«Из курса лекций по технике высоких напряжений»

Основные виды и электрические характеристики

внутренней изоляции электроустановок.

Глава 8. Общие свойства внутренней изоляции.

8.1. Определение понятия внутренней изоляции

Внутренней изоляцией называют те элементы или участки электроизоляционной конструкции или системы электрической изоляции установки, в пределах которых изоляционные промежутки между проводниками заполнены газообразными, жидкими или твердыми диэлектрическими материалами или их комбинацией, но не атмосферным воздухом. Изоляционные промежутки в атмосферном воздухе составляют внешнюю изоляцию.

Чтобы пояснить смысл приведенного выше определения, рассмотрим конструкцию, схематически показанную на рис. 8.1 – ввод высокого напряжения внутри металлического заземленного корпуса, заполненного жидким диэлектриком или газом. На заземленной стенке корпуса 1 установлен ввод (проходной изолятор), состоящий из заземленного фланца 2, токоведущего стержня 3, находящегося под высоким напряжением, и изоляционного тела 4, выполненного из диэлектрических материалов.

Рис.8.1 .Ввод высокого напряжения

В конструкции, показанной на рис. 8.1 , в состав внутренней изоляции входят: изоляционное тело 4, промежуток в масле вдоль поверхности его нижней части, а также промежуток в масле между проводником 6 и стенкой 1. К внешней изоляции этой конструкции относятся: промежуток в атмосферном воздухе между шиной 5 и стенкой 1 и промежуток в воздухе вдоль поверхности верхней части ввода.

В рассмотренном примере структура внутренней изоляции достаточно проста. В реальных установках высокого напряжения она может быть значительно сложнее и включать в себя ряд различных по конструкции, условиям работы и характеристикам участков изоляции. Однако всем видам внутренней изоляции присущи некоторые общие свойства, которые отличают их от внешней изоляции. Эти свойства внутренней изоляции связаны с особенностями твердых и жидких материалов.

Целесообразность или необходимость применения в установках высокого напряжения твердых, жидких или специальных газообразных диэлектрических материалов обусловлена рядом причин. Во-первых, эти материалы обладают значительно более высокой электрической прочностью, чем атмосферный воздух (в 5–10 раз и более), что позволяет резко сократить изоляционное расстояние между проводниками. Это обстоятельство имеет принципиально важное значение для создания установок с высокими технико–экономическими показателями. Во–вторых, внутренняя изоляция или ее отдельные элементы выполняет функцию механического крепления проводников, находящихся под напряжением. Эту функцию могут выполнять только детали из твердого диэлектрика, обладающего механической прочностью. Наконец, через внутреннюю изоляцию всегда осуществляется отвод тепла, выделяющегося при прохождении рабочих токов. Использование жидких диэлектриков позволяет в ряде случаев значительно улучшить условия охлаждения за счет естественной или принудительной циркуляции изоляционной жидкости.

Внутреннюю изоляцию объединяют некоторые общие свойства:

- сложный характер зависимости электрической прочности от длительности воздействия напряжения;

- в большинстве случаев необратимость разрушения при пробое;

- влияние на поведение в эксплуатации механических, тепловых и других внешних воздействий.

Эти общие свойства имеют большое практическое значение и определяют общность методов исследования и проектирования внутренней изоляции различных видов оборудования энергосистем.

Изоляция, обладающая способностью после пробоя и быстрого отключения от источника напряжения за короткое время полностью восстановить электрическую прочность, называется самовосстанавливающейся. К такой изоляции относятся воздушные промежутки, входящие в состав внешней изоляции установок высокого напряжения, а также некоторые виды внутренней изоляции: жидкая, газовая и вакуумная. Здесь необходимо отметить следующее обстоятельство. Использование жидкой, газовой и вакуумной изоляции предполагает, как правило, наличие герметичных конструкций, а при пробое изоляции образуются твердые, жидкие и газообразные продукты разряда, которые в значительной степени могут снижать электрическую прочность и срок службы данной электроустановки, поэтому процесс самовостановления изоляции, в некоторой степени, условный. Однако большинство видов внутренней изоляции принадлежит к группе несамовосстанавливающейся изоляции, пробой которой означает необратимое повреждение конструкции.

Пробой внутренней изоляции, содержащей твердые диэлектрические материалы, как правило, влечет за собой потерю работоспособности.

Это общее свойство большинства видов внутренней изоляции имеет практическое значение. Во–первых, оно означает, что внутренняя изоляция должна обладать более высоким уровнем электрической прочности, чем внешняя изоляция, т.е. таким уровнем, при котором пробои полностью исключаются в течение всего срока службы. Для внешней изоляции допускается ограниченное число перекрытий (на ВЛ примерно одно отключение в год на 100 км) в особо неблагоприятных условиях; замыкания, вызванные такими перекрытиями, устраняются с помощью АПВ. Во–вторых, фактическая электрическая прочность внутренней изоляции конкретных экземпляров оборудования высокого напряжения не может быть определена перед вводом в эксплуатацию, так как после измерения пробивного напряжения оборудование заведомо будет непригодно к работе. Поэтому контроль качества внутренней изоляции проводиться не по результатам измерения фактических пробивных напряжений, а путем проверки способности изоляции выдержать испытательные напряжения, выбираемые с учетом уровней возможных перенапряжений. Длительная электрическая прочность проверяется косвенным путем по результатам измерения, интенсивности частичных разрядов и некоторых других характеристик.

Наконец, следует отметить, что необратимость повреждения внутренней изоляции сильно осложняет накопление экспериментальных данных для новых видов внутренней изоляции. В связи с этим при разработке новых видов оборудования эксперименты проводят, как правило, на макетах, моделирующих отдельные, относительно небольшие участки конструкции.