9.3. Бумажно-масляная изоляция.

Исходными материалами для изготовления бумажно-масляной изоляции (БМИ) служат кабельная или конденсаторная бумага и минеральной масло (трансформаторное, кабельное, конденсаторное). В ряде случаев используется минеральное (кабельное) масло с добавками канифоли, касторовое масло, синтетические жидкости.

Основу БМИ составляют слои бумаги. В зависимости от размеров и особенностей конструкции электродов (токоведущих частей) каждый слой бумаги может быть сплошным или состоять из отдельных лент. В первом случае используются рулоны бумаги достаточно большой ширины (до 3,5 м), во втором ролики бумажной ленты шириной от 20 до 400 мм. Рулонная БМИ применяется в силовых конденсаторах и вводах (проходных изоляторах), ленточная – для изолирования электродов относительно сложной конфигурации или большей длины, например в вводах высших классов напряжения, в кабелях, обмоточных проводах для трансформаторов и т.д.

Слои ленточной изоляции образуется путем плотной намотки на электрод бумажной ленты внахлест (положительное перекрытие) или с зазором между соединениями витками (отрицательное перекрытие). Первый вариант обычно используется при ручной намотке изоляции на изогнутые электроды, например на электроды тороидальной формы; второй – при наложении изоляции с помощью специальных намоточных станков, обеспечивающих такое взаимное расположение лент в соседних слоях, при котором зазоры между витками в одном слое надежно перекрываются лентами следующего слоя. Ленточная изоляция с отрицательным перекрытием используется в кабелях, так как наличие небольших зазоров (1-2 мм) между витками в слое придает изоляции большую гибкость.

После плотной намотки необходимого числа слоев бумаги изоляции подвергается сушке под вакуумом при температуре 100 – 120^оС до остаточного давления 0,1 – 10 Па. Затем под вакуумом производится пропитка тщательно дегазированным маслом.

Бумажно-масляная изоляция многослойная. В такой изоляции случайный дефект твердого диэлектрика (бумаги) заведомо ограничен пределами одного слоя и многократно перекрывается другими слоями; вероятность совпадения дефектов в нескольких слоях оказывается ничтожно малой.

Бумажно-масляная изоляция имеет сложную структуру. При плотной намотке между слоями остаются тонкие (менее 0,01 мм) зазоры, обусловленные микронеровностями поверхностей бумаги. В самой бумаге имеется большое количество микропор между волокнами. В ленточной изоляции, кроме того, образуются небольшие зазоры между соседними витками ленты. В любом случае в МБИ создается система распределенных по всему объему и связанных зазоров и микропор, которые в целом занимают около 50% объема изоляции. Благодаря этой системе при вакуумной сушке обеспечивается удаление из изоляции воздуха и адсорбированной влаги, а при пропитке – надежное заполнение всех зазоров и микропор маслом. Тем самым гарантируется отсутствие в БМИ газовых включений, в которых могли бы развиться частичные разряды при относительно низких напряжениях.

В силу отмеченных выше особенностей структуры МБИ имеет высокую кратковременную и длительную электрическую прочность при больших толщинах и объемах изоляционной конструкции. По этому показателю она превосходит все другие виды внутренней изоляции, используемые в широких промышленных масштабах. Следует особо подчеркнуть, что высокая электрическая прочность МБИ достигается при плотной намотке бумаги и при тщательной сушке и пропитке маслом.

Пробивные напряженности тонких слоев БМИ в поперечном по отношению к бумаге направлении составляют 500 – 600 кВ/см, что превышает электрическую прочность ее компонентов. Масло имеет напряженность пробоя, примерно равную 200 кВ/см, а кабельная бумага – 100 – 150 кВ/см. Однако прочность БМИ вдоль слоев бумаги значительно (в 10 – 20 раз) ниже прочности в поперечном направлении, поэтому для нее опасны продольные составляющие напряженности электрического поля.

К числу достоинств БМИ относятся малые диэлектрические потери при частоте 50 Гц (при 20 *С *), возможность механизации процесса наложения слоев бумаги, относительно низкая стоимость.

Недостатками БМИ являются невысокая допустимая рабочая температура (не более 90*С), горючесть. Бумажно–масляную изоляцию нельзя использовать в конструкциях с электродами сложной формы, когда возможно образование складок и морщин в слоях бумаги. Изоляция требует надежной защиты от попадания влаги, так как увлажнение влечет за собой резкое ухудшение ее характеристик.

В настоящее время разновидности БМИ широко используются во многих видах оборудования высокого напряжения энергосистем: в силовых конденсаторах разного назначения, во вводах на напряжения от 110 до 1150 кВ, в силовых кабелях с номинальными напряжениями от 35 до 500 кВ, в силовых трансформаторах, автотрансформаторах и реакторах ( в качестве витковой изоляции), в измерительных трансформаторах тока высших классов напряжения.