Az elektromos berendezések belső szigetelésének főbb típusai és elektromos jellemzői

Az elektromos berendezések belső szigetelésének általános tulajdonságai

A belső szigetelés a szigetelőszerkezet azon részeit jelenti, amelyekben a szigetelő közeg folyékony, szilárd vagy gáznemű dielektrikum vagy ezek kombinációja, amelyek nem érintkeznek közvetlenül a légköri levegővel.

A beltéri szigetelés kívánatos vagy szükségessége a környezeti levegő helyett számos okból adódik.

Először is, a belső szigetelőanyagok lényegesen nagyobb elektromos szilárdsággal rendelkeznek (5-10-szer vagy több), ami jelentősen csökkentheti a vezetékek közötti szigetelési távolságokat és csökkentheti a berendezés méretét. Ez gazdasági szempontból fontos.

Másodszor, a belső szigetelés egyes elemei a vezetékek mechanikus rögzítésének funkcióját látják el; a folyékony dielektrikumok bizonyos esetekben jelentősen javítják a teljes szerkezet hűtési feltételeit.

A nagyfeszültségű szerkezetek belső szigetelőelemei működés közben erős elektromos, termikus és mechanikai terhelésnek vannak kitéve. Ezen hatások hatására a szigetelés dielektromos tulajdonságai romlanak, a szigetelés "elöregszik", veszít elektromos szilárdságából.

A hőhatásokat a berendezés aktív részeiben (vezetékekben és mágneses áramkörökben) felszabaduló hő, valamint magában a szigetelésben fellépő dielektromos veszteségek okozzák. Megnövekedett hőmérséklet esetén a szigetelésben a kémiai folyamatok jelentősen felgyorsulnak, ami a tulajdonságainak fokozatos romlásához vezet.

A mechanikai terhelések veszélyesek a belső szigetelésre, mert az azt alkotó szilárd dielektrikumokban mikrorepedések keletkezhetnek, ahol ekkor erős elektromos tér hatására részleges kisülések lépnek fel, és felgyorsul a szigetelés öregedése.

A belső szigetelés külső hatásának speciális formáját a környezettel való érintkezés, valamint a szigetelés szennyeződésének és nedvességtartalmának lehetősége okozza a beépítés szivárgása esetén. A szigetelés nedvesítése a szivárgási ellenállás hirtelen csökkenéséhez és a dielektromos veszteségek növekedéséhez vezet.

A szigetelés, mint dielektrikum tulajdonságai

A szigetelést elsősorban az egyenáramú ellenállás, a dielektromos veszteség és az elektromos szilárdság jellemzi. Az elektromosan egyenértékű leválasztó áramkör kondenzátorok és ellenállások párhuzamos csatlakoztatásával ábrázolható. Ebben a tekintetben, ha a szigetelésre állandó feszültséget kapcsolunk, abban az áramerősség exponenciálisan csökken, és a mért ellenállásérték ennek megfelelően nő.Az ebből származó R szigetelési ellenállás megállapított értéke a szigetelés külső szennyezettségét és az áthaladó áramutak jelenlétét jellemzi. Emellett a hidratációs szigetelés a kapacitás abszolút értékével és változásának dinamikájával is jellemezhető.

Villamos berendezések belső szigetelésének megsemmisítése

Nagyfeszültségű hiba esetén a belső szigetelés teljesen vagy részben elveszíti dielektromos szilárdságát. A belső szigetelések legtöbb fajtája a nem visszanyerhető szigetelések csoportjába tartozik, melyek tönkremenetele a szerkezet visszafordíthatatlan károsodását jelenti Ez azt jelenti, hogy a belső szigetelésnek nagyobb dielektromos szilárdságúnak kell lennie, mint a külső szigetelésé, pl. olyan szinten, hogy a meghibásodások a teljes élettartam alatt teljesen kizártak legyenek.

A belső szigetelés károsodásának visszafordíthatatlansága nagymértékben megnehezíti a kísérleti adatok felhalmozását az új típusú belső szigetelésekre, valamint a nagy- és ultra-nagyfeszültségű berendezések újonnan kifejlesztett nagy szigetelőszerkezeteire vonatkozóan. Hiszen a nagy, drága szigetelés minden darabját csak egyszer lehet meghibásodásra tesztelni.

Elektromos berendezések belső szigetelésének előállítására használt dielektrikumok

DielektrikumokA nagyfeszültségű belső szigetelések gyártásához használt berendezéseknek magas elektromos, hőfizikai és mechanikai tulajdonságok komplexumával kell rendelkezniük, és biztosítaniuk kell: a szükséges dielektromos szilárdsági szintet, valamint a szigetelő szerkezet szükséges hő- és mechanikai jellemzőit olyan méretekkel, amelyek megfelelnek. a teljes létesítmény egészének magas műszaki és gazdasági mutatói.

A dielektromos anyagoknak továbbá:

• jó technológiai tulajdonságokkal rendelkeznek, pl. alkalmasnak kell lennie nagy áteresztőképességű belső szigetelési eljárásokra;

• megfelelnek a környezetvédelmi követelményeknek, pl. működésük során nem tartalmazhatnak, nem képezhetnek mérgező termékeket, és a teljes erőforrás felhasználása után a környezet szennyezése nélkül kell feldolgozni vagy megsemmisíteni;

• hogy ne legyen szűkös, és olyan ára legyen, hogy az elszigetelő szerkezet gazdaságilag életképes legyen.

Egyes esetekben a fenti követelményeket más követelményekkel egészíthetik ki egy adott típusú berendezés sajátosságai miatt. Például a teljesítménykondenzátorok anyagainak megnövelt dielektromos állandóval kell rendelkezniük; anyagok az elosztókamrákhoz - nagy ellenállás a hősokkokkal és az elektromos ívekkel szemben.

A különböző nagyfeszültségű berendezések létrehozásának és üzemeltetésének hosszú távú gyakorlata azt mutatja, hogy sok esetben a teljes követelményrendszer akkor felel meg a legjobban, ha a belső szigetelés részeként több anyag kombinációját alkalmazzák, egymást kiegészítve, és némileg eltérő funkciókat látnak el. .

Így csak a szilárd dielektromos anyagok biztosítják a szigetelő szerkezet mechanikai szilárdságát; általában ezek rendelkeznek a legnagyobb dielektromos szilárdsággal. A nagy mechanikai szilárdságú szilárd dielektrikumból készült alkatrészek mechanikus horgonyként szolgálhatnak a huzalokhoz.

A nagy szilárdságú gázok és folyékony dielektrikumok könnyedén kitöltik bármilyen konfigurációjú szigetelési hézagot, beleértve a legkisebb réseket, pórusokat és repedéseket is, ezáltal jelentősen növelve a dielektromos szilárdságot, különösen hosszú távon.

A folyékony dielektrikumok alkalmazása bizonyos esetekben lehetővé teszi a hűtési feltételek jelentős javítását a szigetelő folyadék természetes vagy kényszerített keringése miatt.

A belső szigetelés típusai és az előállításukhoz felhasznált anyagok.

A nagyfeszültségű berendezésekben és az elektromos rendszer berendezéseiben többféle belső szigetelést használnak. A legelterjedtebb a papír impregnált (papír-olaj) szigetelés, olajzáró szigetelés, csillám alapú szigetelés, műanyag és gáz.

Ezeknek a fajtáknak vannak bizonyos előnyei és hátrányai, és megvannak a maguk alkalmazási területei. Vannak azonban közös tulajdonságaik:

• a dielektromos szilárdságnak a feszültségnek való kitettség időtartamától való függésének összetett jellege;

• a legtöbb esetben visszafordíthatatlan megsemmisítés bontással;

• működés közbeni viselkedésre gyakorolt ​​hatás mechanikai, termikus és egyéb külső hatások;

• a legtöbb esetben hajlam az öregedésre.

Impregnált papírszigetelés (BPI)

A kiindulási anyagok speciális elektromos szigetelő papírok és ásványi (ásványolaj) olajok vagy szintetikus folyékony dielektrikumok.

A papírral impregnált szigetelés papírrétegeken alapul. A hengerrel impregnált papírszigetelést (3,5 m-es tekercsszélességig) a teljesítménykondenzátorok szakaszaiban és a perselyekben (hüvelyekben) használják; szalag (szalagszélesség 20-400 mm) - viszonylag összetett konfigurációjú vagy hosszú elektródákkal rendelkező szerkezetekben (magasabb feszültségosztályú hüvelyek, tápkábelek). A szigetelőszalag rétegei az elektródára tekerhetők átfedéssel vagy a szomszédos menetek közötti réssel.A papír tekercselése után a szigetelést vákuumban 100-120 ° C hőmérsékleten 0,1-100 Pa maradék nyomásig szárítják. A papírt ezután vákuum alatt jól gáztalanított olajjal impregnálják.

A papírral impregnált szigetelés papírhibája egy rétegre korlátozódik, és ismételten átfedik más rétegekkel. A rétegek közötti legvékonyabb rések és magában a papírban a nagyszámú mikropórus a vákuumszárítás során eltávolítja a levegőt és a nedvességet a szigetelésből, és az impregnálás során ezeket a réseket, pórusokat megbízhatóan kitöltik olajjal vagy más impregnáló folyadékkal.

A kondenzátor- és kábelpapírok homogén szerkezetűek és nagy kémiai tisztaságúak. A kondenzátorpapír a legvékonyabb és legtisztább. A transzformátorpapírokat perselyekben, áram- és feszültségváltókban, valamint teljesítménytranszformátorok hosszszigetelő elemeiben használják, autotranszformátorok és reaktorok.

Papírszigetelés impregnálására 110-500 kV-os erősáramú olajjal töltött kábelekben, alacsony viszkozitású olajjal vagy szintetikus kábelolajjal, valamint 35 kV-ig terjedő kábelekben - megnövelt viszkozitású olajjal töltött keverékekben.

Az impregnálás teljesítmény- és mérőtranszformátorokban és perselyekben történik transzformátor olaj… Teljesítménykondenzátorok kondenzátorolaj (ásványolaj), klórozott bifenilek vagy azok helyettesítői és ricinusolaj (impulzuskondenzátorokban) használata.

A kőolajkábel- és kondenzátorolajokat alaposabban finomítják, mint a transzformátorolajokat.

A klórozott bifenilek nagy relatív dielektromos állandóval, fokozott részleges kisülésekkel (PD) szembeni ellenállással és éghetetlenséggel rendelkeznek, mérgezőek és veszélyesek a környezetre. Ezért használatuk mértéke jelentősen lecsökken, környezetbarát folyadékokkal helyettesítik őket.

A teljesítménykondenzátorok dielektromos veszteségének csökkentése érdekében kombinált szigetelést alkalmaznak, amelyben a papírrétegeket polipropilén fóliarétegekkel váltják fel, ami egy nagyságrenddel kisebb, mint a kezeletlen papír. Az ilyen szigetelésnek nagyobb az elektromos szilárdsága.

A papírral impregnált szigetelés hátrányai az alacsony megengedett üzemi hőmérséklet (legfeljebb 90 ° C) és a gyúlékonyság.

Olajzáró (olajjal töltött) szigetelés (MBI).

Ez a szigetelés transzformátorolaj alapú. Biztosítja a szerkezet jó hűtését a spontán vagy kényszerített keringés miatt.

Az olajzáró szigetelés részét képezik a szilárd dielektromos anyagok is – elektromos karton, kábelpapír stb. Mechanikai szilárdságot biztosítanak a szerkezetnek, és az olajzáró szigetelés dielektromos szilárdságának növelésére szolgálnak. A terelőlemezek elektromos kartonból készülnek, az elektródákat pedig kábelpapír rétegekkel borítják. Az akadályok 30-50%-kal növelik az olajgáttal ellátott szigetelés dielektromos szilárdságát, a szigetelési rést számos keskeny csatornára osztva korlátozzák az elektródákhoz közeledő szennyező részecskék mennyiségét, és részt vesznek a kisülési folyamat megindításában.

Az olajzáró szigetelés elektromos szilárdságát növeli a komplex alakú elektródák vékony polimer réteggel való bevonása, az egyszerű alakú elektródák esetében pedig a papírszalag rétegekkel történő szigetelés.

Az olajzáró szigetelés gyártásának technológiája magában foglalja a szerkezet összeszerelését, vákuum alatti szárítást 100-120 ° C hőmérsékleten és vákuum alatti feltöltést (impregnálást) gáztalanított olajjal.

Az olajzáró szigetelés előnyei közé tartozik a viszonylag egyszerű tervezés és gyártástechnológia, a berendezés aktív részeinek (tekercsek, mágneses áramkörök) intenzív hűtése, valamint az üzem közbeni szigetelés minőségének helyreállításának lehetősége. a szerkezet szárításával és az olajcserével .

Az olajzáró szigetelés hátránya a papír-olaj szigetelésnél kisebb elektromos szilárdság, a szerkezet tűz- és robbanásveszélye, az üzem közbeni nedvesség elleni speciális védelem szükségessége.

Az olajszigetelő szigetelést fő szigetelésként használják 10-1150 kV névleges feszültségű transzformátorokban, autotranszformátorokban és magasabb feszültségosztályú reaktorokban.

A csillám alapú szigetelés B hőállósági osztályú (130 ° C-ig). A csillámnak nagyon nagy a dielektromos szilárdsága (az elektromos térnek a kristályszerkezethez viszonyított bizonyos orientációjánál), ellenáll a részleges kisüléseknek és nagyon ellenáll a hőnek. Ezeknek a tulajdonságoknak köszönhetően a csillám nélkülözhetetlen anyag a nagy forgógépek állórész tekercseinek szigeteléséhez. A fő kiindulási anyagok a csillámcsík vagy az üvegcsillámcsík.

A Micalenta csillámlapokból álló réteg, amely lakkal van összekötve egymással és speciális papírból vagy üvegszalagból készült szubsztrátummal. A Mikalentát úgynevezett komplex szigetelésben használják, melynek gyártási folyamata több réteg csillámszalag feltekercselését, bitumenes keverékkel történő impregnálását vákuummelegítéssel és préseléssel foglalja magában. Ezeket a műveleteket öt-hat rétegenként megismételjük, amíg el nem érjük a szükséges szigetelésvastagságot. Komplex szigetelést jelenleg a kis- és közepes méretű gépeknél alkalmaznak.

Az üvegcsillámcsíkokból és hőre keményedő impregnáló keverékekből történő szigetelés tökéletesebb.

A csillámszalag egy réteg 0,04 mm vastag csillámpapírból és egy vagy két réteg 0,04 mm vastag üvegszalagból áll. Az ilyen kompozíció kellően nagy mechanikai szilárdsággal rendelkezik (a szubsztrátumok miatt) és a fent említett csillámra jellemző tulajdonságokkal rendelkezik.

A hőre keményedő szigetelés készítéséhez csillámcsíkokat és epoxi- és poliésztergyanta alapú impregnáló készítményeket használnak, amelyek melegítéskor nem lágyulnak meg, megőrzik nagy mechanikai és elektromos szilárdságát. A hazánkban használt hőre keményedő szigetelés típusokat "csillám", "monolit", "monoterm" stb. A hőre keményedő szigetelést nagy turbók és hidrogenerátorok, motorok és szinkron kompenzátorok állórésztekercseiben használják 36 kV névleges feszültségig.

Ipari méretekben műanyag szigetelést használnak 220 kV-ig terjedő feszültségű tápkábelekben és impulzuskábelekben. A fő dielektromos anyag ezekben az esetekben az alacsony és nagy sűrűségű polietilén. Ez utóbbi jobb mechanikai tulajdonságokkal rendelkezik, de magasabb lágyulási hőmérséklete miatt kevésbé megmunkálható.

A kábel műanyag szigetelése szénnel töltött polietilénből készült félvezető pajzsok közé kerül. Az áramvezető vezetéken lévő árnyékolás, a polietilén szigetelés és a külső árnyékolás extrudálással (extrudálással) kerül felhordásra. Egyes típusú impulzuskábelek fluoroplasztikus szalagot használnak, míg egyes esetekben polivinil-kloridot használnak a kábelek védőburkolataként.

Gázszigetelés

Nagyfeszültségű szerkezetek gázszigetelésére szolgál SF6 gáz vagy kén-hexafluorid… Színtelen, szagtalan gáz a levegőnél körülbelül ötször nehezebb.Ez a legnagyobb szilárdságú az inert gázokhoz, például a nitrogénhez és a szén-dioxidhoz képest.

A tiszta SF6 gáz ártalmatlan, kémiailag inaktív, fokozott hőelvezető képességgel rendelkezik, és nagyon jó ívelnyomó közeg; nem ég és nem tartja fenn az égést. Az SF6 gáz dielektromos szilárdsága normál körülmények között körülbelül 2,5-szerese a levegőének.

Az SF6 gáz nagy dielektromos szilárdsága azzal magyarázható, hogy molekulái könnyen megkötik az elektronokat, stabil negatív ionokat képezve. Ezért az elektronok erős elektromos térben történő szaporodási folyamata, amely az elektromos kisülés kialakulásának alapja, nehézzé válik.

A nyomás növekedésével az SF6 gáz dielektromos szilárdsága a nyomással csaknem arányosan növekszik, és nagyobb lehet, mint a folyékony és néhány szilárd dielektrikumé. Az SF6 legmagasabb üzemi nyomását és ezáltal a legnagyobb dielektromos szilárdságát egy szigetelő szerkezetben korlátozza az SF6 cseppfolyósításának lehetősége alacsony hőmérsékleten, például az SF6 cseppfolyósítási hőmérséklete 0,3 MPa nyomáson -45 ° C 0,5 MPa-nál pedig -30 °C. Ilyen hőmérséklet a kikapcsolt kültéri berendezéseknél télen az ország számos részén lehetséges.

Öntött epoxi szigetelésből készült szigetelő tartószerkezetek SF6 gázzal kombinálva a feszültség alatt álló részek rögzítésére szolgálnak.

Az SF6 gázt megszakítókban, kábelekben és hermetikusan lezárt kapcsolóberendezésekben (GRU) használják 110 kV és annál nagyobb feszültségekhez, és nagyon ígéretes szigetelőanyag.

3000 ° C feletti hőmérsékleten az SF6 gáz bomlása szabad fluoratomok felszabadulásával kezdődhet.Gáznemű mérgező anyagok képződnek. Előfordulásuk valószínűsége fennáll bizonyos típusú kapcsolók esetében, amelyeket nagy rövidzárlati áramok leválasztására terveztek. Mivel a kapcsolók hermetikusan zártak, a mérgező gázok kibocsátása nem veszélyes a kezelőszemélyzetre és a környezetre, de a kapcsoló javítása és kinyitása során különleges óvintézkedéseket kell tenni.