De belangrijkste soorten en elektrische kenmerken van de interne isolatie van elektrische installaties

Algemene eigenschappen van de interne isolatie van elektrische installaties

Interne isolatie verwijst naar delen van de isolerende structuur waarin het isolerende medium bestaat uit vloeibare, vaste of gasvormige diëlektrica of hun combinaties, die geen direct contact hebben met atmosferische lucht.

De wenselijkheid of noodzaak om binnenisolatie te gebruiken in plaats van omgevingslucht heeft een aantal redenen.

Ten eerste hebben de interne isolatiematerialen een aanzienlijk hogere elektrische sterkte (5-10 keer of meer), wat de isolatieafstanden tussen de draden sterk kan verkleinen en de omvang van de apparatuur kan verkleinen. Dit is belangrijk vanuit economisch oogpunt.

Ten tweede vervullen de afzonderlijke elementen van de interne isolatie de functie van mechanische bevestiging van draden; vloeibare diëlektrica verbeteren in sommige gevallen de koelomstandigheden voor de hele structuur aanzienlijk.

Interne isolatie-elementen in hoogspanningsconstructies worden tijdens bedrijf blootgesteld aan sterke elektrische, thermische en mechanische belastingen. Onder invloed van deze invloeden gaan de diëlektrische eigenschappen van de isolatie achteruit, "veroudert" de isolatie en verliest haar elektrische sterkte.

Thermische effecten worden veroorzaakt door het vrijkomen van warmte in de actieve delen van de apparatuur (in draden en magnetische circuits) en door diëlektrische verliezen in de isolatie zelf. Bij verhoogde temperaturen versnellen de chemische processen in de isolatie aanzienlijk, wat leidt tot een geleidelijke verslechtering van de eigenschappen.

Mechanische belastingen zijn gevaarlijk voor de interne isolatie, omdat er microscheurtjes kunnen ontstaan ​​in de vaste diëlektrica waaruit deze bestaat, waar dan, onder invloed van een sterk elektrisch veld, gedeeltelijke ontladingen zullen optreden en de veroudering van de isolatie zal versnellen.

Een bijzondere vorm van externe invloed op de interne isolatie wordt veroorzaakt door de contacten met de omgeving en de mogelijkheid van vervuiling en vocht van de isolatie bij lekkage van de installatie. Het bevochtigen van de isolatie leidt tot een sterke afname van de lekweerstand en een toename van diëlektrische verliezen.

Eigenschappen van isolatie als diëlektricum

Isolatie wordt voornamelijk gekenmerkt door DC-weerstand, diëlektrisch verlies en elektrische sterkte. Het elektrisch equivalente isolatiecircuit kan worden weergegeven door condensatoren en weerstanden parallel te schakelen. In dit opzicht, wanneer een constante spanning op de isolatie wordt aangelegd, neemt de stroom erin exponentieel af en neemt de gemeten weerstandswaarde dienovereenkomstig toe.De vastgestelde waarde van de isolatieweerstand R daaruit kenmerkt de externe vervuiling van de isolatie en de aanwezigheid van passerende stroompaden daarin. Bovendien kan hydratatie-isolatie ook worden gekenmerkt door de absolute waarde van de capaciteit en de dynamiek van de verandering ervan.

Vernietiging van de interne isolatie van elektrische apparatuur

Bij een hoogspanningsfout verliest de interne isolatie geheel of gedeeltelijk zijn diëlektrische sterkte. De meeste soorten interne isolatie behoren tot de groep van niet-herstelbare isolaties, waarvan de afbraak onomkeerbare schade aan de structuur betekent.Dit betekent dat de interne isolatie een hogere diëlektrische sterkte moet hebben dan de externe isolatie, d.w.z. zodanig dat storingen tijdens de gehele levensduur volledig zijn uitgesloten.

De onomkeerbaarheid van interne isolatieschade bemoeilijkt de accumulatie van experimentele gegevens voor nieuwe soorten interne isolatie en voor nieuw ontwikkelde grote isolatiestructuren van hoog- en ultrahoogspanningsapparatuur aanzienlijk. Elk stuk grote, dure isolatie kan immers maar één keer op falen worden getest.

Diëlektrica die worden gebruikt om interne isolatie van elektrische apparatuur te produceren

Diëlektricaapparatuur die wordt gebruikt voor de productie van interne hoogspanningsisolatie moet een complex van hoge elektrische, thermofysische en mechanische eigenschappen bezitten en zorgen voor: het vereiste niveau van diëlektrische sterkte, evenals de vereiste thermische en mechanische kenmerken van de isolerende structuur met afmetingen die voldoen aan de hoge technische en economische indicatoren van de gehele installatie als geheel.

Diëlektrische materialen moeten ook:

• goede technologische eigenschappen hebben, d.w.z. moet geschikt zijn voor high-throughput interne isolatieprocessen;

• voldoen aan milieueisen, d.w.z. ze mogen tijdens het gebruik geen giftige producten bevatten of vormen, en nadat de volledige hulpbron is opgebruikt, moeten ze worden verwerkt of vernietigd zonder het milieu te vervuilen;

• niet schaars te zijn en een zodanige prijs te hebben dat de isolatiestructuur economisch haalbaar is.

In sommige gevallen kunnen andere vereisten aan de bovenstaande vereisten worden toegevoegd vanwege de specifieke kenmerken van een bepaald type apparatuur. Materialen voor vermogenscondensatoren moeten bijvoorbeeld een verhoogde diëlektrische constante hebben; materialen voor verdeelkamers — hoge weerstand tegen thermische schokken en elektrische bogen.

De langdurige praktijk van het creëren en bedienen van verschillende hoogspanningsapparatuur toont aan dat in veel gevallen het beste aan het geheel van eisen kan worden voldaan wanneer een combinatie van verschillende materialen wordt gebruikt als onderdeel van de interne isolatie, elkaar aanvullend en iets verschillende functies vervullen .

Dus alleen vaste diëlektrische materialen zorgen voor de mechanische sterkte van de isolerende structuur; ze hebben meestal de hoogste diëlektrische sterkte. Onderdelen gemaakt van een massief diëlektricum met hoge mechanische sterkte kunnen fungeren als een mechanisch anker voor draden.

Hoge sterkte gassen en vloeibare diëlektrica vullen gemakkelijk isolatiegaten van elke configuratie, inclusief de kleinste gaten, poriën en scheuren, waardoor de diëlektrische sterkte aanzienlijk toeneemt, vooral op de lange termijn.

Het gebruik van vloeibare diëlektrica maakt het in sommige gevallen mogelijk om de koelomstandigheden aanzienlijk te verbeteren door de natuurlijke of geforceerde circulatie van de isolerende vloeistof.

Soorten interne isolatie en materialen die worden gebruikt voor hun productie.

Verschillende soorten interne isolatie worden gebruikt in hoogspanningsinstallaties en apparatuur voor energiesystemen. De meest voorkomende zijn met papier geïmpregneerde (papier-olie) isolatie, oliebarrière-isolatie, op mica gebaseerde isolatie, plastic en gas.

Deze rassen hebben bepaalde voor- en nadelen en hebben hun eigen toepassingsgebieden. Ze delen echter een aantal gemeenschappelijke eigenschappen:

• de complexe aard van de afhankelijkheid van de diëlektrische sterkte van de duur van blootstelling aan spanning;

• in de meeste gevallen onomkeerbare vernietiging door sloop;

• invloed op het gedrag tijdens bedrijf van mechanische, thermische en andere externe invloeden;

• in de meeste gevallen een aanleg voor veroudering.

Geïmpregneerde papierisolatie (BPI)

De uitgangsmaterialen zijn speciaal elektrisch isolerend papier en minerale (petroleum)oliën of synthetische vloeibare diëlektrica.

Met papier geïmpregneerde isolatie is gebaseerd op papierlagen. Rolgeïmpregneerde papierisolatie (rolbreedte tot 3,5 m) wordt gebruikt in secties van vermogenscondensatoren en in bussen (hulzen); tape (tapebreedte van 20 tot 400 mm) - in structuren met elektroden met een relatief complexe configuratie of lange lengte (hulzen van hogere spanningsklassen, stroomkabels). Lagen tape-isolatie kunnen op de elektrode worden gewikkeld met een overlap of met een opening tussen aangrenzende windingen.Na het wikkelen van het papier wordt de isolatie onder vacuüm gedroogd bij een temperatuur van 100-120°C tot een restdruk van 0,1-100 Pa. Het papier wordt vervolgens onder vacuüm geïmpregneerd met goed ontgaste olie.

Een papierdefect in met papier geïmpregneerde isolatie beperkt zich tot één laag en wordt herhaaldelijk overlapt door andere lagen. De dunste openingen tussen de lagen en een groot aantal microporiën in het papier zelf verwijderen tijdens het vacuümdrogen lucht en vocht uit de isolatie, en tijdens het impregneren worden deze openingen en poriën op betrouwbare wijze gevuld met olie of een andere impregneervloeistof.

Condensator- en kabelpapier hebben een homogene structuur en een hoge chemische zuiverheid. Condenspapier is het dunste en zuiverste. Transformatorpapier wordt gebruikt in bussen, stroom- en spanningstransformatoren, evenals in longitudinale isolatie-elementen van vermogenstransformatoren, automatische transformatoren en reactoren.

Voor het impregneren van papierisolatie in met olie gevulde kabels 110-500 kV, met olie met lage viscositeit of synthetische kabeloliën, en in kabels tot 35 kV - met olie gevulde mengsels met verhoogde viscositeit.

De impregnering vindt plaats in stroom- en meettransformatoren en bussen transformator olie… Gebruik van vermogenscondensatoren condensatorolie (aardolie), gechloreerde bifenylen of hun vervangers en ricinusolie (in impulscondensatoren).

Aardoliekabel- en condensatoroliën zijn grondiger geraffineerd dan transformatoroliën.

Gechloreerde bifenylen met een hoge relatieve diëlektrische constante, verhoogde weerstand tegen gedeeltelijke ontladingen (PD) en onbrandbaarheid, ze zijn giftig en gevaarlijk voor het milieu. Daarom wordt de schaal van hun gebruik sterk verminderd, ze worden vervangen door milieuvriendelijke vloeistoffen.

Om de diëlektrische verliezen in de vermogenscondensatoren te verminderen, wordt een gecombineerde isolatie gebruikt, waarbij de lagen papier worden afgewisseld met lagen polypropyleenfilm, wat een orde van grootte kleiner is dan onbehandeld papier. Dergelijke isolatie heeft een hogere elektrische sterkte.

De nadelen van isolatie geïmpregneerd met papier zijn de lage toegestane bedrijfstemperatuur (niet meer dan 90 ° C) en ontvlambaarheid.

Oliebarrière (met olie gevulde) isolatie (MBI).

Deze isolatie is op basis van transformatorolie. Het zorgt voor een goede koeling van de constructie door spontane of geforceerde circulatie.

Vaste diëlektrische materialen maken ook deel uit van de oliebarrière-isolatie - elektrisch karton, kabelpapier, enz. Ze bieden mechanische sterkte aan de structuur en worden gebruikt om de diëlektrische sterkte van oliebarrière-isolatie te vergroten. De schotten zijn gemaakt van elektrisch karton en de elektroden zijn bedekt met lagen kabelpapier. Barrières verhogen de diëlektrische sterkte van isolatie met een oliebarrière met 30-50%, verdelen de isolatieopening in een aantal smalle kanalen, ze beperken de hoeveelheid onzuiverheidsdeeltjes die de elektroden kunnen naderen en deelnemen aan de initiatie van het ontladingsproces.

De elektrische sterkte van de oliebarrière-isolatie wordt verhoogd door complex gevormde elektroden te bedekken met een dunne laag polymeer materiaal, en in het geval van eenvoudig gevormde elektroden door te isoleren met lagen papiertape.

De technologie voor de productie van isolatie met een oliebarrière omvat montage van de constructie, drogen onder vacuüm bij een temperatuur van 100-120 ° C en vullen (impregneren) onder vacuüm met ontgaste olie.

De voordelen van oliebarrière-isolatie omvatten de relatieve eenvoud van het ontwerp en de technologie van de productie ervan, intensieve koeling van de actieve delen van de apparatuur (wikkelingen, magnetische circuits), evenals de mogelijkheid om de kwaliteit van de isolatie tijdens bedrijf te herstellen door de structuur te drogen en de olie te verversen.

De nadelen van isolatie met een oliebarrière zijn de lagere elektrische sterkte dan papier-olie-isolatie, het gevaar van brand en explosie van de constructie, de noodzaak van speciale bescherming tegen vocht tijdens bedrijf.

Olie-isolatie-isolatie wordt gebruikt als hoofdisolatie in vermogenstransformatoren met een nominale spanning van 10 tot 1150 kV, in autotransformatoren en reactoren met hogere spanningsklassen.

Isolatie op micabasis heeft hittebestendigheidsklasse B (tot 130°C). Mica heeft een zeer hoge diëlektrische sterkte (bij een bepaalde oriëntatie van het elektrische veld ten opzichte van de kristalstructuur), is bestand tegen gedeeltelijke ontladingen en is zeer goed bestand tegen hitte. Dankzij deze eigenschappen is mica een onmisbaar materiaal voor het isoleren van de statorwikkelingen van grote roterende machines. De belangrijkste uitgangsmaterialen zijn micastrip of glasmicastrip.

Micalenta is een laag micaplaten die met vernis aan elkaar zijn verbonden en met een ondergrond van speciaal papier of glastape. Mikalenta wordt gebruikt in zogenaamde complexe isolatie, waarvan het productieproces bestaat uit het opwikkelen van meerdere lagen micatape, impregneren met een bitumineuze verbinding onder vacuümverhitting en persen. Deze bewerkingen worden elke vijf tot zes lagen herhaald totdat de vereiste isolatiedikte is bereikt. Complexe isolatie wordt momenteel gebruikt in kleine en middelgrote machines.

Isolatie van glasmicastrips en thermohardende impregneermiddelen is perfecter.

Micatape bestaat uit één laag micapapier van 0,04 mm dik en één of twee lagen glastape van 0,04 mm dik. Een dergelijke samenstelling heeft een voldoende hoge mechanische sterkte (vanwege substraten) en de bovengenoemde eigenschappen die kenmerkend zijn voor mica.

Mica-strips en impregneersamenstellingen op basis van epoxy- en polyesterharsen worden gebruikt om thermohardende isolatie te maken, die niet zacht wordt bij verhitting, en een hoge mechanische en elektrische sterkte behoudt. De soorten thermohardende isolatie die in ons land worden gebruikt, worden "mica", "monoliet", "monotherm", enz. Thermohardende isolatie wordt gebruikt in de statorwikkelingen van grote turbo's en hydrogeneratoren, motoren en synchrone compensatoren met een nominale spanning tot 36 kV.

Kunststofisolatie op industriële schaal wordt gebruikt in stroomkabels voor spanningen tot 220 kV en in impulskabels. Het belangrijkste diëlektrische materiaal in deze gevallen is polyethyleen met lage en hoge dichtheid. Deze laatste heeft betere mechanische eigenschappen, maar is door de hogere verwekingstemperatuur minder bewerkbaar.

De plastic isolatie in de kabel is ingeklemd tussen halfgeleidende schermen van met koolstof gevuld polyethyleen. Het scherm op de stroomvoerende draad, de polyethyleen isolatie en het buitenscherm worden aangebracht door middel van extrusie (extrusie). Sommige soorten impulskabels gebruiken tussenlagen van fluoroplastische tape.In sommige gevallen wordt polyvinylchloride gebruikt voor beschermende kabelmantels.

Gas isolatie

Het wordt gebruikt om gasisolatie uit te voeren in hoogspanningsstructuren SF6-gas of zwavelhexafluoride… Het is een kleurloos, reukloos gas dat ongeveer vijf keer zwaarder is dan lucht.Het heeft de grootste sterkte in vergelijking met inerte gassen zoals stikstof en kooldioxide.

Zuiver SF6-gas is onschadelijk, chemisch inactief, heeft een verhoogd warmteafvoervermogen en is een zeer goed vlamboogonderdrukkend medium; brandt niet of onderhoudt geen verbranding. De diëlektrische sterkte van SF6-gas is onder normale omstandigheden ongeveer 2,5 keer die van lucht.

De hoge diëlektrische sterkte van SF6-gas wordt verklaard door het feit dat de moleculen ervan gemakkelijk elektronen binden en stabiele negatieve ionen vormen. Daarom wordt het proces van vermenigvuldiging van elektronen in een sterk elektrisch veld, dat de basis vormt voor de ontwikkeling van een elektrische ontlading, moeilijk.

Naarmate de druk toeneemt, neemt de diëlektrische sterkte van SF6-gas bijna evenredig toe met de druk en kan hoger zijn dan die van vloeibare en sommige vaste diëlektrica. De hoogste werkdruk en dus het hoogste niveau van diëlektrische sterkte van SF6 in een isolerende structuur wordt beperkt door de mogelijkheid van vloeibaar worden van SF6 bij lage temperaturen, de vloeibaarmakingstemperatuur van SF6 bij een druk van 0,3 MPa is bijvoorbeeld -45 ° C en bij 0,5 MPa is het -30 ° C. Dergelijke temperaturen voor uitgeschakelde buitenapparatuur zijn in de winter in veel delen van het land heel goed mogelijk.

Isolerende draagconstructies van gegoten epoxy-isolatie worden gebruikt om onder spanning staande delen te beveiligen in combinatie met SF6-gas.

SF6-gas wordt gebruikt in stroomonderbrekers, kabels en hermetisch afgesloten schakelapparatuur (GRU) voor spanningen van 110 kV en hoger en is een veelbelovend isolatiemateriaal.

Bij temperaturen boven 3000 ° C kan de ontleding van SF6-gas beginnen met het vrijkomen van vrije fluoratomen.Er ontstaan ​​gasvormige toxische stoffen. De waarschijnlijkheid van hun optreden bestaat voor sommige soorten schakelaars die zijn ontworpen om grote kortsluitstromen uit te schakelen. Aangezien de schakelaars hermetisch zijn afgesloten, is het vrijkomen van giftige gassen niet gevaarlijk voor het bedienend personeel en de omgeving, maar moeten speciale voorzorgsmaatregelen worden genomen bij het repareren en openen van de schakelaar.