Els principals tipus i característiques elèctriques de l'aïllament interior de les instal·lacions elèctriques

Propietats generals de l'aïllament interior de les instal·lacions elèctriques

L'aïllament intern fa referència a les parts de l'estructura aïllant en què el medi aïllant són dielèctrics líquids, sòlids o gasosos o les seves combinacions, que no tenen contacte directe amb l'aire atmosfèric.

La conveniència o la necessitat d'utilitzar l'aïllament interior en lloc de l'aire ambiental es deu a una sèrie de raons.

En primer lloc, els materials d'aïllament intern tenen una força elèctrica significativament més alta (5-10 vegades o més), que pot reduir dràsticament les distàncies d'aïllament entre els cables i reduir la mida de l'equip. Això és important des del punt de vista econòmic.

En segon lloc, els elements individuals de l'aïllament intern fan la funció de fixació mecànica dels cables; Els dielèctrics líquids en alguns casos milloren significativament les condicions de refrigeració de tota l'estructura.

Els elements aïllants interns en estructures d'alta tensió durant el funcionament estan exposats a fortes càrregues elèctriques, tèrmiques i mecàniques. Sota la influència d'aquestes influències, les propietats dielèctriques de l'aïllament es deterioren, l'aïllament "envelleix" i perd la seva resistència elèctrica.

Els efectes tèrmics són provocats per l'alliberament de calor a les parts actives de l'equip (en cables i circuits magnètics) així com per pèrdues dielèctriques en el propi aïllament. En condicions d'augment de la temperatura, els processos químics de l'aïllament s'acceleren significativament, la qual cosa condueix a un deteriorament gradual de les seves propietats.

Les càrregues mecàniques són perilloses per a l'aïllament intern, perquè poden aparèixer microesquerdes en els dielèctrics sòlids que el componen, on aleshores, sota la influència d'un fort camp elèctric, es produiran descàrregues parcials i l'envelliment de l'aïllament s'accelerarà.

Una forma especial d'influència externa sobre l'aïllament intern és causada pels contactes amb l'entorn i la possibilitat de contaminació i humitat de l'aïllament en cas de fuites de la instal·lació. La humectació de l'aïllament comporta una forta disminució de la resistència a les fuites i un augment de les pèrdues dielèctriques.

Propietats de l'aïllament com a dielèctric

L'aïllament es caracteritza principalment per la resistència DC, la pèrdua dielèctrica i la força elèctrica. El circuit d'aïllament elèctricament equivalent es pot representar connectant condensadors i resistències en paral·lel. En aquest sentit, quan s'aplica una tensió constant a l'aïllament, el corrent disminueix exponencialment i el valor de la resistència mesurada augmenta en conseqüència.El valor establert de la resistència d'aïllament R a partir d'ella caracteritza la contaminació externa de l'aïllament i la presència de camins de corrent de pas en ell. A més, l'aïllament d'hidratació també es pot caracteritzar pel valor absolut de la capacitat i la dinàmica del seu canvi.

Destrucció de l'aïllament intern dels equips elèctrics

En cas de fallada d'alta tensió, l'aïllament intern perd totalment o parcialment la seva rigidesa dielèctrica. La majoria dels tipus d'aïllament intern pertanyen al grup dels aïllaments no recuperables, la ruptura dels quals suposa un dany irreversible a l'estructura, això vol dir que l'aïllament intern ha de tenir una rigidesa dielèctrica superior a l'aïllament extern, és a dir. de tal manera que les fallades queden totalment excloses durant tota la vida útil.

La irreversibilitat dels danys a l'aïllament intern complica enormement l'acumulació de dades experimentals per a nous tipus d'aïllament intern i per a estructures d'aïllament grans de nova creació d'equips d'alta i ultraalta tensió. Després de tot, cada peça d'aïllament gran i car només es pot provar una vegada.

Dielèctrics utilitzats per produir aïllament intern d'equips elèctrics

DielèctricsEls equips utilitzats per a la producció d'aïllament intern d'alta tensió han de posseir un complex d'elevades propietats elèctriques, termofísiques i mecàniques i proporcionar: el nivell de rigidesa dielèctrica requerit, així com les característiques tèrmiques i mecàniques requerides de l'estructura aïllant amb unes dimensions que compleixin els alts indicadors tècnics i econòmics de tota la instal·lació en el seu conjunt.

Els materials dielèctrics també han de:

• tenen bones propietats tecnològiques, és a dir. ha de ser adequat per a processos d'aïllament intern d'alt rendiment;

• complir els requisits ambientals, és a dir. no han de contenir ni formar productes tòxics durant l'operació, i un cop esgotat tot el recurs, han de ser processats o destruïts sense contaminar el medi ambient;

• no escassejar i tenir un preu tal que l'estructura d'aïllament sigui viable econòmicament.

En alguns casos, es poden afegir altres requisits als requisits anteriors a causa de les especificitats d'un tipus particular d'equip. Per exemple, els materials per als condensadors de potència han de tenir una constant dielèctrica augmentada; materials per a cambres de distribució: alta resistència als xocs tèrmics i arcs elèctrics.

La pràctica a llarg termini de crear i operar diversos equips d'alta tensió demostra que, en molts casos, tot el conjunt de requisits es satisfà millor quan s'utilitza una combinació de diversos materials com a part de l'aïllament intern, complementant-se i realitzant funcions lleugerament diferents. .

Així, només els materials dielèctrics sòlids proporcionen la resistència mecànica de l'estructura aïllant; solen tenir la rigidesa dielèctrica més alta. Les peces fetes d'un dielèctric sòlid amb alta resistència mecànica poden actuar com a ancoratge mecànic per als cables.

Els gasos d'alta resistència i els dielèctrics líquids omplen fàcilment els buits d'aïllament de qualsevol configuració, inclosos els buits més petits, els porus i les esquerdes, augmentant així significativament la rigidesa dielèctrica, especialment a llarg termini.

L'ús de dielèctrics líquids permet en alguns casos millorar notablement les condicions de refrigeració a causa de la circulació natural o forçada del líquid aïllant.

Tipus d'aïllament interior i materials utilitzats per a la seva producció.

S'utilitzen diversos tipus d'aïllament intern en instal·lacions d'alta tensió i equips de sistemes elèctrics. Els més comuns són l'aïllament impregnat de paper (paper-oli), l'aïllament de barrera d'oli, l'aïllament a base de mica, el plàstic i el gas.

Aquestes varietats tenen certs avantatges i inconvenients i tenen els seus propis àmbits d'aplicació. Tanmateix, comparteixen algunes propietats comunes:

• la naturalesa complexa de la dependència de la rigidesa dielèctrica de la durada de l'exposició a la tensió;

• en la majoria dels casos, destrucció irreversible per demolició;

• influència en el comportament durant el funcionament d'influències mecàniques, tèrmiques i altres influències externes;

• en la majoria dels casos una predisposició a l'envelliment.

Aïllament de paper impregnat (BPI)

Els materials de partida són papers especials aïllants elèctrics i olis minerals (petroli) o dielèctrics líquids sintètics.

L'aïllament impregnat de paper es basa en capes de paper. L'aïllament de paper impregnat en rotlle (amplada de rotlle de fins a 3,5 m) s'utilitza en seccions de condensadors de potència i en casquilles (manguigues); cinta (ample de la cinta de 20 a 400 mm) - en estructures amb elèctrodes de configuració relativament complexa o llarga durada (mànigues de classes de tensió més altes, cables d'alimentació). Les capes d'aïllament de cinta es poden enrotllar a l'elèctrode amb una superposició o amb un espai entre girs adjacents.Després d'enrotllar el paper, l'aïllament s'asseca al buit a una temperatura de 100-120 ° C a una pressió residual de 0,1-100 Pa. A continuació, s'impregna el paper amb oli ben desgasificat al buit.

Un defecte de paper en l'aïllament impregnat de paper es limita a una capa i es solapa repetidament amb altres capes. Els buits més prims entre les capes i un gran nombre de microporus del mateix paper durant l'assecat al buit eliminen l'aire i la humitat de l'aïllament, i durant la impregnació, aquests buits i porus s'omplen de manera fiable amb oli o un altre líquid impregnant.

Els papers de condensadors i cables tenen una estructura homogènia i una gran puresa química. Els papers de condensador són els més prims i purs. Els papers de transformador s'utilitzen en casquilles, transformadors de corrent i tensió, així com en elements d'aïllament longitudinals de transformadors de potència, autotransformadors i reactors.

Per a la impregnació d'aïllament de paper en cables de potència plens d'oli de 110-500 kV, amb oli de baixa viscositat o olis de cable sintètics, i en cables de fins a 35 kV: mescles plenes d'oli amb viscositat augmentada.

La impregnació es realitza en transformadors i casquilles de potència i mesura oli del transformador… Ús de condensadors de potència oli de condensadors (petroli), bifenils clorats o els seus substituts i oli de ricí (en condensadors d'impuls).

Els olis de cable i condensadors de petroli estan més refinats que els olis de transformadors.

Els bifenils clorats que posseeixen una elevada constant dielèctrica relativa, una major resistència a les descàrregues parcials (PD) i la incombustibilitat, són tòxics i perillosos per al medi ambient. Per tant, l'escala del seu ús es redueix dràsticament, es substitueixen per líquids respectuosos amb el medi ambient.

Per reduir les pèrdues dielèctriques en els condensadors de potència, s'utilitza un aïllament combinat, en el qual les capes de paper s'alternen amb capes de pel·lícula de polipropilè, que és un ordre de magnitud més petit que el paper no tractat. Aquest aïllament té una major resistència elèctrica.

Els desavantatges de l'aïllament impregnat amb paper són la baixa temperatura de funcionament admissible (no més de 90 ° C) i la inflamabilitat.

Aïllament de barrera d'oli (ompliment d'oli) (MBI).

Aquest aïllament es basa en oli de transformador. Assegura un bon refredament de l'estructura per circulació espontània o forçada.

Els materials dielèctrics sòlids també formen part de l'aïllament de la barrera del petroli: cartró elèctric, paper de cable, etc. Proporcionen resistència mecànica a l'estructura i s'utilitzen per augmentar la rigidesa dielèctrica de l'aïllament de la barrera d'oli. Els deflectors estan fets de cartró elèctric i els elèctrodes estan coberts amb capes de paper de cable. Les barreres augmenten la rigidesa dielèctrica de l'aïllament amb una barrera d'oli en un 30-50%, dividint la bretxa d'aïllament en una sèrie de canals estrets, limiten la quantitat de partícules d'impureses que poden apropar-se als elèctrodes i participar en l'inici del procés de descàrrega.

La força elèctrica de l'aïllament de la barrera d'oli s'incrementa cobrint els elèctrodes de forma complexa amb una fina capa de material polimèric i, en el cas dels elèctrodes de forma senzilla, aïllant amb capes de cinta de paper.

La tecnologia per a la producció d'aïllament amb una barrera d'oli inclou el muntatge de l'estructura, l'assecat al buit a una temperatura de 100-120 ° C i l'ompliment (impregnació) al buit amb oli desgasificat.

Els avantatges de l'aïllament de la barrera d'oli inclouen la relativa simplicitat del disseny i la tecnologia de la seva producció, el refredament intensiu de les parts actives de l'equip (bobinats, circuits magnètics), així com la possibilitat de restaurar la qualitat de l'aïllament durant el funcionament. assecant l'estructura i canviant l'oli.

Els desavantatges de l'aïllament amb una barrera d'oli són la menor resistència elèctrica que l'aïllament d'oli de paper, el perill d'incendi i explosió de l'estructura, la necessitat d'una protecció especial contra la humitat durant el funcionament.

L'aïllament d'oli s'utilitza com a aïllament principal en transformadors de potència amb una tensió nominal de 10 a 1150 kV, en autotransformadors i reactors amb classes de tensió superiors.

L'aïllament a base de mica té classe de resistència a la calor B (fins a 130 ° C). La mica té una rigidesa dielèctrica molt elevada (a una certa orientació del camp elèctric en relació amb l'estructura cristal·lina), és resistent a les descàrregues parcials i és molt resistent a la calor. Gràcies a aquestes propietats, la mica és un material indispensable per aïllar els bobinatges de l'estator de grans màquines rotatives. Els principals materials de partida són la tira de mica o la tira de mica de vidre.

La micalenta és una capa de plaques de mica connectades amb vernís entre si i amb un substrat fet de paper especial o cinta de vidre. Mikalenta s'utilitza en l'anomenat aïllament complex, el procés de producció del qual inclou l'enrotllament de diverses capes de cinta de mica, la impregnació amb un compost bituminós amb calefacció al buit i premsat. Aquestes operacions es repeteixen cada cinc o sis capes fins a obtenir el gruix d'aïllament requerit. L'aïllament complex s'utilitza actualment en màquines petites i mitjanes.

L'aïllament de tires de mica de vidre i compostos d'impregnació termoestables és més perfecte.

La cinta de mica consta d'una capa de paper de mica de 0,04 mm de gruix i una o dues capes de cinta de vidre de 0,04 mm de gruix. Aquesta composició té una resistència mecànica prou alta (a causa dels substrats) i les qualitats esmentades anteriorment característiques de la mica.

Les tires de mica i les composicions impregnants a base de resines epoxi i polièster s'utilitzen per fer un aïllament termoestabl, que no s'estova quan s'escalfa, conserva una gran resistència mecànica i elèctrica. Els tipus d'aïllament termoestables utilitzats al nostre país s'anomenen "mica", "monòlit", "monoterm", etc. L'aïllament termoendurible s'utilitza en els bobinats de l'estator de grans turbos i hidrogeneradors, motors i compensadors síncrons amb una tensió nominal de fins a 36 kV.

L'aïllament plàstic a escala industrial s'utilitza en cables d'alimentació per a tensions de fins a 220 kV i en cables d'impuls. El principal material dielèctric en aquests casos és el polietilè de baixa i alta densitat. Aquest últim té millors propietats mecàniques però és menys mecanitzable a causa de la seva temperatura més alta de suavització.

L'aïllament de plàstic del cable està entrepans entre blindatges semiconductors fets de polietilè ple de carboni. La pantalla del cable portador de corrent, l'aïllament de polietilè i l'escut exterior s'apliquen per extrusió (extrusió). Alguns tipus de cables d'impuls utilitzen capes intercalades de cinta fluoroplàstica.En alguns casos, el clorur de polivinil s'utilitza per a les cobertes protectores dels cables.

Aïllament de gas

S'utilitza per realitzar aïllaments de gas en estructures d'alta tensió Gas SF6 o hexafluorur de sofre... És un gas incolor i inodor unes cinc vegades més pesat que l'aire.Té la major resistència en comparació amb els gasos inerts com el nitrogen i el diòxid de carboni.

El gas SF6 pur és inofensiu, químicament inactiu, ha augmentat la capacitat de dissipació de calor i és un molt bon mitjà de supressió d'arc; no crema ni manté la combustió. La rigidesa dielèctrica del gas SF6 en condicions normals és aproximadament 2,5 vegades la de l'aire.

L'alta rigidesa dielèctrica del gas SF6 s'explica pel fet que les seves molècules s'uneixen fàcilment als electrons, formant ions negatius estables. Per tant, el procés de multiplicació d'electrons en un camp elèctric fort, que és la base per al desenvolupament d'una descàrrega elèctrica, es fa difícil.

A mesura que augmenta la pressió, la rigidesa dielèctrica del gas SF6 augmenta gairebé proporcionalment a la pressió i pot ser superior a la del líquid i d'alguns dielèctrics sòlids. La pressió de funcionament més alta i, per tant, el nivell més alt de rigidesa dielèctrica de l'SF6 en una estructura aïllant està limitada per la possibilitat de liqüefacció de l'SF6 a baixes temperatures, per exemple, la temperatura de liqüefacció de l'SF6 a una pressió de 0,3 MPa és de -45 ° C. i a 0,5 MPa és de -30 ° C. Aquestes temperatures per a equips exteriors apagats són molt possibles a l'hivern a moltes parts del país.

Les estructures de suport aïllants fetes d'aïllament epoxi fos s'utilitzen per assegurar les peces actives en combinació amb gas SF6.

El gas SF6 s'utilitza en interruptors automàtics, cables i aparells segellats hermèticament (GRU) per a tensions de 110 kV i superiors i és un material aïllant molt prometedor.

A temperatures superiors a 3000 ° C, la descomposició del gas SF6 pot començar amb l'alliberament d'àtoms de fluor lliures.Es formen substàncies tòxiques gasoses. La probabilitat que es produeixin existeix per a alguns tipus d'interruptors dissenyats per desconnectar grans corrents de curtcircuit. Com que els interruptors estan tancats hermèticament, l'alliberament de gasos tòxics no és perillós per al personal operatiu i el medi ambient, però s'han de prendre precaucions especials en reparar i obrir l'interruptor.