Основные виды изоляции

Общиесвойства внутренней изоляцииэлектроустановок

Бумажно-пропитанная изоляция (БПИ)

Внутреннейизоляцией называются части изоляционнойконструкции, в которых изолирующейсредой являются жидкие, твердые илигазообразные диэлектрики или ихкомбинации, не имеющие прямых контактовс атмосферным воздухом.

Целесообразностьили необходимость применения внутреннейизоляции, а не окружающего нас воздухаобусловлена рядом причин.

Во-первых,материалы для внутренней изоляцииобладают значительно более высокойэлектрической прочностью (в 5-10 раз иболее), что позволяет резко сократитьизоляционные расстояния между проводникамии уменьшить габариты оборудования. Этоважно с экономической точки зрения.

трансформаторное масло

Во-вторых,отдельные элементы внутренней изоляциивыполняют функцию механическогокрепления проводников, жидкие диэлектрикив ряде случает значительно улучшаютусловия охлаждения всей конструкции.

Элементывнутренней изоляции в высоковольтныхконструкциях в процессе эксплуатацииподвергаются сильным электрическим,тепловым и механическим воздействиям.Под влиянием этих воздействийдиэлектрические свойства изоляцииухудшаются, изоляция “стареет” иутрачивает свою электрическую прочность.

Тепловыевоздействия обусловлены тепловыделениямив активных частях оборудования (впроводниках и магнитопроводах), а такжедиэлектрическими потерями в самойизоляции. В условиях повышения температурызначительно ускоряются химическиепроцессы в изоляции, которые ведут кпостепенному ухудшению ее свойств.

Механическиенагрузки опасны для внутренней изоляциитем, что в твердых диэлектриках, входящихв ее состав, могут появиться микротрещины,в которых затем под действие сильногоэлектрического поля возникнут частичныеразряды и ускорится старение изоляции.

Особаяформа внешнего воздействия на внутреннююизоляцию обусловлена контактами сокружающей средой и возможностьюзагрязнения и увлажнения изоляции принарушении герметичности установки.Увлажнение изоляции ведет к резкомууменьшению сопротивления утечки и ростудиэлектрических потерь.

Пробойвнутренней изоляции электрооборудования

Припробое под воздействием высокогонапряжения внутренняя изоляция полностьюили частично утрачивает свою электрическуюпрочность.

Большинство видов внутреннейизоляции принадлежит к группенесамовосстанавливающейся изоляции,пробой которой означает необратимоеповреждение конструкции.

Это означает,что внутренняя изоляция должна обладатьболее высоким уровнем электрическойпрочности, чем внешняя изоляция, т. е. таким уровнем, при котором пробоиполностью исключаются в течение всегосрока службы.

Необратимостьповреждения внутренней изоляции сильноосложняет накопление экспериментальныхданных для новых видов внутреннейизоляции и для вновь разрабатываемыхкрупных изоляционных конструкцийоборудования высокого и сверхвысокогонапряжения. Ведь каждый экземпляркрупной дорогостоящей изоляции можноиспытать на пробой только один раз.

Диэлектрики,используемые для изготовления внутреннейизоляции электрооборудования

Диэлектрики,используемые для изготовления внутреннейизоляции высоковольтного оборудованиядолжны обладать комплексом высокихэлектрических, теплофизических имеханических свойств и обеспечивать:необходимый уровень электрическойпрочности, а также требуемые тепловыеи механические характеристики изоляционнойконструкции при размерах, которымсоответствуют высокие технико-экономическиепоказатели всей установки в целом.

Диэлектрическиематериалы должны также:

обладатьхорошими технологическими свойствами,т.е. должны быть пригодными длявысокопроизводительных процессовизготовления внутренней изоляции;

удовлетворятьэкологическим требованиям, т.е. не должнысодержать или образовывать в процессеэксплуатации токсичные продукты, апосле отработки всего ресурса они должныподдаваться переработке или уничтожениюбез загрязнения окружающей среды;

небыть дефицитными и иметь такую стоимость,при которой изоляционная конструкцияполучается экономически целесообразной.

В рядеслучаев к указанным выше требованияммогут добавляться и другие, обусловленныеспецификой того или иного видаоборудования. Например материалы длясиловых конденсаторов должны иметьповышенную диэлектрическую проницаемость;материалы для камер выключателей -высокую стойкость к термоударам ивоздействиям электрической дуги.

Длительнаяпрактика создания и эксплуатацииразличного высоковольтного оборудованияпоказывает, что во многих случаях веськомплекс требований наилучшим образомудовлетворяется при использовании всоставе внутренней изоляции комбинациииз нескольких материалов, дополняющихдруг друга и выполняющих несколькоразличные функции.

Так,только твердые диэлектрические материалыобеспечивают механическую прочностьизоляционной конструкции; обычно ониимеют и наиболее высокую электрическуюпрочность. Детали из твердого диэлектрика,обладающего высокой механическойпрочностью, могут выполнять функциюмеханического крепления проводников.

Высокопрочныегазы и жидкие диэлектрики легко заполняютизоляционные промежутки любойконфигурации, в том числе тончайшиезазоры, поры и щели, чем существенноповышают электрическую прочность,особенно длительную.

Использованиежидких диэлектриков позволяет в рядеслучаев значительно улучшить условияохлаждения за счет естественной илипринудительной циркуляции изоляционнойжидкости.

Видывнутренней изоляции и материалы,используемые для их изготовления.

Вустановках высокого напряжения иоборудования энергосистем используетсянесколько видов внутренней изоляции.Наиболее широкое распространениеполучили бумажно-пропитанная(бумажно-масляная) изоляция, маслобарьернаяизоляция, изоляция на основе слюды,пластмассовая и газовая.

Этиразновидности обладают определеннымидостоинствами и недостатками, имеютсвои области применения. Однако ихобъединяют некоторые общие свойства:

сложныйхарактер зависимости электрическойпрочности от длительности воздействиянапряжения;

вбольшинстве случаев необратимостьразрушения при пробое;

влияниена поведение в эксплуатации механических,тепловых и других внешних воздействий;

вбольшинстве случаев подверженностьстарению.

Бумажно-пропитаннаяизоляция (БПИ)

Исходнымиматериалами служат специальныеэлектроизоляционные бумаги и минеральные(нефтяные) масла или синтетическиежидкие диэлектрики.

Основубумажно-пропитанной изоляции составляютслои бумаги. Рулонная бумажно-пропитаннаяизоляция (ширина рулона до 3,5 м) применяетсяв секциях силовых конденсаторов и ввводах (проходных изоляторах); ленточная(ширина ленты от 20 до 400 мм) – в конструкцияхс электродами относительно сложнойконфигурации или большой длины (вводывысших классов напряжения, силовыекабели).

Слои ленточной изоляции могутнаматываться на электрод внахлест илис зазором между соседними витками. Посленамотки бумаги изоляция подвергаетсявакуумной сушке при температуре 100-120°Сдо остаточного давления 0,1-100 Па. Затемпод вакуумом производится пропиткабумаги тщательно дегазированным маслом.

Дефектбумаги в бумажно-пропитанной изоляцииограничен пределами одного слоя имногократно перекрывается другимислоями. Тончайшие зазоры между слоямии большое количество микропор в самойбумаге при вакуумной сушке обеспечиваетудаление из изоляции воздуха и влаги,а при пропитке эти зазоры и поры надежнозаполняются маслом или другой пропиточнойжидкостью.

Конденсаторныеи кабельные бумаги имеют однороднуюструктуру и высокую химическую чистоту.Конденсаторные бумаги самые тонкие ичистые. Трансформаторные бумагииспользуются в вводах, трансформаторахтока и напряжения, а также в элементахпродольной изоляции силовых трансформаторов,автотрансформаторов и реакторов.

Дляпропитки бумажной изоляции в силовыхмаслонаполненных кабелях 110-500 кВиспользуются маловязкие нефтяныеилисинтетические кабельные масла, а вкабелях до 35 кВ – маслонаполненные смесиповышенной вязкости.

Всиловых и измерительных трансформаторахи вводах пропитка осуществляетсятрансформаторным маслом. В силовыхконденсаторах применяется конденсаторноемасло (нефтяное), хлорированные дифенилыили их заменители, а также касторовоемасло (в импульсных конденсаторах).

Нефтяныекабельные и конденсаторные масла болеетщательно очищены, чем трансформаторные.

Хлорированныедифенилы, обладая высокой относительнойдиэлектрической проницаемостью,повышенной стойкостью к воздействиючастичных разрядов (ЧР) и негорючестью,токсичны и экологически опасны. Поэтомумасштабы их применения резко сокращаются,их заменяют экологически чистымижидкостями.

Дляснижения диэлектрических потерь всиловых конденсаторах используюткомбинированную изоляцию, в которойслои бумаги чередуются со слоямиполипропиленовой пленки, у которой напорядок меньше чем у непропитаннойбумаги. Такая изоляция обладает болеевысокой электрической прочностью.

Недостаткамибумажно-пропитанной изоляции являютсяневысокая допустимая рабочая температура(не более 90°С) и горючесть.

Масло-барьерная(маслонаполненная) изоляция (МБИ).

Основуэтой изоляции составляет трансформаторноемасло. Оно обеспечивает хорошее охлаждениеконструкции за счет самопроизвольнойили принудительной циркуляции.

Всостав масло-барьерной изоляции входяти твердые диэлектрические материалы -электрокартон, кабельная бумага и др.Они обеспечивают механическую прочностьконструкции и используются для повышенияэлектрической прочности масло-барьернойизоляции. Из электрокартона выполняютбарьеры а слоями кабельной бумагипокрывают электроды. Барьеры повышаютэлектрическую прочность масло-барьернойизоляции на 30-50%, разделяя изоляционныйпромежуток на ряд узких каналов, ониограничивают количество примесныхчастиц, которые могут приближаться кэлектродам и участвовать в инициированииразрядного процесса.

Электрическуюпрочность масло-барьерной изоляцииповышает покрытие электродов сложнойформы тонким слоем полимерного материала,а в случае электродов простой формы -изолирование их слоями бумажной ленты.

Технологияизготовления масло-барьерной изоляциивключает сборку конструкции, сушку еепод вакуумом при температуре 100-120°С изаполнение (пропитку) под вакуумомдегазированным маслом.

Кдостоинствам масло-барьерной изоляцииотносятся сравнительная простотаконструкции и технологии ее изготовления,интенсивное охлаждение активных частейоборудования (обмоток, магнитопроводов),а также возможность восстановлениякачества изоляции в эксплуатации путемсушки конструкции и замены масла.

Недостаткамимасло-барьерной изоляции являютсяменьшая, чем у бумажно-масляной изоляцииэлектрическая прочность, пожаро- ивзрывоопасность конструкции, необходимостьспециальной защиты от увлажнения впроцессе эксплуатации.

Масло-барьернаяизоляция используется в качестве главнойизоляции в силовых трансформаторах сноминальными напряжениями от 10 до 1150кВ, в автотрансформаторах и реакторахвысших классов напряжения.

Изоляцияна основе слюды имеет класс нагревостойкостиВ (до 130°С). Слюда имеет очень высокуюэлектрическую прочность (при определеннойориентации электрического поляотносительно кристаллической структуры),обладает стойкостью к воздействиючастичных разрядов и высокойнагревостойкостью. Благодаря этимсвойствам, слюда является незаменимымматериалом для изоляции статорныхобмоток крупных вращающихся машин.Основными исходными материалами служатмикалента или стеклослюдинитовая лента.

Микалентапредставляет собой слой пластинокслюды, скрепленных лаком между собой ис подложкой из специальной бумаги илистеклоленты. Микалента используется втак называемой компаундированнойизоляции, процесс изготовления которойвключает намотку нескольких слоевмикаленты, пропитку их при нагреве подвакуумом битумным компаундом и опрессовку.Эти операции повторяются для каждыхпяти-шести слоев до получения изоляциинеобходимой толщины. Компаундированнаяизоляция используется в настоящее времяв машинах малой и средней мощности.

Болеесовершенной является изоляция, выполняемаяиз стеклослюдинитовых лент и термореактивныхпропиточных составов.

Слюдинитоваялента состоит из одного слоя слюдинитовойбумаги толщиной 0,04 мм и одного или двухслоев подложки из стеклоленты толщиной0,04 мм. Такая композиция обладаетдостаточно высокой механическойпрочностью (за счет подложек) и отмеченнымивыше качествами, характерными для слюды.

Изслюдинитовых лент и пропитывающихсоставов на основе эпоксидных иполиэфирных смол изготовляюттермореактивную изоляцию, которая принагреве не размягчается, сохраняетвысокую механическую и электрическуюпрочность.

Разновидности термореактивнойизоляции, используемые у нас в стране,называют “слюдотерм”, “монолит”,“монотерм” и т. д. Термореактивнаяизоляция применяется в статорныхобмотках крупных турбо- и гидрогенераторов,двигателей и синхронных компенсаторовс номинальными напряжениями до 36 кВ.

Пластмассоваяизоляция в промышленных масштабахиспользуется в силовых кабелях нанапряжения до 220 кВ и в импульсныхкабелях. Основным диэлектрическимматериалом в этих случаях являетсяполиэтилен низкой и высокой плотности.Последний имеет лучшие механическиехарактеристики, однако менее технологичениз-за более высокой температурыразмягчения.

Пластмассоваяизоляция в кабеле располагается междуполупроводящими экранами, выполняемымииз наполненного углеродом полиэтилена.Экран на токоведущей жиле, изоляция изполиэтилена и наружный экран наносятсяметодом экструзии (выдавливания). Внекоторых типах импульсных кабелейприменяются прослойки из фторопластовыхлент. Для защитных оболочек кабелей вряде случаев используется поливинилхлорид.

Газоваяизоляция

Длявыполнения газовой изоляции ввысоковольтных конструкциях используетсяэлегаз, или шестифтористая сера. Этобесцветный газ без запаха, которыйпримерно в пять раз тяжелее воздуха. Онимеет наибольшую прочность по сравнениюс такими инертными газами, как азот идвуокись углерода.

Чистыйгазообразный элегаз безвреден, химическинеактивен, обладает повышеннойтеплоотводящей способностью и являетсяочень хорошей дугогасящей средой; онне горит и не поддерживает горение.Электрическая прочность элегаза внормальных условиях примерно в 2,5 разавыше прочности воздуха.

Высокаяэлектрическая прочность элегазаобъясняется тем, что его молекулы легкоприсоединяют электроны, образуяустойчивые отрицательные ионы. Из-заэтого затрудняется процесс размноженияэлектронов в сильном электрическомполе, который составляет основу развитияэлектрического разряда.

Приувеличении давления электрическаяпрочность элегаза возрастает почтипропорционально давлению и может бытьвыше прочности жидких и некоторыхтвердых диэлектриков. Наибольшее рабочеедавление и, следовательно, наибольшийуровень электрической прочности элегазав изоляционной конструкции ограничиваетсявозможностью сжижения элегаза принизких температурах, например, температурасжижения элегаза при давлении 0,3 МПасоставляет -45°С, а при 0,5 МПа равна -30°С.Такие температуры у отключенногооборудования наружной установки вполневозможны зимой во многих районах страны.

Длякрепления токоведущих частей в комбинациис элегазом используются опорныеизоляционные конструкции из литойэпоксидной изоляции.

Элегазиспользуется в выключателях, кабеляхи герметизированных распределительныхустройствах (ГРУ) на напряжения 110 кВ ивыше и является весьма перспективнымизоляционным материалом.

Притемпературах выше 3000°С может начатьсяразложение элегаза с выделением свободныхатомов фтора.

Образуются газообразныеотравляющие вещества. Вероятность ихпоявления существует для некоторыхтипов выключателей, предназначенныхдля отключения больших токов короткогозамыкания. Поскольку выключателигерметически закрыты, появление ядовитыхгазов не опасно для эксплуатационногоперсонала и окружающей среды, но приремонте и вскрытии выключателя необходимопринимать специальные защитные меры.

Изоляциявысоковольтных конструкций подразделяетсяна внешнюю и внутреннюю.

Внешнейизоляциейназываются частиизоляционной конструкции, в которыхизолирующей средой является атмосферныйвоздух, в том числе у поверхности твердогодиэлектрика. Электрическая прочностьвнешней изоляции зависит от атмосферныхи других внешних условий. Несмотря наего сравнительно низкую электрическуюпрочность всего Епр=1−30 кВ/см,воздушная изоляция имеет ряд достоинств:малая стоимость, отсутствие старения,способность восстанавливать своиизолирующие свойства после погасанияразряда.

Внутреннейизоляциейназываются частиизоляционной конструкции, в которыхизолирующей средой являются жидкие,твердые или газообразные диэлектрикиили их комбинации, не имеющие прямыхконтактов с атмосферным воздухом.

Длительнаяпрактика создания иэксплуатации различного высоковольтногооборудования показывает, что во многихслучаях весь комплекс требованийнаилучшим образом удовлетворяется прииспользовании в составе внутреннейизоляциикомбинации из несколькихматериалов, дополняющих друг другаи выполняющих несколько различныефункции. Так только твердые диэлектрическиематериалы обеспечивают механическуюпрочность изоляционной конструкции;обычно они имеют и наиболее высокуюэлектрическую прочность. Высокопрочныегазы и жидкие диэлектрики легко заполняютизоляционные промежутки любойконфигурации, в том числе тончайшиезазоры, поры и щели, чем существенноповышают электрическую прочность,особенно длительную.

Наиболееширокое распространение получилиследующие виды изоляции.

Бумажно-пропитаннаяизоляция.Исходными материаламидля изготовления бумажно-пропитаннойизоляции (БПИ) служат специальныеэлектроизоляционные бумаги и минеральные(нефтяные) масла (бумажно-маслянаяизоляция) или синтетические жидкиедиэлектрики.

Бумажно-пленочнаяизоляция обладает более высокойкратковременной и длительной электрическойпрочность. Недостатками БПИ являютсяневысокая допустимая рабочая температура(не более 90 °С) и горючесть.

Маслобарьернаяизоляция (МБИ).Основу этойизоляции составляет минеральноетрансформаторное масло, которое надежнозаполняет изоляционные промежуткимежду электродами любой сложной формыи обеспечивает хорошее охлаждениеконструкции за счет конвективного илипринудительного движения.

ДостоинствамиМБИ являются относительная простотаконструкции и технологии, интенсивноеохлаждение активных частей оборудования,а также возможность восстановлениякачества изоляции в эксплуатации путемсушки и замены масла.

Основныенедостатки МБИ − меньшая, чем убумажно-масляной изоляции, электрическаяпрочность, пожаро-и взрывоопасностьконструкции. Маслобарьерная изоляцияиспользуется в качестве главной всиловых трансформаторах от 10 до 1150 кВ,в автотрансформаторах и реакторахвысших классов напряжения.

Изоляция наоснове слюды.На основе слюдывыполняется высоковольтная изоляциякласса нагревостойкости В с допустимойрабочей температурой 130 °С для статорныхобмоток крупных электрических машин.Основными исходными материалами служатмикалента или стеклослюдинитовая лента.

Пластмассоваяизоляцияв промышленных масштабахиспользуется пока только в силовыхкабелях на напряжения до 220 кВ и вимпульсных кабелях. Основным диэлектрическимматериалом в этих случаях являетсяполиэтилен низкой и высокой плотности.

Газоваяизоляция.Для выполнения газовойизоляции в высоковольтных конструкцияхиспользуются азот, двуокись углеродаи элегаз.

Наиболее перспективным являетсяэлегаз. Он имеет наибольшую средиуказанных газов электрическую прочность,высокие дугогасящие свойства и являетсяхорошей теплоотводящей средой. Основнойобластью применения элегазовой изоляцииявляются герметизированные распределительныеустройств (ГРУ) на напряжения 110 кВ ивыше.

На оборудование,работающее в электрических сетях,воздействуют следующие виды напряжения:рабочее напряжение; внутренниеперенапряжения; грозовые перенапряжения.

Рабочеенапряжение.В России электрическиесети подразделяютсяна классынапряжения, которые совпадают сноминальным линейным напряжением сетиUном.

ГОСТ1516.3-96 устанавливает для каждого классанапряжения наибольшее рабочее напряжение(линейное)Uраб. наиб,которое равноUраб. наиб=kp∙Uном,причемзначениеkpпринимается 1,05−1,2.

Внутренниеперенапряжения.Наиболее важнойхарактеристикой перенапряжения являетсямаксимальное значениеUmaxили кратностьknпо отношению к амплитуде наибольшегорабочего фазного напряженияUраб.наиб

Для оборудованияподстанций вводится понятие о расчетнойкратности внутренних перенапряженийkpк.,для которой появление перенапряженийс большей кратностью маловероятно (1раз в 50−100 лет). Значение расчетнойкратности внутренних перенапряженийвыбирается из технико-экономическихсоображений с учетом характеристикзащитных устройств.

Грозовыеперенапряжения.При ударе молниив провод линии электропередачи или приударе молнии в грозозащитный трос илиопору и перекрытии гирлянды изоляторовс опоры на провод по проводу начинаетраспространяться волна, набегающая наподстанцию. Расчетные значения напряжений,воздействующих на изоляцию оборудованияпри грозовых перенапряженияхUвозд.

гроз=kгроз∙Uост. разр, гдеUост. разр− остаюшееся напряжение на разрядникепри токах координации;kгроз− коэффициент, учитывающий перепаднапряжения между разрядником (ОПН) изащищенным объектом.

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 материалыобеспечивают 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 бумагиимеют 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 бумагаи 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 слюдыимеет 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.

Микалентапредставляет 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 лентасостоит 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 изоляцияв 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 изоляцияДля 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.

Источники:

  • studfiles.net
  • studfiles.net
  • elektrica.info

Поделиться:
Нет комментариев
    ×
    Рекомендуем посмотреть
    Основные нормы расхода строительных материалов
    Как произвести расчет тепловой изоляции трубопроводов?
    Adblock detector