Ішкі оқшауламаның негізгі түрлері.
Тақырыбы: Ішкі изоляциолар.
Жоспары:
1. Ішкі изоляциялауда диэлектрлік материалдарды біріктіру немесе құрамалау.
2. Ішкі изоляцияның негізгі түрлері.
3. Ішкі изоляцияның негізгі қасиеттері.
Ішкі изоляция деп электро изоляциялық конструкцияның өткізгіш сымдар арасындағы изоляциялық аралықтардың газ түріндегі, сұйық немесе қатты диалектірлік материалдармен немесе олардық комбинацияларымен (бірақ, атмосфералық ауамен емес) толтырылған элементтерін немесе аймақтарын атайды. Изоляциялық аралықтар атмосфералық ауада сыртқы изоляцияны құрайды.
Жоғарыда келтірілген анықтаманың мағынасын ашу үшін 1-суреттегі сызба түрінде көрсетілген, қондырғылардың көптеген түрлерінің типтік конструкциясын - сұйық диэлектрикпен немесе газбен толтырылған жерге қосылған металл корпустың ішіне жоғарғы кернеуді беруді қарастырайық.
Жерге қосылған корпус қабырғасына 1 енгізу (өткізгіш изолятор) орнатылған, ол жерге қосылған жоғарғы кернеуде болатын фланецтен 2, токжүретін өзектен 3 және диэлектірлік материалдан жасалған изоляциялық денеден-4 тұрады. Соңғысының конструкциясы күрделі болуы мүмкін және оған түрлі материалдан жасалған бірқатар элементтер, мысалы фарфор қақпақтар, қосымша электродтар жүйесі бар, май сіңірілген қағаз кереге және т.с.с.
Енгізудің жоғарғы бөлігі ауада, төменгі бөлігі мысалға, трансформатордың майымен толтырылған корпустың ішінде орналасады. Ауада ток жүргізетін өзекке жоғарғы кернеулі шина 5 жалғанады; майдың ішіне өткізгіш жалғанған, ол қондырғының негізгі функциональді бөлігіне (мысалы, трансформатордың ішінде ол орамаға) барады.
Бұл жердегі ішкі изоляцияның құрамына мыналар кіреді: изоляциялық дене 4, майдағы өткізгіштер 6 және қабырға 1 арасындағы аралық. Бұл конструкцияның сыртқы изоляциясына атмосфералық ауадағы шина 5 және қабырға 1 арасындағы аралық жатады.
Қарастырылған мысалдағы ішкі изоляцияның құрылымы мейлінше қарапайым. Шынайы жоғарғы кернеулі қондырғыларда ол айтарлықтай күрделірек болуы мүмкін және оған конструкциясы, жұмыс істеу жағдайлары және сипаттамалары бойынша әртүрлі бірқатар изоляциялау аймақтары жатады.
Жоғарғы кернеулі қондырғыларда оны қоршап тұрған ауаны емес, қатты, сұйық немесе арнайы газ түріндегі диэлектрлік материалдарды қолданудың мынадай бірнеше себептері бар:
1) бұл материалдар айтарлықтай жоғары электрлік беріктікке ие (5-10 есе және одан да жоғары), бұл өткізгіштер арасындағы изоляциялық қашықтықты күрт қысқартуға, яғни габариттерді төмендетуге мүмкіндік береді;
2) ішкі изоляция кернеудегі өткізгіштердің механикалық бекіну қызметін атқарады, яғни ол қажетті механикалық беріктікке ие болуы тиіс;
3) ішкі изоляция арқылы жұмысшы токтардың өтуі кезінде бөлініп шығатын жылудың әкетілуі жүзеге асады (бұл бірінші кезекте трасформаторлық майға қатысты).
Ішкі изоляция (қатты, сұйық немесе газ түріндегі) келесі қасиеттерге ие:
1) электрлік беріктіктің кернеудің әсер ету ұзақтығына тәуелділігінің күрделі сипаты;
2) көпшілік жағдайда тесілу кезіндегі қайтымсыз бұзылуы;
3) оған механикалық, жылулық және басқа сыртқы әсерлердің әсер ететіндігі.
Ішкі изоляциялауда диэлектрлік материалдарды біріктіру немесе құрамалау.
Жоғарғы кернеулі қондырғыны іштен изоляциялау үшін қолданылатын диэлетрлік материалдарға келесі талаптар қойылады:
1. Олар жоғарғы (қысқа мерзімді және ұзақ) электрлік беріктікті қамтамасыз етуі тиіс. Бұл дегеніміз, олардың арнайы мынадай қасиеттер кешеніне ие болуы керектігін білдіреді: таза электрлік тесілу облысында жоғарғы тескіш кернеулікке, аз диэлектрлік шығынға ие болып, изоляцияда газды қосылулардың болмауын қамтамасыз етуі тиіс.
3. Олар жақсы жылулық қасиеттерге ие болуы тиіс: электрқондырғысының белсенді бөліктеріндегі жұмыс температурасына төзіп, қажетті жылу өткізгіштікке және жылулық ескіруге төзімділікке ие болуы тиіс.
4. Қажетті механикалық қасиеттерге ие болуы тиіс. Бұл талап эксплуатация кезіндегі изоляцияға айтарлықтай жүктеменің берілетіндігіне ғана емес, сонымен қатар изоляцияның өзін және тұтас конструкцияны дайындау процесінде туындайтын жүктемеге негізделген.
5. Изоляциялық конструкцияларды өндірудегі технологиялыққа ие болуы тиіс.
6. Экологиялық талаптарды қанағаттандыруы тиіс: олардың құрамында уытты өнімдер болмауы тиіс немесе пайдаланылуы процесінде уытты өнімдер түзбеуі тиіс; барлық кызмет ету мерзімі аяқталған соң олар оңай залалсыздандырылатын болуы тиіс.
7. Диэлектрлік материалдар тапшы және қымбат болмаулары тиіс.
Атап керсетілген талаптардың барлығын ішкі изоляция үшін бірін-бірі толықтыратын және бірнеше түрлі қызметтерді атқаратын бірнеше материалдардан біріктіріліп жасалған ішкі изоляцияны қолдану ең жақсы қанағаттандырады.
Конструкцияның қажетті механикалық беріктігіне қатты диэлектриктерді қолдану арқылы қол жеткізуге болады. Бұл материалдар жоғарғы электрлік беріктікке де ие болады. Алайда олардың жылуөткізгіштігі төмен, сондай-ақ механикалық өңдеуге көп еңбекті қажет етеді. Сонымен қатар, мұндай материалдардың детальдарын бір-бірімен немесе электродтармен ауада саңылау түзбестен сенімді жікке ажыратуды қамтамасыз ету мүмкін емес. Оларда жұмысшы кернеудің әсерінен изоляцияның ескіруіне алып келетін бірен-сарандық разрядтың күшейіп кетуі мүмкін.
Аталған кемшіліктерді қатты материалдармен біріктіру кезінде сығымдалған жоғарғыберік газдарды немесе сұйық диэлектриктерді қолдану арқылы жоюға болады. Газдар және сұйықтар кез-келген конфигурациялы изоляциялық аралықтарды оңай толтырады және электрлік беріктікті артырады. Сонымен қатар сұйық диэлектриктер барлық конструкцияны салқындату үшін жылутасымалдағыш ретінде қолданылады.
Ішкі изоляцияның негізгі түрлері.
Майлы-барьерлі изоляцияның (МБИ) негізін минеральді (трансформаторлы) май құрайды. Ол кез-келген конфигурациялы, электродтары бар изоляциялық аралықтарды толтырады және конструкцияны өзеркімен немесе мәжбүрлік циркуляцияның есебінен жақсы салқындатуды қамтамасыз етеді. МБИ күштік трансформаторларда, автотрансформаторларда және реакторларда негізгі изоляция ретінде қолданылады.
МБИ құрамына мына қатты диэлектрлік материалдар кіреді: электрокартон, кабельдік қағаз т.б. олар конструкцияның механикалық беріктігін қамтамасыз ету үшін, сондай-ақ МБИ электрлік беріктігін арттыру үшін қолданылады. МБИ электрлік беріктігін арттыру мақсатында майлы аралықтарға қалындыгы 2,0-3,0 мм электрокартоннан жасалған барьерлерді орнатады, электродтарды полимерлі материалдармен қаптайды немесе олардың бетіне қағаз таспа қабаттарын төсейді.
Майлы аралыққа барьерлерді енгізу майдағы кернеулікті 5-7%-ға арттырады, өйткені май сіңірілген картонның диэлектрлік өтімділігі шамамен майға қарағанда 1,5 есе жоғары болады. Соның өзінде барьерлер МБИ электрлік беріктігін 30-50%-ға жоғарылатады. Мұны келесі жолмен түсіндіруге болады: Техникалық таза майдың ішінде өлшенген қатты қоспалық бөлшектер міндетті түрде болады. Мұндай бөлшектер электрлік өрісте жоғарғы кернеулі облыстарға қарай тартылады, ал олар электродтар бетінде түзіледі. Бөлшектердің маңайында түрлі диэлектрлік өтімділікке байланысты электрлік өрістің күшеюі жүзеге асады, ал бұл майлы аралықтың электрлік беріктігінің төмендеуіне алып келеді. Барьерлер аралықты бөле отырып, электродтарға жақындай және разрядтық процестің басталуына қатыса алатын қоспалық бөлшектердің санын шектейді.
МБИ-дің артықшылықтарына оның жасалуының конструкциясының оның дайындалу технологиясының салыстырмалы қарапайымдылығы, трансформаторлардың белсенді бөлшектерінің (орама, магнитөткізгіштер) қарқынды салкындауы, сонымен қатар эксплуатация кезіндегі %-ның сапасының конструкцияны кептіру және майын ауыстыру арқылы қайта қалпына келтіріле алуы жатады.
Қатты диэлектрик жеке қолданыла апады, сондай-ақ ол комбинирленген изоляцияның кұрамына кіре де алады.
Қатты изоляцияның негізгі ерекшеліктерінің бірі ол - оның жылудың қиын әкетілуінің салдарынан жылулық тесілу мүмкіндігі болып табылады. Сондықтан қатты диэлектриктер аз диэлектрлік шығынға, жоғарғы қыздыруға төзімділікке және жақсы жылуөткізгіштікке ие болуы тиіс.
Изоляцияны бейорганикалық және органикалық деп бөледі.
Бейорганикалық изоляция сыртқы әсерлерге тұрақты, ұзақ қолданылады және оның құны жоғары емес. Оған керамиканы, шынытекстолитті, слюданы және соның негізінде алынатын микалентті, асбестті қолдануға болады.
Органикалық изоляция целлюлоза, синтетикалық материалдар немесе каучук негізінде жасалады. Бұл гетинакс, текстолит, фибра (хлорлы мырышпен өңделген сығымдалған қағаз), қатты жыныстар сіңірілген және кептірілген ағаш, полиэтилен, эпоксидті шайырлар негізіндегі компаундтар.
Целлюлоза негізіндегі изоляцияның негізгі кемшілігі оның жоғарғы гигроскопиялылығы және төмен қыздыруға төзімділігі.
Қағаздық-майлы изоляция (ҚМИ). Бастапқы материалдар ретінде кабельдік немесе конденсаторлық қағаз және минеральді май (трансформаторлық, кабельдік, конденсаторлық) кызмет етеді.
ҚМИ негізін тұтас немесе жеке таспалардан тұратын қағаздардың қабатты құрайды. Таспалық изоляцияның қабаттары электродты қағаз таспамен тығыз (оң қапталу) немесе көршілес орамдар арасында саңылаулары бар етіп (теріс қапталу) орау арқылы түзіледі. Қағаздың қажетті санды қабатымен тығыз ораған соң изоляция вакуум ішінде 100-120°С температура кезінде кептіруге ұшыратылады. Сонан соң вакуум астында оның дегаздалған маймен мұқият сіңірілуі жүзеге асады.
ҚМИ көпқабатты болғандықтан, оның ішіндегі қатты диэлектриктің (қағаздың) кездейсоқ ақауының болуы бір қабатында ғана байқалады және ол басқа қабаттармен бірнеше қайтара қапталады.
ҚМИ жоғарғы қысқамерзімді және ұзақ электрлік беріктікке ие. Осы көрсеткіш бойынша ол басқа ішкі изоляция түрлерінен ерекшеленеді. ҚМИ артықшылықтарының біріне аз диэлектрлік шығындылығын, қағаз қабаттарын орналастыру процесін механизациялау мүмкіндігін және салыстырмалы төмен құнын жатқызуға болады.
ҚМИ кемшіліктеріне жоғары емес рұқсат етілген жұмыс температурасын (90°С-тан артық емес), жанғыштығын жатқызады. Қағаздық-майлы изоляцияны қағаз қабаттарында қыртыстар мен бүктелулер түзілуі мүмкін болатын, күрделі формалы электродтары бар конструкциялар үшін қолдануға болмайды. Мұндай изоляция ылғал түсуден сенімді қорғауды талап етеді, өйткені ылғалдану оның сипаттамаларын күрт нашарлатып жібереді.
Қазіргі уақытта ҚМИ әртүрлері күштік конденсаторларда, 110-нан 1150 кВ-қа дейінгі кернеуді енгізулер кезінде, номинальді кернеуі 35-тен 500 кВ-қа дейінгі күштік кабельдерде, күштік трансформаторларда, автотрансформаторларда және реакторларда (орамдық изоляция ретінде), токты өлшегіш трансформаторларда кеңінен қолданылып жүр.