Elektripaigaldiste siseisolatsiooni peamised tüübid ja elektrilised omadused

Elektripaigaldiste siseisolatsiooni üldomadused

Siseisolatsiooni all mõeldakse isolatsioonikonstruktsiooni osi, milles isolatsioonikeskkonnaks on vedelad, tahked või gaasilised dielektrikud või nende kombinatsioonid, millel puudub otsene kokkupuude atmosfääriõhuga.

Soovitavus või vajadus kasutada välisõhu asemel siseruumide isolatsiooni on tingitud mitmest põhjusest.

Esiteks on sisemised isolatsioonimaterjalid oluliselt suurema elektritugevusega (5-10 korda või rohkem), mis võib järsult vähendada juhtmete vahelisi isolatsioonikaugusi ja vähendada seadmete suurust. See on oluline majanduslikust seisukohast.

Teiseks täidavad sisemise isolatsiooni üksikud elemendid juhtmete mehaanilise kinnitamise funktsiooni; vedelad dielektrikud parandavad mõnel juhul oluliselt kogu konstruktsiooni jahutustingimusi.

Kõrgepingekonstruktsioonide sisemised isolatsioonielemendid puutuvad töö ajal kokku tugevate elektriliste, termiliste ja mehaaniliste koormustega. Nende mõjude mõjul isolatsiooni dielektrilised omadused halvenevad, isolatsioon "vananeb" ja kaotab oma elektrilise tugevuse.

Soojusefekte põhjustavad soojuse eraldumine seadmete aktiivsetes osades (juhtmetes ja magnetahelates), samuti dielektrikakadu isolatsioonis endas. Kõrgendatud temperatuuri tingimustes kiirenevad isolatsiooni keemilised protsessid märkimisväärselt, mis toob kaasa selle omaduste järkjärgulise halvenemise.

Mehaanilised koormused on siseisolatsioonile ohtlikud, sest seda moodustavatesse tahketesse dielektrikutesse võivad tekkida mikropraod, kus siis tugeva elektrivälja mõjul tekivad osalised tühjendid ja kiireneb isolatsiooni vananemine.

Erilise välismõju sisemisele isolatsioonile põhjustavad kokkupuuted keskkonnaga ning isolatsiooni saastumise ja niiskuse võimalus paigaldise lekke korral. Isolatsiooni niisutamine toob kaasa lekkekindluse järsu vähenemise ja dielektriliste kadude suurenemise.

Isolatsiooni kui dielektriku omadused

Isolatsiooni iseloomustab peamiselt alalisvoolu takistus, dielektriline kadu ja elektriline tugevus. Elektriliselt samaväärset isolatsiooniahelat saab kujutada kondensaatorite ja takistite paralleelse ühendamisega. Sellega seoses, kui isolatsioonile rakendatakse pidevat pinget, väheneb vool selles eksponentsiaalselt ja mõõdetud takistuse väärtus suureneb vastavalt.Sellest saadud isolatsioonitakistuse R kindlaksmääratud väärtus iseloomustab isolatsiooni välist reostust ja läbivate vooluteede olemasolu selles. Lisaks saab hüdratatsiooniisolatsiooni iseloomustada ka võimsuse absoluutväärtuse ja selle muutumise dünaamikaga.

Elektriseadmete sisemise isolatsiooni hävitamine

Kõrgepinge rikke korral kaotab sisemine isolatsioon täielikult või osaliselt oma dielektrilise tugevuse. Enamik sisesoojustusliike kuulub mittetaastatavate isolatsioonide rühma, mille purunemine tähendab konstruktsiooni pöördumatut kahjustumist.See tähendab, et siseisolatsioon peab olema välissoojustusest suurema dielektrilise tugevusega, s.o. sellisel tasemel, et rikked on kogu kasutusaja jooksul täielikult välistatud.

Sisemiste isolatsioonikahjustuste pöördumatus raskendab oluliselt eksperimentaalsete andmete kogumist uut tüüpi siseisolatsiooni ning kõrge- ja ülikõrgepingeseadmete äsja väljatöötatud suurte isolatsioonikonstruktsioonide kohta. Lõppude lõpuks saab iga suure ja kalli isolatsioonitüki riket testida ainult üks kord.

Dielektrikud, mida kasutatakse elektriseadmete sisemise isolatsiooni tootmiseks

DielektrikudKõrgepinge siseisolatsiooni tootmiseks kasutatavad seadmed peavad omama kõrgete elektriliste, termofüüsikaliste ja mehaaniliste omaduste kompleksi ning tagama: nõutava dielektrilise tugevuse taseme, samuti isolatsioonikonstruktsiooni nõutavad termilised ja mehaanilised omadused, mille mõõtmed vastavad. kogu käitise kui terviku kõrged tehnilised ja majanduslikud näitajad.

Dielektrilised materjalid peavad ka:

• on heade tehnoloogiliste omadustega, s.t. peab sobima suure läbilaskevõimega sisemise isolatsiooniprotsesside jaoks;

• vastama keskkonnanõuetele, s.t. need ei tohi sisaldada ega moodustada töö käigus mürgiseid aineid ning pärast kogu ressursi ärakasutamist peavad need läbima töötlemise või hävitamise keskkonda reostamata;

• et ei oleks vähe ja hind oleks selline, et isolatsioonistruktuur oleks majanduslikult tasuv.

Mõnel juhul võidakse eeltoodud nõuetele lisada muid nõudeid, mis tulenevad konkreetse seadmetüübi eripärast. Näiteks võimsuskondensaatorite materjalidel peab olema suurenenud dielektriline konstant; jaotuskambrite materjalid — kõrge vastupidavus termiliste löökide ja elektrikaare suhtes.

Pikaajaline praktika erinevate kõrgepingeseadmete loomisel ja käitamisel näitab, et paljudel juhtudel on kogu nõuete kogum kõige paremini täidetud, kui sisemise isolatsiooni osana kasutatakse mitme materjali kombinatsiooni, mis täiendavad üksteist ja täidavad veidi erinevaid funktsioone. .

Seega tagavad isolatsioonikonstruktsiooni mehaanilise tugevuse ainult tahked dielektrilised materjalid; neil on tavaliselt suurim dielektriline tugevus. Suure mehaanilise tugevusega tahkest dielektrikust valmistatud osad võivad toimida juhtmete mehaanilise ankruna.

Kõrgtugevad gaasid ja vedelad dielektrikud täidavad kergesti mis tahes konfiguratsiooniga isolatsioonivahed, sealhulgas väikseimad tühimikud, poorid ja praod, suurendades seeläbi oluliselt dielektrilist tugevust, eriti pikas perspektiivis.

Vedelate dielektrikute kasutamine võimaldab teatud juhtudel oluliselt parandada jahutustingimusi isolatsioonivedeliku loomuliku või sunnitud ringluse tõttu.

Siseisolatsiooni tüübid ja nende valmistamiseks kasutatud materjalid.

Kõrgepingepaigaldistes ja elektrisüsteemide seadmetes kasutatakse mitut tüüpi sisemist isolatsiooni. Levinumad on paberiga immutatud (paber-õli) isolatsioon, õlitõkke isolatsioon, vilgukivi baasil isolatsioon, plastik ja gaas.

Nendel sortidel on teatud eelised ja puudused ning neil on oma kasutusvaldkonnad. Kuid neil on mõned ühised omadused:

• dielektrilise tugevuse sõltuvuse keerukusest pingega kokkupuute kestusest;

• enamikul juhtudel pöördumatu hävitamine lammutamise teel;

• mehaaniliste, termiliste ja muude välismõjude mõju käitumisele töö ajal;

• enamikul juhtudel eelsoodumus vananemisele.

Impregneeritud paberi isolatsioon (BPI)

Lähtematerjalideks on spetsiaalsed elektriisolatsioonipaberid ja mineraalsed (nafta)õlid või sünteetilised vedelad dielektrikud.

Paberiga immutatud isolatsioon põhineb paberikihtidel. Rullimmutatud paberisolatsiooni (rulli laius kuni 3,5 m) kasutatakse võimsuskondensaatorite sektsioonides ja läbiviikudes (hülssides); lint (lindi laius 20–400 mm) - suhteliselt keeruka konfiguratsiooniga või pika pikkusega elektroodidega konstruktsioonides (kõrgemate pingeklasside varrukad, toitekaablid). Elektroodile saab kerida isolatsioonilindi kihid ülekattega või külgnevate keerdude vahega.Pärast paberi kerimist kuivatatakse isolatsioon vaakumis temperatuuril 100–120 ° C jääkrõhuni 0,1–100 Pa. Seejärel immutatakse paber vaakumis hästi degaseeritud õliga.

Paberimmutatud isolatsiooni paberidefekt piirdub ühe kihiga ja kattub korduvalt teiste kihtidega. Kõige õhemad vahed kihtide vahel ja suur hulk mikropoore paberis endas vaakumkuivatamisel eemaldavad isolatsioonist õhu ja niiskuse ning immutamise käigus täidetakse need vahed ja poorid usaldusväärselt õli või muu immutusvedelikuga.

Kondensaatori- ja kaablipaberitel on homogeenne struktuur ja kõrge keemiline puhtus. Kondensaatoripaberid on kõige õhemad ja puhtaimad. Trafopabereid kasutatakse läbiviikudes, voolu- ja pingetrafodes, samuti jõutrafode pikisuunalistes isolatsioonielementides, autotransformaatorid ja reaktorid.

Paberisolatsiooni immutamiseks jõuõliga täidetud kaablites 110-500 kV, madala viskoossusega õli või sünteetiliste kaabliõlidega ning kuni 35 kV kaablites — kõrgendatud viskoossusega õliga täidetud segudes.

Impregneerimine toimub jõu- ja mõõtetrafodes ning läbiviikudes trafo õli… Võimsuskondensaatorite kasutamine kondensaatoriõli (nafta), klooritud bifenüülide või nende asendajate ja kastoorõli kasutamine (impulsskondensaatorites).

Naftakaabli- ja kondensaatoriõlid on põhjalikumalt rafineeritud kui trafoõlid.

Klooritud bifenüülid, millel on kõrge suhteline dielektriline konstant, suurenenud vastupidavus osaliste tühjenemistele (PD) ja mittesüttivus, on mürgised ja keskkonnaohtlikud. Seetõttu väheneb nende kasutamise ulatus järsult, need asendatakse keskkonnasõbralike vedelikega.

Võimsuskondensaatorite dielektriliste kadude vähendamiseks kasutatakse kombineeritud isolatsiooni, milles paberikihid vahelduvad polüpropüleenkile kihtidega, mis on suurusjärgu võrra väiksem kui töötlemata paber. Sellisel isolatsioonil on suurem elektriline tugevus.

Paberiga immutatud isolatsiooni puudused on madal lubatud töötemperatuur (mitte üle 90 ° C) ja süttivus.

Õlitõkke (õliga täidetud) isolatsioon (MBI).

See isolatsioon põhineb trafoõlil. See tagab konstruktsiooni hea jahutuse spontaanse või sunnitud ringluse tõttu.

Õlitõkkeisolatsiooni osaks on ka tahked dielektrilised materjalid — elektripapp, kaablipaber jne. Need annavad konstruktsioonile mehaanilise tugevuse ja neid kasutatakse õlitõkke isolatsiooni dielektrilise tugevuse suurendamiseks. Deflektorid on valmistatud elektripapist ja elektroodid on kaetud kaablipaberi kihtidega. Tõkked suurendavad õlitõkkega isolatsiooni dielektrilist tugevust 30-50%, jagades isolatsioonipilu mitmeks kitsaks kanaliks, piiravad elektroodidele lähenevate lisandiosakeste hulka ja osalevad tühjendusprotsessi käivitamises.

Õlitõkke isolatsiooni elektrilist tugevust suurendab keeruka kujuga elektroodide katmine õhukese polümeermaterjali kihiga, lihtsa kujuga elektroodide puhul aga paberteibi kihtidega isoleerimine.

Õlitõkkega isolatsiooni valmistamise tehnoloogia hõlmab konstruktsiooni kokkupanekut, kuivatamist vaakumis temperatuuril 100-120 °C ja täitmist (immutamist) vaakumis degaseeritud õliga.

Õlitõkke isolatsiooni eeliste hulka kuulub selle konstruktsiooni ja tootmistehnoloogia suhteline lihtsus, seadmete aktiivsete osade (mähised, magnetahelad) intensiivne jahutamine, samuti võimalus töö ajal isolatsiooni kvaliteeti taastada. kuivatades konstruktsiooni ja vahetades õli .

Õlitõkkega isolatsiooni miinusteks on paberõliisolatsiooniga võrreldes madalam elektriline tugevus, konstruktsiooni tule- ja plahvatusoht, vajadus töö ajal niiskuse eest erikaitse järele.

Õliisolatsiooni isolatsiooni kasutatakse peamise isolatsioonina jõutrafodes nimipingega 10 kuni 1150 kV, autotransformaatorites ja kõrgema pingeklassiga reaktorites.

Vilgukivipõhisel isolatsioonil on B kuumakindluse klass (kuni 130 ° C). Vilgukivi on väga suure dielektrilise tugevusega (elektrivälja teatud orientatsioonil kristallstruktuuri suhtes), on vastupidav osalistele tühjenemistele ja on väga vastupidav kuumusele. Tänu nendele omadustele on vilgukivi asendamatu materjal suurte pöörlevate masinate staatorimähiste isoleerimiseks. Peamised lähtematerjalid on vilgukivi riba või klaasist vilgukivi riba.

Micalenta on vilgukiviplaatide kiht, mis on omavahel lakiga ühendatud ja spetsiaalsest paberist või klaaslindist valmistatud aluspinnaga. Mikalentat kasutatakse nn komplekssoojustuses, mille tootmisprotsess hõlmab mitme kihi vilgulindi kerimist, bituumenseguga immutamist vaakumkuumutamisel ja pressimist. Neid toiminguid korratakse iga viie kuni kuue kihi järel, kuni saadakse vajalik isolatsiooni paksus. Praegu kasutatakse keerulist isolatsiooni väikestes ja keskmise suurusega masinates.

Isolatsioon klaasist vilgukivi ribadest ja termoreaktiivsetest immutussegudest on täiuslikum.

Vilguteip koosneb ühest kihist 0,04 mm paksusest vilgukivipaberist ja ühest või kahest kihist 0,04 mm paksusest klaaslindist. Sellisel kompositsioonil on piisavalt kõrge mehaaniline tugevus (substraatide tõttu) ja vilgukivile iseloomulikud ülalnimetatud omadused.

Termoreaktiivse isolatsiooni valmistamiseks kasutatakse vilguribasid ja epoksü- ja polüestervaikudel põhinevaid immutuskompositsioone, mis kuumutamisel ei pehmene, säilitavad kõrge mehaanilise ja elektrilise tugevuse. Meie riigis kasutatavaid termoreaktiivse isolatsiooni tüüpe nimetatakse "vilgukiviks", "monoliitseks", "monotermiks" jne. Termoreaktiivset isolatsiooni kasutatakse suurte turbode ja hüdrogeneraatorite, mootorite ja sünkroonkompensaatorite staatorimähistes nimipingega kuni 36 kV.

Tööstuslikus mastaabis plastisolatsiooni kasutatakse kuni 220 kV pingega kaablites ja impulsskaablites. Nendel juhtudel on peamine dielektriline materjal madala ja suure tihedusega polüetüleen. Viimasel on paremad mehaanilised omadused, kuid see on kõrgema pehmenemistemperatuuri tõttu vähem töödeldav.

Kaabli plastisolatsioon on surutud süsinikuga täidetud polüetüleenist pooljuhtkilpide vahele. Voolu juhtiva juhtme ekraan, polüetüleenist isolatsioon ja välimine varjestus kantakse ekstrusiooniga (ekstrusiooniga). Teatud tüüpi impulsskaablites kasutatakse fluoroplastist teipi vahekihte.Mõnel juhul kasutatakse kaablite kaitsekestena polüvinüülkloriidi.

Gaasi isolatsioon

Seda kasutatakse kõrgepingekonstruktsioonide gaasiisolatsiooni teostamiseks SF6 gaas või väävelheksafluoriid… See on värvitu lõhnatu gaas, mis on umbes viis korda õhust raskem.Sellel on suurim tugevus võrreldes inertgaasidega, nagu lämmastik ja süsinikdioksiid.

Puhas SF6 gaas on kahjutu, keemiliselt inaktiivne, sellel on suurenenud soojuseraldusvõime ja see on väga hea kaare summutamise vahend; ei põle ega säilita põlemist. SF6 gaasi dielektriline tugevus normaaltingimustes on ligikaudu 2,5 korda suurem kui õhul.

SF6 gaasi kõrge dielektriline tugevus on seletatav asjaoluga, et selle molekulid seovad kergesti elektrone, moodustades stabiilseid negatiivseid ioone. Seetõttu muutub elektronide paljunemise protsess tugevas elektriväljas, mis on elektrilahenduse tekke aluseks, keeruliseks.

Rõhu tõustes suureneb SF6 gaasi dielektriline tugevus peaaegu proportsionaalselt rõhuga ja võib olla suurem kui vedelatel ja mõnel tahkel dielektrikul. SF6 kõrgeimat töörõhku ja seega ka kõrgeimat dielektrilise tugevuse taset isolatsioonikonstruktsioonis piirab SF6 veeldamise võimalus madalatel temperatuuridel, näiteks on SF6 veeldumistemperatuur rõhul 0,3 MPa -45 ° C ja 0,5 MPa juures on see -30 ° C. Sellised temperatuurid väljalülitatud väliseadmete puhul on talvel paljudes osades riigis täiesti võimalikud.

Pinge all olevate osade kinnitamiseks koos SF6 gaasiga kasutatakse valatud epoksüisolatsioonist isoleerivaid tugikonstruktsioone.

SF6 gaasi kasutatakse kaitselülitites, kaablites ja hermeetiliselt suletud jaotusseadmetes (GRU) pingete jaoks 110 kV ja rohkem ning see on väga paljulubav isolatsioonimaterjal.

Temperatuuridel üle 3000 ° C võib SF6 gaasi lagunemine alata vabade fluoriaatomite vabanemisega.Tekivad gaasilised mürgised ained. Nende esinemise tõenäosus on olemas teatud tüüpi lülitite puhul, mis on ette nähtud suurte lühisvoolude lahtiühendamiseks. Kuna lülitid on hermeetiliselt suletud, ei ole mürgiste gaaside eraldumine operatiivpersonalile ja keskkonnale ohtlik, kuid lüliti parandamisel ja avamisel tuleb järgida erilisi ettevaatusabinõusid.