Sähköasennusten sisäisen eristyksen päätyypit ja sähköiset ominaisuudet

Sähköasennusten sisäisen eristyksen yleiset ominaisuudet

Sisäeristyksellä tarkoitetaan eristävän rakenteen osia, joissa eristävänä väliaineena on nestemäisiä, kiinteitä tai kaasumaisia ​​eristeitä tai niiden yhdistelmiä, jotka eivät ole suorassa kosketuksessa ilmakehän kanssa.

Sisäilman eristyksen suosio tai tarve käyttää ulkoilman sijaan johtuu useista syistä.

Ensinnäkin sisäisillä eristysmateriaaleilla on huomattavasti korkeampi sähkölujuus (5-10 kertaa tai enemmän), mikä voi vähentää jyrkästi johtimien välisiä eristysetäisyyksiä ja pienentää laitteiston kokoa. Tämä on tärkeää taloudellisesta näkökulmasta.

Toiseksi sisäisen eristyksen yksittäiset elementit suorittavat johtojen mekaanisen kiinnityksen; nestemäiset dielektriset aineet parantavat joissakin tapauksissa merkittävästi koko rakenteen jäähdytysolosuhteita.

Korkeajänniterakenteiden sisäiset eristyselementit altistuvat käytön aikana voimakkaille sähköisille, lämpö- ja mekaanisille kuormituksille. Näiden vaikutusten vaikutuksesta eristeen dielektriset ominaisuudet huononevat, eristys "ikääntyy" ja menettää sähköisen lujuutensa.

Lämpövaikutuksia aiheuttavat lämmön vapautuminen laitteen aktiivisissa osissa (johtimissa ja magneettipiireissä) sekä dielektrisistä häviöistä itse eristyksessä. Korkeamman lämpötilan olosuhteissa eristeen kemialliset prosessit kiihtyvät merkittävästi, mikä johtaa sen ominaisuuksien asteittaiseen heikkenemiseen.

Mekaaniset kuormitukset ovat vaarallisia sisäiselle eristeelle, koska sen muodostaviin kiinteisiin eristeisiin voi ilmaantua mikrohalkeamia, joissa sitten voimakkaan sähkökentän vaikutuksesta tapahtuu osittaisia ​​purkauksia ja eristeen ikääntyminen kiihtyy.

Erityinen ulkoinen vaikutus sisäiseen eristeeseen aiheutuu kosketuksista ympäristöön ja eristeen saastumisen ja kosteuden mahdollisuudesta asennuksen vuotamisen yhteydessä. Eristeen kostuttaminen johtaa jyrkästi vuotovastuksen laskuun ja dielektristen häviöiden lisääntymiseen.

Eristyksen ominaisuudet dielektrisenä

Eristykselle on pääasiassa ominaista tasavirtavastus, dielektrinen häviö ja sähkölujuus. Sähköisesti vastaava eristyspiiri voidaan esittää kytkemällä kondensaattorit ja vastukset rinnakkain. Tässä suhteessa, kun eristykseen syötetään vakiojännite, sen virta pienenee eksponentiaalisesti ja mitattu resistanssiarvo kasvaa vastaavasti.Siitä saatu eristysresistanssin R vahvistettu arvo luonnehtii eristeen ulkoista saastumista ja kulkevien virtateiden läsnäoloa siinä. Lisäksi hydraatioeristystä voidaan luonnehtia myös kapasiteetin itseisarvolla ja sen muutoksen dynamiikalla.

Sähkölaitteiden sisäisen eristyksen tuhoutuminen

Korkeajännitevian sattuessa sisäinen eristys menettää dielektrisen lujuutensa kokonaan tai osittain. Suurin osa sisäeristetyypeistä kuuluu ei-palautettavien eristeiden ryhmään, jonka rikkoutuminen tarkoittaa peruuttamatonta rakenteen vaurioitumista, mikä tarkoittaa, että sisäisen eristeen dielektrisen lujuuden tulee olla suurempi kuin ulkoisella eristeellä, ts. sellaiselle tasolle, että viat suljetaan kokonaan pois koko käyttöiän ajan.

Sisäisten eristysvaurioiden peruuttamattomuus vaikeuttaa suuresti kokeellisen tiedon keräämistä uudentyyppisistä sisäeristyksistä ja äskettäin kehitetyistä suur- ja ultrakorkeajännitelaitteiden suurista eristerakenteista. Loppujen lopuksi jokaisen suuren ja kalliin eristeen pala voidaan testata epäonnistumisen varalta vain kerran.

Eristeet, joita käytetään sähkölaitteiden sisäiseen eristykseen

DielektrisetKorkeajännitteisen sisäisen eristeen valmistukseen käytettävillä laitteilla on oltava korkeiden sähköisten, lämpöfysikaalisten ja mekaanisten ominaisuuksien kompleksi ja niillä on oltava: vaadittu dielektrinen lujuus sekä eristysrakenteen vaaditut lämpö- ja mekaaniset ominaisuudet, joiden mitat vastaavat koko laitoksen korkeat tekniset ja taloudelliset indikaattorit.

Dielektristen materiaalien tulee myös:

• niillä on hyvät teknologiset ominaisuudet, ts. on sovelluttava suuritehoisiin sisäisiin eristysprosesseihin;

• täyttää ympäristövaatimukset, ts. ne eivät saa sisältää tai muodostaa myrkyllisiä aineita käytön aikana, ja kun koko resurssi on käytetty, ne on prosessoitava tai tuhottava ympäristöä saastuttamatta;

• olla niukka ja hinta on sellainen, että eristysrakenne on taloudellisesti kannattava.

Joissakin tapauksissa yllä oleviin vaatimuksiin voidaan lisätä muita vaatimuksia tietyntyyppisten laitteiden erityispiirteiden vuoksi. Esimerkiksi tehokondensaattorien materiaaleilla on oltava suurempi dielektrisyysvakio; materiaalit jakelukammioihin — korkea kestävyys lämpöiskuja ja sähkökaareja vastaan.

Pitkäaikainen käytäntö erilaisten suurjännitelaitteiden luomisessa ja käytössä osoittaa, että monissa tapauksissa koko vaatimuskokonaisuus täyttyy parhaiten, kun sisäeristeen osana käytetään useiden materiaalien yhdistelmää, joka täydentää toisiaan ja suorittaa hieman erilaisia ​​tehtäviä. .

Siten vain kiinteät dielektriset materiaalit tarjoavat eristävän rakenteen mekaanisen lujuuden; niillä on yleensä suurin dielektrinen lujuus. Osat, jotka on valmistettu kiinteästä eristeestä, jolla on korkea mekaaninen lujuus, voivat toimia johtojen mekaanisena ankkurina.

Vahvat kaasut ja nestemäiset dielektriset aineet täyttävät helposti minkä tahansa kokoonpanon eristysraot, mukaan lukien pienimmät raot, huokoset ja halkeamat, mikä lisää merkittävästi eristelujuutta erityisesti pitkällä aikavälillä.

Nestemäisten eristeiden käyttö mahdollistaa joissain tapauksissa jäähdytysolosuhteiden merkittävän parantamisen eristysnesteen luonnollisen tai pakotetun kierron ansiosta.

Sisäeristystyypit ja niiden valmistukseen käytetyt materiaalit.

Suurjänniteasennuksissa ja sähköjärjestelmän laitteissa käytetään useita eristystyyppejä. Yleisimmät ovat paperikyllästetty (paperiöljy) eristys, öljysulkueristys, kiillepohjainen eristys, muovi ja kaasu.

Näillä lajikkeilla on tiettyjä etuja ja haittoja, ja niillä on omat käyttöalueet. Niillä on kuitenkin joitain yhteisiä ominaisuuksia:

• dielektrisen lujuuden riippuvuuden monimutkaisuus jännitteelle altistumisen kestosta;

• useimmissa tapauksissa peruuttamaton tuhoutuminen purkamalla;

• vaikutus käyttäytymiseen käytön aikana mekaanisten, termisten ja muiden ulkoisten vaikutusten osalta;

• useimmissa tapauksissa alttius ikääntymiselle.

Kyllästetty paperieristys (BPI)

Lähtöaineet ovat erityisiä sähköeristyspapereita ja mineraaliöljyjä (maaöljy) tai synteettisiä nestemäisiä eristeitä.

Paperilla kyllästetty eristys perustuu paperikerroksiin. Rullakyllästettyä paperieristystä (rullan leveys enintään 3,5 m) käytetään tehokondensaattorien osissa ja holkeissa (holkeissa); nauha (nauhan leveys 20 - 400 mm) - rakenteissa, joissa on suhteellisen monimutkaiset tai pitkät elektrodit (korkeampien jänniteluokkien hihat, virtakaapelit). Teippieristyskerroksia voidaan kääriä elektrodille limittäin tai vierekkäisten kierrosten väliin.Paperin käämityksen jälkeen eriste kuivataan tyhjössä 100-120 °C:n lämpötilassa jäännöspaineeseen 0,1-100 Pa. Sitten paperi kyllästetään tyhjössä öljyllä, josta on poistettu kaasut.

Paperikyllästetyn eristeen paperivirhe rajoittuu yhteen kerrokseen ja toistuvasti päällekkäin muiden kerrosten kanssa. Tyhjiökuivauksen aikana ohuimmat kerrosten väliset raot ja suuri määrä itse paperissa olevia mikrohuokosia poistavat eristeestä ilmaa ja kosteutta, ja impregnoinnin aikana nämä raot ja huokoset täytetään luotettavasti öljyllä tai muulla kyllästysnesteellä.

Kondensaattori- ja kaapelipapereilla on homogeeninen rakenne ja korkea kemiallinen puhtaus. Kondensaattoripaperit ovat ohuimpia ja puhtaimpia. Muuntajapapereita käytetään läpiviennissä, virta- ja jännitemuuntajissa sekä tehomuuntajien pitkittäiseristyselementeissä, automuuntajat ja reaktorit.

Paperieristeen kyllästämiseen voimaöljytäytteisissä kaapeleissa 110-500 kV, alhaisen viskositeetin öljyllä tai synteettisillä kaapeliöljyillä ja kaapeleissa 35 kV asti - öljytäytteisissä seoksissa, joiden viskositeetti on korkea.

Kyllästäminen suoritetaan teho- ja mittausmuuntajissa ja holkeissa muuntaja öljyä… Tehokondensaattorien käyttö kondensaattoriöljyn (maaöljy), kloorattujen bifenyylien tai niiden korvikkeiden ja risiiniöljyn käyttö (impulssikondensaattorissa).

Öljykaapeli- ja kondensaattoriöljyt ovat perusteellisemmin jalostettuja kuin muuntajaöljyt.

Klooratut bifenyylit, joilla on korkea suhteellinen dielektrisyysvakio, lisääntynyt osittaispurkausten vastustuskyky (PD) ja palamattomuus, ovat myrkyllisiä ja vaarallisia ympäristölle. Siksi niiden käytön laajuus vähenee jyrkästi, ne korvataan ympäristöystävällisillä nesteillä.

Tehokondensaattorien dielektristen häviöiden vähentämiseksi käytetään yhdistettyä eristystä, jossa paperikerrokset vuorottelevat polypropeenikalvokerrosten kanssa, joka on suuruusluokkaa pienempi kuin käsittelemätön paperi. Tällaisella eristyksellä on suurempi sähkölujuus.

Paperilla kyllästetyn eristeen haittoja ovat alhainen sallittu käyttölämpötila (enintään 90 °C) ja syttyvyys.

Öljysulku (öljytäytteinen) eristys (MBI).

Tämä eristys perustuu muuntajaöljyyn. Se varmistaa rakenteen hyvän jäähdytyksen spontaanin tai pakkokierron vuoksi.

Kiinteät dielektriset materiaalit ovat myös osa öljysulkueristystä - sähköpahvi, kaapelipaperi jne. Ne antavat rakenteelle mekaanista lujuutta ja niitä käytetään lisäämään öljysulkueristeen dielektristä lujuutta. Ohjauslevyt on valmistettu sähköpahvista ja elektrodit on päällystetty kerroksilla kaapelipaperia. Esteet lisäävät öljysulkulla varustetun eristeen dielektristä lujuutta 30-50%, jakamalla eristysraon useisiin kapeisiin kanaviin, ne rajoittavat epäpuhtaushiukkasten määrää, jotka voivat lähestyä elektrodeja ja osallistua purkausprosessin käynnistämiseen.

Öljysulkueristeen sähköistä lujuutta lisätään peittämällä monimutkaiset elektrodit ohuella kerroksella polymeerimateriaalia ja yksinkertaisen muotoisten elektrodien tapauksessa eristämällä paperiteippikerroksilla.

Öljysululla varustetun eristeen valmistustekniikka sisältää rakenteen kokoamisen, kuivauksen tyhjiössä 100-120 °C:n lämpötilassa ja täytön (kyllästyksen) tyhjiössä kaasuttomalla öljyllä.

Öljysulkueristeen etuja ovat sen suunnittelun ja valmistustekniikan suhteellinen yksinkertaisuus, laitteiden aktiivisten osien (käämit, magneettipiirit) intensiivinen jäähdytys sekä mahdollisuus palauttaa eristyksen laatu käytön aikana. kuivaamalla rakenne ja vaihtamalla öljy .

Öljysululla varustetun eristyksen haittoja ovat paperiöljyeristystä alhaisempi sähkölujuus, rakenteen palo- ja räjähdysvaara, erityisen kosteussuojan tarve käytön aikana.

Öljyeristeeristystä käytetään pääeristeenä tehomuuntajissa, joiden nimellisjännite on 10 - 1150 kV, automuuntajissa ja reaktoreissa, joissa on korkeampi jänniteluokka.

Kiillepohjaisella eristeellä on lämmönkestävyysluokka B (jopa 130 ° C). Kiillellä on erittäin korkea dielektrinen lujuus (tietyssä sähkökentän suunnassa suhteessa kiderakenteeseen), se kestää osittaisia ​​purkauksia ja kestää hyvin lämpöä. Näiden ominaisuuksien ansiosta kiille on korvaamaton materiaali suurten pyörivien koneiden staattorikäämien eristämiseen. Tärkeimmät lähtöaineet ovat kiillenauha tai lasikiillenauha.

Micalenta on kerros kiillelevyjä, jotka on liitetty lakalla toisiinsa ja erikoispaperista tai lasiteipistä valmistetulla alustalla. Mikalentaa käytetään ns. kompleksieristeessä, jonka valmistusprosessiin kuuluu useiden kiilleteippikerrosten käämitys, kyllästäminen bitumiyhdisteellä tyhjiökuumennuksen alaisena ja puristaminen. Nämä toimenpiteet toistetaan viiden tai kuuden kerroksen välein, kunnes vaadittu eristeen paksuus on saavutettu. Pienissä ja keskikokoisissa koneissa käytetään tällä hetkellä monimutkaista eristystä.

Eristys lasikiilleliuskoista ja lämpökovettuvista kyllästysaineista on täydellisempää.

Kiilleteippi koostuu yhdestä kerroksesta 0,04 mm paksua kiillepaperia ja yhdestä tai kahdesta kerroksesta 0,04 mm paksuista lasiteippiä. Tällaisella koostumuksella on riittävän korkea mekaaninen lujuus (substraateista johtuen) ja edellä mainitut kiillelle ominaiset ominaisuudet.

Kiilleliuskoja ja epoksi- ja polyesterihartseihin perustuvia kyllästysseoksia käytetään lämpökovettuvan eristeen valmistukseen, joka ei pehmene kuumennettaessa, säilyttää korkean mekaanisen ja sähköisen lujuuden. Maassamme käytettyjä lämpökovettuvia eristystyyppejä kutsutaan "kiilleksi", "monoliitiksi", "monotermiksi" jne. Lämpökovettuvaa eristystä käytetään suurten turbojen ja vesigeneraattoreiden, moottoreiden ja synkronisten kompensaattoreiden staattorikäämeissä, joiden nimellisjännite on enintään 36 kV.

Teollisessa mittakaavassa muovieristystä käytetään tehokaapeleissa aina 220 kV:iin asti ja impulssikaapeleissa. Pääasiallinen dielektrinen materiaali näissä tapauksissa on matala- ja korkeatiheyksinen polyeteeni. Jälkimmäisellä on paremmat mekaaniset ominaisuudet, mutta se on vähemmän koneistettavissa korkeamman pehmenemislämpötilansa ansiosta.

Kaapelin muovieriste on kerrostettu hiilitäytteisestä polyeteenistä valmistettujen puolijohtavien suojavaippaiden väliin. Virtaa johtavan langan suojus, polyeteenieristys ja ulkosuojus levitetään ekstruusiolla (ekstruusio). Joissakin impulssikaapeleissa käytetään fluoroplastista teippiä, joissain tapauksissa polyvinyylikloridia käytetään suojavaippaina.

Kaasueristys

Sitä käytetään kaasueristykseen korkeajänniterakenteissa SF6-kaasu tai rikkiheksafluoridi… Se on väritön, hajuton kaasu, noin viisi kertaa ilmaa raskaampi.Sillä on suurin lujuus verrattuna inertteihin kaasuihin, kuten typpeen ja hiilidioksidiin.

Puhdas SF6-kaasu on vaaratonta, kemiallisesti inaktiivista, sillä on lisääntynyt lämmönpoistokyky ja se on erittäin hyvä valokaaren vaimennusaine; ei pala tai ylläpidä palamista. SF6-kaasun dielektrinen lujuus normaaleissa olosuhteissa on noin 2,5 kertaa ilman.

SF6-kaasun korkea dielektrinen lujuus selittyy sillä, että sen molekyylit sitovat helposti elektroneja muodostaen stabiileja negatiivisia ioneja. Siksi elektronien lisääntymisprosessi vahvassa sähkökentässä, joka on perusta sähköpurkauksen kehittymiselle, tulee vaikeaksi.

Paineen kasvaessa SF6-kaasun dielektrinen lujuus kasvaa lähes suhteessa paineeseen ja voi olla korkeampi kuin nestemäisten ja joidenkin kiinteiden eristeiden. SF6:n korkeinta käyttöpainetta ja siten korkeinta dielektristä lujuutta eristävässä rakenteessa rajoittaa SF6:n nesteytymismahdollisuus matalissa lämpötiloissa, esimerkiksi SF6:n nesteytyslämpötila 0,3 MPa:n paineessa on -45 °C ja 0,5 MPa:ssa se on -30 °C. Tällaiset lämpötilat sammutetuille ulkovarusteille ovat täysin mahdollisia talvella monissa osissa maata.

Valetusta epoksieristeestä valmistettuja eristäviä tukirakenteita käytetään jännitteisten osien kiinnittämiseen yhdessä SF6-kaasun kanssa.

SF6-kaasua käytetään katkaisijoissa, kaapeleissa ja hermeettisesti suljetuissa kytkinlaitteissa (GRU) 110 kV:n ja sitä suuremmille jännitteille, ja se on erittäin lupaava eristysmateriaali.

Yli 3000 °C:n lämpötiloissa SF6-kaasun hajoaminen voi alkaa vapaiden fluoriatomien vapautumisella.Muodostuu kaasumaisia ​​myrkyllisiä aineita. Niiden esiintymisen todennäköisyys on olemassa tietyntyyppisille kytkimille, jotka on suunniteltu katkaisemaan suuria oikosulkuvirtoja. Koska kytkimet ovat hermeettisesti suljettuja, myrkyllisten kaasujen vapautuminen ei ole vaarallista käyttöhenkilöstölle ja ympäristölle, mutta kytkimen korjauksessa ja avaamisessa on noudatettava erityisiä varotoimia.