28. Внутренняя изоляция высокого напряжения. Газовая изоляция. Применение элегаза в высоковольтном оборудовании.

Внутренняя изоляция – изоляция токоведущих и заземленных элементов конструкций внутри корпусов различных установок и оборудования высокого напряжения – трансформаторов, силовых конденсаторов, реакторов, электрических машин, токопроводов и т.п.

Газовая изоляция

Преимущества газовой изоляции	Недостатки газовой изоляции	Требования к газовой изоляции
низкая проводимость, отсутствие старения, способность к самовосстановлению после пробоя	относительно низкая электрическая прочность, вследствие для достижения компактности требуются высокие давления газа	не токсична, химически не активна, не горюча, взрывобезопасна, низкая температура кипения

Из графика ниже видно, что электрическая прочность газовой изоляции при высоких давлениях может превосходить прочность жидких и твердых диэлектриков.

Особенности воздуха как диэлектрика для внутренней изоляции:

1) недостаточный рост электрической прочности при увеличении давления;

2) разлагается под действием короны с образованием химически активных окислов азота, наличие собственного окислителя – кислорода.

В отличие от воздуха, для увеличения электрической прочности которого требуются весьма высокие давления, гексофторид серы (элегаз) при небольшом избыточном давлении (несколько атмосфер) по электрической прочности становится сопоставимым с трансформаторным маслом. Кроме того, элегаз не токсичен, не горюч и взрывобезопасен. Применение газов под давлением в условиях низких температур не должно приводить к появлению жидкой фазы. Элегазовые высоковольтные устройства наружной установки в условиях России снабжаются специальными устройствами подогрева для того, чтобы избежать сжижения элегаза в зимних условиях при сильных морозах.

Опыт показывает наличие влияния материала электродов на разрядные напряжения при высоких давлениях газовой среды. При этом чем выше массовая плотность материала электрода, тем выше разрядное напряжение. Разрядное напряжение также можно увеличить, применяя диэлектрические покрытия криволинейных электродов. При этом желательно иметь низкие значения диэлектрической проницаемости материала покрытия. Обычно применяемые толщины таких покрытий по порядку величины составляют 10- 100 мкм.

ρ_п – удельное электрическое сопротивление материала покрытия

ε_п – диэлектрическая проницаемость

Для удешевления систем газовой изоляции, можно применять не чистый элегаз, а его смесь с более дешевым азотом. Зависимость повышения электрической прочности смеси от объёмной доли элегаза приведена на рисунке. Из рисунка видно, что 50% доля элегаза в смеси с азотом обеспечивает электрическую прочность, близкую к случаю чистого элегаза.

29. Конструкции изоляции силовых трансформаторов.

Основной вид внутренних изоляционных систем, применяемых в силовых трансформаторах высокого напряжения, представляет собой маслобарьерная изоляция. Изоляционные промежутки в такой системе представляют собой твердые диэлектрические барьеры из электрокартона, покруженные в свободно циркулирующее трансформаторное масло.

Свободная циркуляция масла в баке силового трансформатора является необходимым для охлаждения обмоток процессом, поэтому в настоящее время основной изоляционной системой мощных силовых трансформаторов является маслобарьерная изоляция.

Как мы видим из рисунка в каждом из отмеченных типов изоляционных промежутков присутствует диэлектрический барьер из электрокартона.

Наряду с цилиндрическими барьерами в изоляционной конструкции трансформатора имеются барьеры, выполненные в виде шайбы, расположенной над и под торцевыми частями обмотки предотвращая перекрытия на верхнее и нижнее ярмо трансформатора.

Маслобарьерная изоляция обеспечивает достаточную компактность конструкции силового трансформатора в его возможных габаритах, определяемых мощностью и количеством обмоток. Изоляционные расстояния, как видно из таблицы, для трансформаторов низких классов напряжения не превосходят 70 мм.

С ростом класса напряжения система маслобарьерной изоляции силового трансформатора усложняется.

Наряду с рассмотренными выше цилиндрическими барьерами, изолирующими обмотки от стержней магнитопровода и друг от друга, в данной конструкции мы можем увидеть диэлектрические шайбы с отогнутыми краями – угловые шайбы, располагаемые в торцевых частях обмотки. С ростом класса напряжения высота обмоток растет и усиливается влияние краевого эффекта, приводящего к возрастанию электрического поля на краях обмоток. Для предотвращения развития разрядов из указанных областей в них размещаются описанные выше угловые шайбы. Наряду с этим для выравнивания поля вдоль обмотки в торцевых ее частях устанавливаются кольцевые экраны, называемые применительно к трансформаторам емкостными кольцами. Последние обеспечивают некоторое выравнивание поля вдоль обмотки. После монтажа всех изоляционных элементов в бак трансформатора заливается масло.

Стремление отказаться от трансформаторного масла продиктовано сложностью обслуживания и мониторинга масляных трансформаторов. Сухие трансформаторы не имеют также проблемы с устройством вводов высокого напряжения вследствие отсутствия в них металлического бака. Описанные выше применительно к масляным трансформаторам изоляционные системы относятся к главной изоляции, которая способна выдерживать значительные напряжения, превосходящие номинальное напряжение сети. Вместе с тем в конструкции обмотки трансформатора имеют место изоляционные элементы, обеспечивающие необходимую электрическую прочность по отношению к воздействия существенном меньшим номинального напряжения. Речь идет о межвитковой и межкатушечной изоляции.

Преимущества сухих трансформаторов	Недостатки трансформаторов
- массогабаритные показатели; - простая конструкция вводов; - отсутствие масляного хозяйства; - экологичность;	- затрудненный теплообмен; - воздействие окружающей среды

В качестве таковой могут выступать масляные масляные промежутки или прокладки из электрокартона, как показано на верхнем рисунке. В случае применения более простой цилиндрической обмотки в качестве изоляционной прокладки между слоями используется кабельная бумага.