Pagrindiniai elektros instaliacijos vidinės izoliacijos tipai ir elektrinės charakteristikos

Bendrosios elektros instaliacijos vidinės izoliacijos savybės

Vidinė izoliacija – tai izoliacinės konstrukcijos dalys, kuriose izoliacinė terpė yra skysti, kieti ar dujiniai dielektrikai arba jų deriniai, kurie neturi tiesioginio kontakto su atmosferos oru.

Pageidautina arba būtinybė naudoti patalpų izoliaciją, o ne aplinkos orą, yra dėl daugelio priežasčių.

Pirma, vidinės izoliacinės medžiagos turi žymiai didesnį elektrinį stiprumą (5-10 ir daugiau kartų), todėl gali smarkiai sumažėti izoliacijos atstumai tarp laidų ir sumažinti įrangos dydį. Tai svarbu ekonominiu požiūriu.

Antra, atskiri vidinės izoliacijos elementai atlieka mechaninio laidų tvirtinimo funkciją; skysti dielektrikai kai kuriais atvejais žymiai pagerina visos konstrukcijos aušinimo sąlygas.

Aukštos įtampos konstrukcijų vidiniai izoliaciniai elementai eksploatacijos metu yra veikiami stiprių elektrinių, šiluminių ir mechaninių apkrovų. Šių poveikių įtakoje pablogėja izoliacijos dielektrinės savybės, izoliacija „sensta“ ir praranda elektrinį stiprumą.

Šiluminius efektus sukelia šilumos išsiskyrimas aktyviose įrangos dalyse (laiduose ir magnetinėse grandinėse), taip pat dielektriniai nuostoliai pačioje izoliacijoje. Esant padidėjusiai temperatūrai, cheminiai procesai izoliacijoje žymiai pagreitėja, todėl laipsniškai blogėja jos savybės.

Mechaninės apkrovos pavojingos vidinei izoliacijai, nes ją sudarančiuose kietuosiuose dielektrikuose gali atsirasti mikroįtrūkimų, kur tuomet, veikiant stipriam elektriniam laukui, atsiras dalinės iškrovos ir paspartės izoliacijos senėjimas.

Ypatingą išorinio poveikio vidinei izoliacijai formą sukelia kontaktai su aplinka ir izoliacijos užteršimo bei drėgmės galimybė įrenginio nesandarumo atveju. Sudrėkinus izoliaciją smarkiai sumažėja atsparumas nuotėkiui ir padidėja dielektriniai nuostoliai.

Izoliacijos, kaip dielektriko, savybės

Izoliacijai daugiausia būdinga nuolatinės srovės varža, dielektriniai nuostoliai ir elektrinis stiprumas. Elektriškai lygiavertę izoliacijos grandinę galima pavaizduoti lygiagrečiai sujungiant kondensatorius ir rezistorius. Šiuo atžvilgiu, kai izoliacijai taikoma pastovi įtampa, srovė joje mažėja eksponentiškai ir atitinkamai padidėja išmatuota varžos vertė.Nustatyta izoliacijos varžos R reikšmė iš jos apibūdina išorinę izoliacijos taršą ir praeinančių srovės takų buvimą joje. Be to, hidratacijos izoliaciją galima apibūdinti ir absoliučia talpos verte bei jos kitimo dinamika.

Elektros įrenginių vidinės izoliacijos sunaikinimas

Esant aukštos įtampos gedimui, vidinė izoliacija visiškai arba iš dalies praranda savo dielektrinį stiprumą. Dauguma vidinės izoliacijos rūšių priklauso neregeneruojamų izoliacijų grupei, kurių sugedimas reiškia negrįžtamą konstrukcijos pažeidimą.Tai reiškia, kad vidinė izoliacija turi turėti didesnį dielektrinį stiprumą nei išorinė izoliacija, t.y. tokio lygio, kad gedimai būtų visiškai neįtraukti per visą tarnavimo laiką.

Vidinės izoliacijos pažeidimo negrįžtamumas labai apsunkina eksperimentinių duomenų kaupimą naujoms vidaus izoliacijos rūšims bei naujai kuriamoms didelėms aukštos ir itin aukštos įtampos įrenginių izoliacinėms konstrukcijoms. Juk kiekvieną didelės brangios izoliacijos gabalą galima patikrinti, ar jis nesugedo, tik vieną kartą.

Dielektrikai, naudojami elektros įrenginių vidinei izoliacijai gaminti

Dielektrikaiįranga, naudojama aukštos įtampos vidaus izoliacijai gaminti, turi turėti aukštų elektrinių, termofizinių ir mechaninių savybių kompleksą ir užtikrinti: reikiamą dielektrinio stiprumo lygį, taip pat reikalingas izoliacinės konstrukcijos šilumines ir mechanines charakteristikas, kurių matmenys atitinka aukšti techniniai ir ekonominiai viso įrenginio rodikliai.

Dielektrinės medžiagos taip pat turi:

• turi geras technologines savybes, t.y. turi būti tinkamas didelio našumo vidiniams izoliavimo procesams;

• atitikti aplinkosaugos reikalavimus, t.y. eksploatacijos metu juose neturi būti nuodingų produktų, jie neturi susidaryti nuodingų produktų, o išnaudojus visus išteklius turi būti apdorojami arba sunaikinami neteršiant aplinkos;

• kad nebūtų mažai ir būtų tokia kaina, kad izoliacijos struktūra būtų ekonomiškai pagrįsta.

Kai kuriais atvejais prie minėtų reikalavimų gali būti pridedami kiti reikalavimai dėl konkretaus tipo įrangos specifikos. Pavyzdžiui, galios kondensatorių medžiagos turi turėti padidintą dielektrinę konstantą; medžiagos paskirstymo kameroms - didelis atsparumas šiluminiams smūgiams ir elektros lankams.

Ilgametė įvairių aukštos įtampos įrenginių kūrimo ir eksploatavimo praktika rodo, kad daugeliu atvejų visas reikalavimų rinkinys geriausiai tenkinamas, kai vidinėje izoliacijoje naudojamas kelių medžiagų derinys, papildantis vienas kitą ir atliekantis šiek tiek skirtingas funkcijas. .

Taigi tik kietos dielektrinės medžiagos užtikrina izoliacinės konstrukcijos mechaninį stiprumą; paprastai jie turi didžiausią dielektrinį stiprumą. Dalys, pagamintos iš tvirto dielektriko, turinčio didelį mechaninį stiprumą, gali veikti kaip mechaninis laidų inkaras.

Didelio stiprumo dujos ir skysti dielektrikai lengvai užpildo bet kokios konfigūracijos izoliacijos tarpus, įskaitant mažiausius tarpus, poras ir įtrūkimus, taip žymiai padidindami dielektrinį stiprumą, ypač ilgalaikėje perspektyvoje.

Skystų dielektrikų naudojimas kai kuriais atvejais leidžia žymiai pagerinti aušinimo sąlygas dėl natūralios arba priverstinės izoliacinio skysčio cirkuliacijos.

Vidinės izoliacijos tipai ir jų gamybai naudojamos medžiagos.

Aukštos įtampos įrenginiuose ir elektros sistemų įrangoje naudojama kelių tipų vidinė izoliacija. Labiausiai paplitusi yra popieriumi impregnuota (popieriaus alyva) izoliacija, alyvos barjerinė izoliacija, izoliacija žėručio pagrindu, plastikas ir dujos.

Šios veislės turi tam tikrų privalumų ir trūkumų bei turi savo taikymo sritis. Tačiau jie turi keletą bendrų savybių:

• sudėtingas dielektrinio stiprumo priklausomybės nuo įtampos poveikio trukmės pobūdis;

• daugeliu atvejų negrįžtamas sunaikinimas griovimo būdu;

• įtaka elgsenai veikiant mechaniniam, šiluminiam ir kitokiam išoriniam poveikiui;

• daugeliu atvejų polinkis į senėjimą.

Impregnuota popieriaus izoliacija (BPI)

Pradinės medžiagos yra specialus elektros izoliacinis popierius ir mineralinės (naftos) alyvos arba sintetiniai skysti dielektrikai.

Popieriumi impregnuota izoliacija paremta popieriaus sluoksniais. Ritininiu būdu impregnuota popierinė izoliacija (ritinio plotis iki 3,5 m) naudojama galios kondensatorių sekcijose ir įvorėse (rankovėse); juosta (juostos plotis nuo 20 iki 400 mm) - konstrukcijose su gana sudėtingos konfigūracijos arba ilgo ilgio elektrodais (aukštesnės įtampos klasių rankovės, maitinimo kabeliai). Juostos izoliacijos sluoksniai gali būti suvynioti ant elektrodo su persidengimu arba su tarpu tarp gretimų posūkių.Suvyniojus popierių, izoliacija džiovinama vakuume 100–120 ° C temperatūroje iki 0,1–100 Pa liekamojo slėgio. Tada popierius vakuume impregnuojamas gerai degazuota alyva.

Popieriaus defektas popieriuje impregnuotoje izoliacijoje apsiriboja vienu sluoksniu ir pakartotinai sutampa kitais sluoksniais. Ploniausi tarpai tarp sluoksnių ir daugybė mikroporų pačiame popieriuje vakuuminio džiovinimo metu iš izoliacijos pašalina orą ir drėgmę, o impregnavimo metu šie tarpai ir poros patikimai užpildomi aliejumi ar kitu impregnuojančiu skysčiu.

Kondensatorių ir kabelių popierius turi vienalytę struktūrą ir aukštą cheminį grynumą. Kondensatoriaus popierius yra ploniausias ir gryniausias. Transformatorių popieriai naudojami įvorėse, srovės ir įtampos transformatoriuose, taip pat galios transformatorių išilginiuose izoliacijos elementuose, autotransformatoriai ir reaktoriai.

Popierinės izoliacijos impregnavimui 110-500 kV elektros alyva užpildytuose kabeliuose, mažos klampos alyva arba sintetinėmis kabelių alyvomis, o kabeliuose iki 35 kV – padidinto klampumo alyvos mišiniuose.

Impregnavimas atliekamas galios ir matavimo transformatoriuose bei įvorėse transformatorinė alyva… Galios kondensatorių kondensatorių alyvos (naftos), chloruotų bifenilų arba jų pakaitalų ir ricinos aliejaus (impulsiniuose kondensatoriuose) naudojimas.

Naftos kabelių ir kondensatorių alyvos yra kruopščiai rafinuotos nei transformatorių alyvos.

Chlorinti bifenilai, turintys didelę santykinę dielektrinę konstantą, padidintą atsparumą dalinėms iškrovoms (PD) ir nedegumą, yra toksiški ir pavojingi aplinkai. Todėl jų naudojimo mastai smarkiai sumažėja, jie pakeičiami aplinkai nekenksmingais skysčiais.

Siekiant sumažinti dielektrinius nuostolius galios kondensatoriuose, naudojama kombinuota izoliacija, kurioje popieriaus sluoksniai kaitaliojami su polipropileno plėvelės sluoksniais, kuri yra eilės tvarka mažesnė nei neapdoroto popieriaus. Tokia izoliacija turi didesnį elektrinį stiprumą.

Popieriumi impregnuotos izoliacijos trūkumai yra žema leistina darbo temperatūra (ne aukštesnė kaip 90 ° C) ir degumas.

Alyvos barjerinė (alyva užpildyta) izoliacija (MBI).

Šios izoliacijos pagrindas yra transformatorinė alyva. Tai užtikrina gerą konstrukcijos aušinimą dėl spontaniškos ar priverstinės cirkuliacijos.

Kietos dielektrinės medžiagos taip pat yra alyvos barjerinės izoliacijos dalis - elektros kartonas, kabelių popierius ir kt. Jie suteikia konstrukcijai mechaninį stiprumą ir yra naudojami alyvos barjerinės izoliacijos dielektriniam stiprumui padidinti. Deflektoriai pagaminti iš elektrinio kartono, o elektrodai padengti kabelio popieriaus sluoksniais. Barjerai padidina izoliacijos su alyvos barjeru dielektrinį stiprumą 30-50%, padalijant izoliacijos tarpą į daugybę siaurų kanalų, jie riboja priemaišų dalelių kiekį, galintį priartėti prie elektrodų ir dalyvauti iškrovos proceso inicijavime.

Alyvos barjerinės izoliacijos elektrinis stiprumas didinamas kompleksinės formos elektrodus padengiant plonu polimerinės medžiagos sluoksniu, o paprastos formos elektrodus izoliuojant popierinės juostos sluoksniais.

Izoliacijos su alyvos barjeru gamybos technologija apima konstrukcijos surinkimą, džiovinimą vakuume 100-120 ° C temperatūroje ir užpildymą (impregnavimą) vakuume degazuota alyva.

Alyvos barjero izoliacijos pranašumai apima santykinį konstrukcijos ir gamybos technologijos paprastumą, intensyvų aktyvių įrangos dalių (apvijų, magnetinių grandinių) aušinimą, taip pat galimybę atkurti izoliacijos kokybę eksploatacijos metu. džiovinant konstrukciją ir keičiant alyvą .

Izoliacijos su alyvos barjeru trūkumai yra mažesnis elektrinis stiprumas nei popierinės alyvos izoliacijos, gaisro ir konstrukcijos sprogimo pavojus, specialios apsaugos nuo drėgmės eksploatacijos metu poreikis.

Alyvos izoliacinė izoliacija naudojama kaip pagrindinė izoliacija galios transformatoriuose, kurių vardinė įtampa nuo 10 iki 1150 kV, autotransformatoriuose ir aukštesnių įtampos klasių reaktoriuose.

Žėručio izoliacija turi B atsparumo karščiui klasę (iki 130 ° C). Žėrutis turi labai didelį dielektrinį stiprumą (tam tikroje elektrinio lauko orientacijoje kristalinės struktūros atžvilgiu), yra atsparus daliniams iškrovimams ir labai atsparus karščiui. Dėl šių savybių žėrutis yra nepakeičiama medžiaga izoliuojant didelių besisukančių mašinų statoriaus apvijas. Pagrindinės pradinės medžiagos yra žėručio juostelė arba stiklinė žėručio juostelė.

Micalenta yra žėručio plokščių sluoksnis, sujungtas laku viena su kita ir su pagrindu, pagamintu iš specialaus popieriaus arba stiklo juostos. „Mikalenta“ naudojama vadinamojoje kompleksinėje izoliacijoje, kurios gamybos procesas apima kelių žėručio juostos sluoksnių apvyniojimą, impregnavimą bituminiu mišiniu kaitinant vakuume ir presavimą. Šios operacijos kartojamos kas penkis – šešis sluoksnius, kol gaunamas reikiamas izoliacijos storis. Šiuo metu mažose ir vidutinėse mašinose naudojama kompleksinė izoliacija.

Tobulesnė izoliacija iš stiklo žėručio juostelių ir termoreaktingų impregnavimo mišinių.

Žėručio juosta susideda iš vieno sluoksnio 0,04 mm storio žėručio popieriaus ir vieno arba dviejų sluoksnių 0,04 mm storio stiklo juostos. Tokia kompozicija turi pakankamai didelį mechaninį stiprumą (dėl substratų) ir aukščiau paminėtas žėručiui būdingas savybes.

Termoreaktingajai izoliacijai gaminti naudojamos žėručio juostelės ir impregnavimo kompozicijos epoksidinių ir poliesterio dervų pagrindu, kuri kaitinant nesuminkštėja, išlaiko didelį mechaninį ir elektrinį stiprumą. Mūsų šalyje naudojamos termoreaktingos izoliacijos rūšys vadinamos „žėručio“, „monolito“, „monoterminės“ ir kt. Termoreaktyvioji izoliacija naudojama didelių turbinų ir hidrogeneratorių, variklių ir sinchroninių kompensatorių, kurių vardinė įtampa iki 36 kV, statoriaus apvijose.

Pramoniniu mastu plastikinė izoliacija naudojama iki 220 kV įtampos maitinimo kabeliuose ir impulsiniuose kabeliuose. Pagrindinė dielektrinė medžiaga šiais atvejais yra mažo ir didelio tankio polietilenas. Pastarasis pasižymi geresnėmis mechaninėmis savybėmis, tačiau yra mažiau apdirbamas dėl aukštesnės minkštėjimo temperatūros.

Kabelio plastikinė izoliacija yra įterpta tarp puslaidininkių ekranų, pagamintų iš anglies užpildyto polietileno. Ekranas ant srovę nešančio laido, polietileno izoliacija ir išorinis ekranas uždedami ekstruzijos (ekstruzijos) būdu. Kai kurių tipų impulsiniams kabeliams naudojami tarpsluoksniai iš fluoroplastinės juostos, kai kuriais atvejais apsauginiams kabelių apvalkalams naudojamas polivinilchloridas.

Dujų izoliacija

Jis naudojamas aukštos įtampos konstrukcijų dujų izoliacijai atlikti SF6 dujos arba sieros heksafluoridas… Tai bespalvės, bekvapės dujos, maždaug penkis kartus sunkesnės už orą.Jis turi didžiausią stiprumą, palyginti su inertinėmis dujomis, tokiomis kaip azotas ir anglies dioksidas.

Grynos SF6 dujos yra nekenksmingos, chemiškai neaktyvios, turi padidintą šilumos išsklaidymą ir yra labai gera lanko slopinimo terpė; nedega ir nepalaiko degimo. SF6 dujų dielektrinis stipris normaliomis sąlygomis yra maždaug 2,5 karto didesnis nei oro.

Didelis SF6 dujų dielektrinis stiprumas paaiškinamas tuo, kad jų molekulės lengvai suriša elektronus, sudarydamos stabilius neigiamus jonus. Todėl elektronų dauginimosi procesas stipriame elektriniame lauke, kuris yra elektros iškrovos išsivystymo pagrindas, tampa sunkus.

Didėjant slėgiui, SF6 dujų dielektrinis stipris didėja beveik proporcingai slėgiui ir gali būti didesnis nei skystų ir kai kurių kietųjų dielektrikų. Didžiausią darbinį slėgį, taigi ir aukščiausią SF6 dielektrinio stiprumo lygį izoliacinėje konstrukcijoje, riboja galimybė SF6 suskystinti žemoje temperatūroje, pavyzdžiui, SF6 suskystinimo temperatūra esant 0,3 MPa slėgiui yra -45 ° C ., o esant 0,5 MPa – -30 ° C. Tokios temperatūros išjungtai lauko įrangai žiemą gana įmanomos daugelyje šalies vietų.

Izoliacinės atraminės konstrukcijos, pagamintos iš liejamos epoksidinės izoliacijos, naudojamos įtampingosioms dalims tvirtinti kartu su SF6 dujomis.

SF6 dujos naudojamos grandinės pertraukikliuose, kabeliuose ir hermetiškai uždarytuose skirstomuosiuose įrenginiuose (GRU) 110 kV ir aukštesnei įtampai ir yra labai perspektyvi izoliacinė medžiaga.

Esant aukštesnei nei 3000 ° C temperatūrai, SF6 dujų skilimas gali prasidėti laisvųjų fluoro atomų išsiskyrimu.Susidaro dujinės nuodingos medžiagos. Jų atsiradimo tikimybė egzistuoja kai kurių tipų jungikliams, skirtiems didelėms trumpojo jungimo srovėms atjungti. Kadangi jungikliai yra hermetiškai sandarūs, nuodingų dujų išsiskyrimas nėra pavojingas eksploatuojančiam personalui ir aplinkai, tačiau taisant ir atidarant jungiklį reikia imtis ypatingų atsargumo priemonių.