papīrā vakuuma žāvēšanas laikā no izolācijas izvada gaisu un mitrumu, un impregnēšanas laikā šīs spraugas un poras tiek droši aizpildītas ar eļļu vai citu impregnēšanas šķidrumu.

Kondensatoru un kabeļu papīriem ir viendabīga struktūra un augsta ķīmiskā tīrība. Kondensatora papīrs ir plānākais un tīrākais. Transformatoru papīrus izmanto buksēs, strāvas un sprieguma transformatoros, kā arī spēka transformatoru gareniskās izolācijas elementos, autotransformatori un reaktori.

Papīra izolācijas impregnēšanai ar eļļu pildītajos kabeļos 110-500 kV, ar zemas viskozitātes eļļu vai sintētiskām kabeļu eļļām un kabeļos līdz 35 kV — eļļas pildītajos maisījumos ar paaugstinātu viskozitāti.

Impregnēšana tiek veikta spēka un mērīšanas transformatoros un buksēs transformatora eļļa… Jaudas kondensatoru kondensatoreļļas (naftas), hlorēto bifenilu vai to aizstājēju un rīcineļļas (impulsu kondensatoros) izmantošana.

Naftas kabeļu un kondensatoru eļļas ir rūpīgāk rafinētas nekā transformatoru eļļas.

Hlorētie bifenili, kuriem ir augsta relatīvā dielektriskā konstante, paaugstināta izturība pret daļēju izlādi (PD) un nedegtība, ir toksiski un bīstami videi. Tāpēc to izmantošanas apjoms ir krasi samazināts, tos aizstāj ar videi draudzīgiem šķidrumiem.

Lai samazinātu dielektriskos zudumus jaudas kondensatoros, tiek izmantota kombinēta izolācija, kurā papīra slāņi tiek mainīti ar polipropilēna plēves slāņiem, kas ir par lielumu mazāks nekā neapstrādāts papīrs. Šādai izolācijai ir lielāka elektriskā izturība.

Ar papīru piesūcinātas izolācijas trūkumi ir zemā pieļaujamā darba temperatūra (ne vairāk kā 90 ° C) un uzliesmojamība.

Eļļas barjeras (pildīta ar eļļu) izolācija (MBI).

Šīs izolācijas pamatā ir transformatoru eļļa. Tas nodrošina labu konstrukcijas dzesēšanu spontānas vai piespiedu cirkulācijas dēļ.

Eļļas barjeras izolācijas sastāvdaļa ir arī cietie dielektriskie materiāli — elektriskais kartons, kabeļu papīrs utt. Tie nodrošina konstrukcijas mehānisko izturību un tiek izmantoti, lai palielinātu eļļas barjeras izolācijas dielektrisko izturību. Deflektori ir izgatavoti no elektriskā kartona, un elektrodi ir pārklāti ar kabeļu papīra kārtām. Barjeras palielina izolācijas ar eļļas barjeru dielektrisko izturību par 30-50%, sadalot izolācijas spraugu vairākos šauros kanālos, ierobežo piemaisījumu daļiņu daudzumu, kas var tuvoties elektrodiem un piedalīties izlādes procesa uzsākšanā.

Eļļas barjeras izolācijas elektrisko izturību palielina, sarežģītu formu elektrodus pārklājot ar plānu polimērmateriāla kārtu, bet vienkāršas formas elektrodu gadījumā izolējot ar papīra lentes slāņiem.

Izolācijas ar eļļas barjeru ražošanas tehnoloģija ietver konstrukcijas montāžu, žāvēšanu vakuumā 100-120 ° C temperatūrā un iepildīšanu (impregnēšanu) vakuumā ar degazētu eļļu.

Eļļas barjeras izolācijas priekšrocības ietver relatīvo dizaina un ražošanas tehnoloģijas vienkāršību, iekārtas aktīvo daļu (tinumu, magnētisko ķēžu) intensīvu dzesēšanu, kā arī iespēju ekspluatācijas laikā atjaunot izolācijas kvalitāti. žāvējot struktūru un mainot eļļu .

Izolācijas ar eļļas barjeru trūkumi ir zemāka elektriskā izturība nekā papīra eļļas izolācijai, konstrukcijas ugunsgrēka un eksplozijas draudi, nepieciešamība pēc īpašas aizsardzības pret mitrumu ekspluatācijas laikā.

Eļļas izolācijas izolācija tiek izmantota kā galvenā izolācija jaudas transformatoros ar nominālo spriegumu no 10 līdz 1150 kV, autotransformatoros un reaktoros ar augstākām sprieguma klasēm.

Izolācijai uz vizlas bāzes ir B siltumizturības klase (līdz 130 ° C). Vizlai ir ļoti augsta dielektriskā izturība (noteiktā elektriskā lauka orientācijā attiecībā pret kristāla struktūru), tā ir izturīga pret daļēju izlādi un ļoti izturīga pret karstumu. Pateicoties šīm īpašībām, vizla ir neaizstājams materiāls lielu rotējošu mašīnu statora tinumu izolācijai. Galvenie izejmateriāli ir vizlas sloksne vai stikla vizlas sloksne.

Micalenta ir vizlas plākšņu slānis, kas savienots ar laku savā starpā un ar substrātu, kas izgatavots no īpaša papīra vai stikla lentes. Mikalenta tiek izmantota tā sauktajā kompleksajā izolācijā, kuras ražošanas procesā ietilpst vairāku slāņu vizlas lentes uztīšana, impregnēšana ar bitumena savienojumu vakuuma karsēšanā un presēšana. Šīs darbības atkārto ik pēc pieciem līdz sešiem slāņiem, līdz tiek iegūts nepieciešamais izolācijas biezums. Kompleksā izolācija pašlaik tiek izmantota mazās un vidēja izmēra mašīnās.

Ideālāka ir izolācija no stikla vizlas sloksnēm un termoreaktīvajiem impregnēšanas savienojumiem.

Vizlas lente sastāv no viena slāņa 0,04 mm bieza vizlas papīra un viena vai diviem slāņiem 0,04 mm biezas stikla lentes. Šādam sastāvam ir pietiekami augsta mehāniskā izturība (pateicoties substrātiem) un augstākminētās vizlai raksturīgās īpašības.

Termoreaktīvas izolācijas izgatavošanai tiek izmantotas vizlas sloksnes un impregnēšanas kompozīcijas uz epoksīda un poliestera sveķu bāzes, kas karsējot nemīkst, saglabā augstu mehānisko un elektrisko izturību. Mūsu valstī izmantotie termoreaktīvo izolācijas veidi tiek saukti par "vizlu", "monolītu", "monotermu" utt. Termoreaktīvo izolāciju izmanto lielu turbo un hidroģeneratoru, motoru un sinhrono kompensatoru statora tinumos ar nominālo spriegumu līdz 36 kV.

Plastmasas izolāciju rūpnieciskā mērogā izmanto strāvas kabeļos spriegumam līdz 220 kV un impulskabeļos. Galvenais dielektriskais materiāls šajos gadījumos ir zema un augsta blīvuma polietilēns. Pēdējam ir labākas mehāniskās īpašības, taču tas ir mazāk apstrādājams augstākas mīkstināšanas temperatūras dēļ.

Plastmasas izolācija kabelī ir iestiprināta starp pusvadītāju vairogiem, kas izgatavoti no ar oglekli pildīta polietilēna. Ekrāns uz strāvu nesošā stieples, polietilēna izolācija un ārējais vairogs tiek uzklāti ar ekstrūzijas (ekstrudēšanas) palīdzību. Dažos impulsu kabeļu veidos tiek izmantoti fluoroplastiskās lentes starpslāņi.Dažos gadījumos kabeļu aizsargapvalkiem izmanto polivinilhlorīdu.

Gāzes izolācija

To izmanto, lai veiktu gāzes izolāciju augstsprieguma konstrukcijās SF6 gāze vai sēra heksafluorīds… Tā ir bezkrāsaina gāze bez smaržas apmēram piecas reizes smagāka par gaisu.Tam ir vislielākā izturība salīdzinājumā ar inertajām gāzēm, piemēram, slāpekli un oglekļa dioksīdu.

Tīra SF6 gāze ir nekaitīga, ķīmiski neaktīva, tai ir paaugstināta siltuma izkliedes spēja un tā ir ļoti laba loka slāpēšanas vide; nedeg un neuztur degšanu. SF6 gāzes dielektriskā izturība normālos apstākļos ir aptuveni 2,5 reizes lielāka nekā gaisa.

SF6 gāzes augstā dielektriskā izturība ir izskaidrojama ar to, ka tās molekulas viegli saista elektronus, veidojot stabilus negatīvos jonus. Līdz ar to elektronu pavairošanas process spēcīgā elektriskā laukā, kas ir pamats elektriskās izlādes attīstībai, kļūst sarežģīts.

Palielinoties spiedienam, SF6 gāzes dielektriskā izturība palielinās gandrīz proporcionāli spiedienam un var būt augstāka nekā šķidro un dažu cieto dielektriķu dielektriskā izturība. Augstāko darba spiedienu un līdz ar to augstāko SF6 dielektriskās stiprības līmeni izolācijas konstrukcijā ierobežo SF6 sašķidrināšanas iespēja zemā temperatūrā, piemēram, SF6 sašķidrināšanas temperatūra pie 0,3 MPa spiediena ir -45 ° C un pie 0,5 MPa ir -30 ° C. Šāda temperatūra izslēgtam āra aprīkojumam ir diezgan iespējama ziemā daudzās valsts daļās.

Strāvas daļu nostiprināšanai kombinācijā ar SF6 gāzi izmanto izolējošās atbalsta konstrukcijas, kas izgatavotas no lietās epoksīda izolācijas.

SF6 gāzi izmanto jaudas slēdžos, kabeļos un hermētiski noslēgtos sadales iekārtās (GRU) 110 kV un lielākam spriegumam, un tā ir ļoti daudzsološs izolācijas materiāls.

Temperatūrā virs 3000 ° C SF6 gāzes sadalīšanās var sākties ar brīvo fluora atomu izdalīšanos.Veidojas gāzveida toksiskas vielas. To rašanās varbūtība pastāv dažiem slēdžu veidiem, kas paredzēti lielu īssavienojuma strāvu atslēgšanai. Tā kā slēdži ir hermētiski noslēgti, indīgo gāzu izdalīšanās nav bīstama apkalpojošajam personālam un videi, taču, remontējot un atverot slēdžu, jāievēro īpaši piesardzības pasākumi.