Внутренняя изоляция

Внутренняя изоляция – это изоляционные промежутки между проводниками, заполненные газообразными, жидкими или твердыми диэлектрическими материалами или их комбинацией, но не атмосферным воздухом (изоляция внутри баков трансформаторов, выключателей, конденсаторов, кабелей и т.д.)

Материалы, используемые для внутренней изоляции оборудования высокого напряжения, должны :

иметь высокую электрическую прочность, малые диэлектрические потери, стойкость к воздействию частичных разрядов;

иметь высокую механическую прочность, а также возможность исключения появления в изоляции трещин расслоений и других дефектов, снижающих ее электрическую прочность;

иметь необходимую теплопроводность, стойкость к тепловому старению;

обладать технологичностью (пригодностью для высокопроизводительных процессов изготовления изоляции);

5) Удовлетворять экологическим требованиям: не должны содержать или образовывать в процессе эксплуатации токсичные продукты, легко поддаваться утилизации без загрязнения окружающей среды.

Комплексу требований, предъявляемых к внутренней изоляции, наилучшим образом удовлетворяет использование в изоляции комбинации из нескольких материалов, дополняющих друг друга и выполняющих различные функции.

Виды внутренней изоляции

Масло-барьерная изоляция: состоит из минерального масла и барьеров из электрокартона, кабельной бумаги и др., которые используются для повышения электрической (на 30-50%) и механической прочности конструкции.

Используется в качестве главной изоляции трансформаторов, автотрансформаторов и реакторов.

Твердая изоляция делится на

а) неорганическую (керамические материалы, стеклоткань, материалы на основе слюды, асбест и др.);

б) органическую (на основе целлюлозы, синтетических материалов или каучука).

Бумажно-масляная изоляция.

Основу составляют слои кабельной или конденсаторной бумаги, которая пропитывается минеральным маслом.

Применяется в силовых конденсаторах, во вводах на напряжение от 110 кВ, в силовых кабелях, в силовых трансформаторах и реакторах в качестве витковой изоляции, в трансформаторах тока.

Газовая и вакуумная изоляция.

Преимущества применения газовой изоляции по сравнению с твердыми и жидкими диэлектриками:

малые диэлектрические потери;

сохранение своих свойств в процессе эксплуатации;

резкое снижение массы конструкции.

Газы, используемые для изоляции должны :

быть химически стойкими в электрическом разряде;

быть инертными;

обладать низкой температурой сжижения;

обладать высокой теплопроводностью;

быть нетоксичными и дешевыми.

К таким газам относятся воздух, азот, шестифтористая сера – SF6 (элегаз).

Наиболее электрически прочным является элегаз.

Его прочность выше прочности азота и воздуха примерно в 2,5 раза.

При увеличении давления электрическая прочность элегаза возрастает пропорционально давлению и может быть выше прочности жидких и некоторых твердых диэлектриков.

Для крепления токоведущих частей в комбинации с элегазом используются опорные конструкции из литой эпоксидной изоляции.

Элегазовая изоляция используется только в герметичных конструкциях. Утечка газа не должна превышать 1% общей массы в год.

Элегаз является не только хорошей изоляцией, но и хорошей дугогасящей средой.

Основная область применения элегаза – комплектные распределительные устройства (КРУЭ), выключатели, трансформаторы.

Азот и элегаз применяются для изоляции конденсаторов, трансформаторов, кабелей.

Вакуумная изоляция используется в установках, в которых вакуум является рабочей средой. Это – ускорители, космические двигатели, электростатические сепараторы, электровакуумные приборы.

Вакуумная изоляция применяется также в высоковольтных конденсаторах, выключателях, вакуумных разрядниках и реле.

Недостатками вакуумной изоляции являются сложность получения высокого вакуума и сложная технологическая обработка токоведущих частей.

Регулирование электрических полей во внутренней изоляции

Цель регулирования электрических полей – снижение максимальных напряженностей

(Еmax ≤ Едоп ), то есть повышение эффективности использования изоляции.

Градирование изоляции применяется в конструкциях с бумажно-масляной изоляцией. Осуществляется за счет применения материалов с различными диэлектрическими проницаемостями.

Широко применяется в кабельной изоляции.

Рис. 9.12. Двухслойная градированная изоляция одножильного кабеля: 1 – изменение напряженности электрического поля в однородной изоляции;

2 - то же в двухслойной изоляции (ε1 >ε2 )

Градирование изоляции позволяет снизить напряженности у жилы кабеля и уменьшить толщину изоляции, так как при этом распределение напряженности по толщине изоляции будет более равномерным.

Более тонкая и плотная бумага с большей ε навивается слоями, ближайшими к жиле, далее выполняются слои из бумаги с меньшими ε.

2. Применение полупроводниковых покрытий

Регулирование поля применением проводящих или полупроводящих экранов устраняет местные увеличения напряженности (например на поверхности многопроволочных жил кабеля или в местах примыкания электродов к поверхности твердой изоляции).

3. Применение конденсаторных обкладок

Конструкции конденсаторного типа используются для создания более равномерного электрического поля.

Для этого в изоляцию закладываются металлические обкладки, (рис. 9.13).

В результате образуется цепочка последовательно включенных конденсаторов, емкости которых определяют распределение напряженностей в изоляции.

Такая конструкция уменьшает размеры ввода, особенно его диаметр, что улучшает условия отвода тепла.