Principalele tipuri și caracteristici electrice ale izolației interioare a instalațiilor electrice

Proprietăți generale ale izolației interioare a instalațiilor electrice

Izolația internă se referă la părți ale structurii izolatoare în care mediul izolator este dielectricul lichid, solid sau gazos sau combinațiile acestora, care nu au contact direct cu aerul atmosferic.

Dorința sau necesitatea utilizării izolației interioare mai degrabă decât a aerului ambiental se datorează mai multor motive.

În primul rând, materialele de izolație interioară au o rezistență electrică semnificativ mai mare (de 5-10 ori sau mai mult), ceea ce poate reduce drastic distanțele de izolație dintre fire și poate reduce dimensiunea echipamentului. Acest lucru este important din punct de vedere economic.

În al doilea rând, elementele individuale ale izolației interne îndeplinesc funcția de fixare mecanică a firelor; dielectricii lichidi în unele cazuri îmbunătățesc semnificativ condițiile de răcire pentru întreaga structură.

Elementele izolatoare interioare din structurile de înaltă tensiune în timpul funcționării sunt expuse la sarcini electrice, termice și mecanice puternice. Sub influența acestor influențe, proprietățile dielectrice ale izolației se deteriorează, izolația „îmbătrânește” și își pierde rezistența electrică.

Efectele termice sunt cauzate de degajarea de căldură în părțile active ale echipamentului (în fire și circuite magnetice), precum și de pierderile dielectrice din izolația în sine. În condiții de temperatură crescută, procesele chimice din izolație se accelerează semnificativ, ceea ce duce la o deteriorare treptată a proprietăților acesteia.

Încărcările mecanice sunt periculoase pentru izolația internă, deoarece pot apărea microfisuri în dielectricii solizi care o alcătuiesc, unde apoi, sub influența unui câmp electric puternic, se vor produce descărcări parțiale și îmbătrânirea izolației se va accelera.

O formă deosebită de influență exterioară asupra izolației interioare este cauzată de contactele cu mediul înconjurător și de posibilitatea de contaminare și umiditate a izolației în caz de scurgere a instalației. Umezirea izolației duce la o scădere bruscă a rezistenței la scurgere și la o creștere a pierderilor dielectrice.

Proprietățile izolației ca dielectric

Izolația se caracterizează în principal prin rezistență DC, pierderi dielectrice și rezistență electrică. Circuitul de izolare echivalent electric poate fi reprezentat prin conectarea în paralel a condensatoarelor și rezistențelor. În acest sens, atunci când izolației i se aplică o tensiune constantă, curentul din aceasta scade exponențial și valoarea rezistenței măsurate crește în mod corespunzător.Valoarea stabilită a rezistenței de izolație R din aceasta caracterizează poluarea exterioară a izolației și prezența căilor de trecere a curentului în aceasta. În plus, izolația de hidratare poate fi caracterizată și prin valoarea absolută a capacității și dinamica modificării acesteia.

Distrugerea izolației interioare a echipamentelor electrice

În cazul unei defecțiuni de înaltă tensiune, izolația internă își pierde complet sau parțial rezistența dielectrică. Cele mai multe tipuri de izolații interioare aparțin grupului de izolații nerecuperabile, a căror defalcare înseamnă deteriorarea ireversibilă a structurii.Aceasta înseamnă că izolația interioară trebuie să aibă o rigiditate dielectrică mai mare decât izolația exterioară, adică. un astfel de nivel încât defecțiunile să fie complet excluse pe toată durata de viață.

Ireversibilitatea deteriorării izolației interne complică foarte mult acumularea de date experimentale pentru noile tipuri de izolație internă și pentru structurile de izolație mari nou dezvoltate ale echipamentelor de înaltă și ultraînaltă tensiune. La urma urmei, fiecare bucată de izolație mare și scumpă poate fi testată pentru defecțiune o singură dată.

Dielectrici utilizați pentru a produce izolația internă a echipamentelor electrice

Dielectriceechipamentele utilizate pentru producerea izolației interioare de înaltă tensiune trebuie să posede un complex de proprietăți electrice, termofizice și mecanice ridicate și să asigure: nivelul necesar de rezistență dielectrică, precum și caracteristicile termice și mecanice necesare ale structurii izolatoare cu dimensiuni care îndeplinesc indicatorii tehnici și economici înalți ai întregii instalații în ansamblu.

Materialele dielectrice trebuie, de asemenea:

• au proprietăți tehnologice bune, adică trebuie să fie potrivit pentru procesele de izolare internă cu debit mare;

• respectă cerințele de mediu, de ex. nu trebuie să conțină sau să formeze produse toxice în timpul funcționării, iar după ce întreaga resursă a fost epuizată, trebuie să fie supuse procesării sau distrugerii fără a polua mediul;

• sa nu fie putine si sa aiba un astfel de pret incat structura de izolare sa fie viabila economic.

În unele cazuri, la cerințele de mai sus pot fi adăugate și alte cerințe din cauza specificului unui anumit tip de echipament. De exemplu, materialele pentru condensatoarele de putere trebuie să aibă o constantă dielectrică crescută; materiale pentru camere de distribuție — rezistență ridicată la șocuri termice și arcuri electrice.

Practica pe termen lung de a crea și opera diferite echipamente de înaltă tensiune arată că, în multe cazuri, întregul set de cerințe este cel mai bine satisfăcut atunci când o combinație de mai multe materiale este utilizată ca parte a izolației interioare, completându-se reciproc și îndeplinind funcții ușor diferite. .

Astfel, numai materialele dielectrice solide asigură rezistența mecanică a structurii izolatoare; au de obicei cea mai mare rigiditate dielectrică. Piesele realizate dintr-un dielectric solid cu rezistență mecanică ridicată pot acționa ca o ancoră mecanică pentru fire.

Gazele de înaltă rezistență și dielectricii lichidi umplu cu ușurință golurile de izolație de orice configurație, inclusiv cele mai mici goluri, pori și fisuri, crescând astfel în mod semnificativ rezistența dielectrică, în special pe termen lung.

Utilizarea dielectricilor lichidi face posibila in unele cazuri imbunatatirea semnificativa a conditiilor de racire datorita circulatiei naturale sau fortate a lichidului izolator.

Tipuri de izolații interioare și materiale utilizate pentru producerea acestora.

Mai multe tipuri de izolație interioară sunt utilizate în instalațiile de înaltă tensiune și echipamentele sistemului de alimentare. Cele mai comune sunt izolațiile impregnate cu hârtie (hârtie-ulei), izolațiile cu barieră de ulei, izolațiile pe bază de mică, plasticul și gazul.

Aceste soiuri au anumite avantaje și dezavantaje și au propriile lor domenii de aplicare. Cu toate acestea, au câteva proprietăți comune:

• natura complexă a dependenței rigidității dielectrice de durata expunerii la tensiune;

• în majoritatea cazurilor, distrugere ireversibilă prin demolare;

• influența asupra comportamentului în timpul funcționării a unor influențe mecanice, termice și alte influențe externe;

• în majoritatea cazurilor o predispoziție la îmbătrânire.

Izolație din hârtie impregnată (BPI)

Materiile prime sunt hârtii speciale izolante electrice și uleiuri minerale (petrol) sau dielectrice lichide sintetice.

Izolația impregnată cu hârtie se bazează pe straturi de hârtie. Izolația din hârtie impregnată cu rolă (lățimea rolei de până la 3,5 m) este utilizată în secțiunile condensatoarelor de putere și în bucșe (manșoane); bandă (lățimea benzii de la 20 la 400 mm) — în structuri cu electrozi de configurație relativ complexă sau lungimi lungi (manșoane de clase de tensiune superioare, cabluri de alimentare). Straturile de izolație cu bandă pot fi înfășurate pe electrod cu o suprapunere sau cu un spațiu între spirele adiacente.După bobinarea hârtiei, izolația este uscată sub vid la o temperatură de 100-120 ° C la o presiune reziduală de 0,1-100 Pa. Hârtia este apoi impregnată cu ulei bine degazat sub vid.

Un defect de hârtie în izolația impregnată cu hârtie este limitat la un singur strat și este suprapus în mod repetat de alte straturi. Cele mai subțiri goluri dintre straturi și un număr mare de micropori din hârtia însăși în timpul uscării în vid elimină aerul și umezeala din izolație, iar în timpul impregnării, aceste goluri și pori sunt umplute în mod fiabil cu ulei sau alt lichid de impregnare.

Hârtiile pentru condensatoare și cabluri au o structură omogenă și puritate chimică ridicată. Hârtiile pentru condensator sunt cele mai subțiri și mai pure. Hârtiile pentru transformatoare sunt utilizate în bucșe, transformatoare de curent și tensiune, precum și în elementele de izolație longitudinală ale transformatoarelor de putere, autotransformatoare și reactoare.

Pentru impregnarea izolației din hârtie în cabluri umplute cu ulei de putere 110-500 kV, cu ulei cu vâscozitate scăzută sau uleiuri sintetice pentru cabluri și în cabluri până la 35 kV - amestecuri umplute cu ulei cu vâscozitate crescută.

Impregnarea se realizează în transformatoare și bucșe de putere și de măsurare ulei de transformator… Utilizarea condensatoarelor de putere ulei de condensator (petrol), bifenili clorurați sau înlocuitori ai acestora și ulei de ricin (în condensatoare de impuls).

Uleiurile pentru cabluri petroliere și condensatoare sunt mai bine rafinate decât uleiurile pentru transformatoare.

Bifenilii clorurați având o constantă dielectrică relativă ridicată, rezistență crescută la descărcări parțiale (PD) și incombustibilitate, sunt toxici și periculoși pentru mediu. Prin urmare, amploarea utilizării lor este redusă drastic, sunt înlocuite cu lichide ecologice.

Pentru a reduce pierderile dielectrice din condensatoarele de putere, se folosește o izolație combinată, în care straturile de hârtie sunt alternate cu straturi de folie de polipropilenă, care este cu un ordin de mărime mai mică decât hârtia netratată. O astfel de izolație are o rezistență electrică mai mare.

Dezavantajele izolației impregnate cu hârtie sunt temperatura scăzută de funcționare admisă (nu mai mult de 90 ° C) și inflamabilitatea.

Izolație cu barieră de ulei (umplută cu ulei) (MBI).

Această izolație se bazează pe ulei de transformator. Asigură o bună răcire a structurii datorită circulației spontane sau forțate.

Materialele dielectrice solide fac, de asemenea, parte din izolația barierei de ulei - carton electric, hârtie de cablu etc. Acestea oferă rezistență mecanică structurii și sunt utilizate pentru a crește rezistența dielectrică a izolației barierei de ulei. Deflectoarele sunt realizate din carton electric, iar electrozii sunt acoperiți cu straturi de hârtie de cablu. Barierele cresc rezistența dielectrică a izolației cu o barieră de ulei cu 30-50%, împărțind golul de izolație într-un număr de canale înguste, limitează cantitatea de particule de impurități care se pot apropia de electrozi și participă la inițierea procesului de descărcare.

Rezistența electrică a izolației barierei de ulei este mărită prin acoperirea electrozilor de formă complexă cu un strat subțire de material polimeric, iar în cazul electrozilor de formă simplă prin izolarea cu straturi de bandă de hârtie.

Tehnologia de producere a izolației cu o barieră de ulei include asamblarea structurii, uscarea sub vid la o temperatură de 100-120 ° C și umplerea (impregnarea) sub vid cu ulei degazat.

Avantajele izolației cu barieră de ulei includ simplitatea relativă a designului și tehnologiei producției sale, răcirea intensivă a părților active ale echipamentului (înfășurări, circuite magnetice), precum și posibilitatea restabilirii calității izolației în timpul funcționării. prin uscarea structurii si schimbarea uleiului .

Dezavantajele izolației cu o barieră de ulei sunt rezistența electrică mai mică decât izolația hârtie-ulei, pericolul de incendiu și explozie a structurii, necesitatea unei protecții speciale împotriva umezelii în timpul funcționării.

Izolația cu ulei este utilizată ca izolație principală în transformatoarele de putere cu o tensiune nominală de 10 până la 1150 kV, în autotransformatoare și reactoare cu clase de tensiune mai mari.

Izolația pe bază de mica are clasa de rezistență la căldură B (până la 130 ° C). Mica are o rigiditate dielectrică foarte mare (la o anumită orientare a câmpului electric în raport cu structura cristalină), este rezistentă la descărcări parțiale și este foarte rezistentă la căldură. Datorită acestor proprietăți, mica este un material indispensabil pentru izolarea înfășurărilor statorice ale mașinilor mari rotative. Principalele materii prime sunt banda de mica sau banda de mica de sticla.

Micalenta este un strat de plăci de mica legate între ele cu lac și cu un substrat din hârtie specială sau bandă de sticlă. Mikalenta este utilizată în așa-numita izolație complexă, al cărei proces de producție include înfășurarea mai multor straturi de bandă de mică, impregnarea cu un compus bituminos sub încălzire în vid și presare. Aceste operații se repetă la fiecare cinci până la șase straturi până se obține grosimea necesară de izolație. Izolația complexă este utilizată în prezent la mașinile mici și mijlocii.

Izolarea din benzi de mica de sticla si compusi de impregnare termorigide este mai perfecta.

Banda de mica este formata dintr-un strat de hartie mica de 0,04 mm grosime si unul sau doua straturi de banda de sticla de 0,04 mm grosime. O astfel de compoziție are o rezistență mecanică suficient de mare (datorită substraturilor) și calitățile menționate mai sus caracteristice mica.

Benzile de mica si compozitiile de impregnare pe baza de rasini epoxidice si poliesterice sunt folosite pentru a face izolatie termorezistenta, care nu se inmoaie la incalzire, pastreaza rezistenta mecanica si electrica ridicata. Tipurile de termoizolații folosite în țara noastră se numesc „mica”, „monolit”, „monotermă”, etc. Izolația termorezistentă este utilizată în înfășurările statorice ale turbo și hidrogeneratoare mari, motoare și compensatoare sincrone cu o tensiune nominală de până la 36 kV.

Izolația din plastic la scară industrială este utilizată în cablurile de putere pentru tensiuni de până la 220 kV și în cablurile de impuls. Principalul material dielectric în aceste cazuri este polietilena de joasă și înaltă densitate. Acesta din urmă are proprietăți mecanice mai bune, dar este mai puțin prelucrabil datorită temperaturii mai mari de înmuiere.

Izolația din plastic din cablu este intercalată între scuturi semiconductoare din polietilenă umplută cu carbon. Ecranul de pe firul purtător de curent, izolația din polietilenă și ecranul exterior sunt aplicate prin extrudare (extrudare). Unele tipuri de cabluri de impuls folosesc straturi intermediare de bandă fluoroplastică.În unele cazuri, clorură de polivinil este utilizată pentru mantaua cablului de protecție.

Izolație cu gaz

Este utilizat pentru a efectua izolarea cu gaze în structuri de înaltă tensiune Gaz SF6 sau hexafluorura de sulf… Este un gaz incolor, inodor de aproximativ cinci ori mai greu decât aerul.Are cea mai mare rezistență în comparație cu gazele inerte precum azotul și dioxidul de carbon.

Gazul SF6 pur este inofensiv, inactiv din punct de vedere chimic, are o capacitate crescută de disipare a căldurii și este un mediu foarte bun de suprimare a arcului; nu arde și nu întreține arderea. Rigiditatea dielectrică a gazului SF6 în condiții normale este de aproximativ 2,5 ori mai mare decât a aerului.

Rigiditatea dielectrică ridicată a gazului SF6 se explică prin faptul că moleculele sale leagă cu ușurință electronii, formând ioni negativi stabili. Prin urmare, procesul de multiplicare a electronilor într-un câmp electric puternic, care stă la baza dezvoltării unei descărcări electrice, devine dificil.

Pe măsură ce presiunea crește, rezistența dielectrică a gazului SF6 crește aproape proporțional cu presiunea și poate fi mai mare decât cea a dielectricilor lichidi și a unor dielectrici solizi. Cea mai mare presiune de funcționare și, prin urmare, cel mai înalt nivel de rigiditate dielectrică a SF6 într-o structură izolatoare este limitată de posibilitatea de lichefiere a SF6 la temperaturi scăzute, de exemplu, temperatura de lichefiere a SF6 la o presiune de 0,3 MPa este de -45 ° C și la 0,5 MPa este -30 ° C. Astfel de temperaturi pentru echipamentele de exterior oprite sunt destul de posibile iarna în multe părți ale țării.

Structurile de susținere izolatoare realizate din izolație epoxidică turnată sunt utilizate pentru a asigura piesele sub tensiune în combinație cu gaz SF6.

Gazul SF6 este utilizat în întrerupătoare, cabluri și aparate de comutare închise ermetic (GRU) pentru tensiuni de 110 kV și mai sus și este un material izolator foarte promițător.

La temperaturi peste 3000 ° C, descompunerea gazului SF6 poate începe cu eliberarea de atomi de fluor liber.Se formează substanțe toxice gazoase. Probabilitatea apariției lor există pentru unele tipuri de întrerupătoare concepute pentru a deconecta curenții mari de scurtcircuit. Întrucât întrerupătoarele sunt sigilate ermetic, eliberarea de gaze otrăvitoare nu este periculoasă pentru personalul care operează și pentru mediu, dar trebuie luate măsuri de precauție speciale la repararea și deschiderea comutatorului.