Elektrik tesisatlarının iç yalıtımının ana tipleri ve elektriksel özellikleri

Elektrik tesisatlarının iç yalıtımının genel özellikleri

İç yalıtım, yalıtım ortamının atmosferik hava ile doğrudan teması olmayan sıvı, katı veya gaz dielektrikler veya bunların kombinasyonları olduğu yalıtım yapısının parçalarını ifade eder.

Ortam havası yerine iç mekan yalıtımı kullanmanın istenmesi veya gerekliliği birkaç nedenden kaynaklanmaktadır.

İlk olarak, iç yalıtım malzemeleri, teller arasındaki yalıtım mesafelerini keskin bir şekilde azaltabilen ve ekipmanın boyutunu azaltabilen önemli ölçüde daha yüksek bir elektrik gücüne (5-10 kat veya daha fazla) sahiptir. Bu ekonomik açıdan önemlidir.

İkincisi, iç yalıtımın ayrı ayrı elemanları, tellerin mekanik olarak sabitlenmesi işlevini yerine getirir; bazı durumlarda sıvı dielektrikler, tüm yapı için soğutma koşullarını önemli ölçüde iyileştirir.

Yüksek gerilim yapılarındaki iç yalıtım elemanları çalışma sırasında güçlü elektriksel, termal ve mekanik yüklere maruz kalır. Bu etkilerin etkisi altında yalıtımın dielektrik özellikleri bozulur, yalıtım "yaşlanır" ve elektriksel gücünü kaybeder.

Termal etkiler, ekipmanın aktif parçalarında (tellerde ve manyetik devrelerde) ısı salınımının yanı sıra yalıtımın kendisindeki dielektrik kayıplardan kaynaklanır. Artan sıcaklık koşullarında, yalıtımdaki kimyasal işlemler önemli ölçüde hızlanır ve bu da özelliklerinin kademeli olarak bozulmasına yol açar.

Mekanik yükler iç yalıtım için tehlikelidir, çünkü onu oluşturan katı dielektriklerde mikro çatlaklar oluşabilir, bu durumda güçlü bir elektrik alanının etkisi altında kısmi boşalmalar meydana gelir ve yalıtımın eskimesi hızlanır.

İç yalıtım üzerinde özel bir dış etki şekli, çevre ile temaslar ve tesisatın sızması durumunda yalıtımın kirlenme ve nemlenme olasılığından kaynaklanır. İzolasyonun ıslanması, kaçak direncinde keskin bir düşüşe ve dielektrik kayıplarında bir artışa yol açar.

Dielektrik olarak yalıtımın özellikleri

Yalıtım esas olarak DC direnci, dielektrik kaybı ve elektrik gücü ile karakterize edilir. Elektriksel olarak eşdeğer izolasyon devresi, kondansatörlerin ve dirençlerin paralel bağlanmasıyla temsil edilebilir. Bu bakımdan izolasyona sabit bir gerilim uygulandığında içindeki akım katlanarak azalır ve buna bağlı olarak ölçülen direnç değeri artar.Yalıtım direncinin yerleşik değeri R, yalıtımın dış kirliliğini ve içinden geçen akım yollarının varlığını karakterize eder. Ek olarak, hidrasyon yalıtımı, kapasitenin mutlak değeri ve değişim dinamikleri ile de karakterize edilebilir.

Elektrikli ekipmanın iç yalıtımının imhası

Yüksek voltaj arızası durumunda, iç yalıtım tamamen veya kısmen dielektrik dayanımını kaybeder. Çoğu iç yalıtım türü, arızası yapıya geri dönüşü olmayan hasar anlamına gelen, kurtarılamayan yalıtım grubuna aittir.Bu, iç yalıtımın dış yalıtımdan daha yüksek bir dielektrik dayanımına sahip olması gerektiği anlamına gelir, yani. tüm hizmet ömrü boyunca arızaların tamamen ortadan kaldırıldığı bir seviye.

İç yalıtım hasarının geri döndürülemezliği, yeni iç yalıtım türleri ve yüksek ve ultra yüksek voltaj ekipmanının yeni geliştirilen büyük yalıtım yapıları için deneysel verilerin toplanmasını büyük ölçüde karmaşıklaştırır. Ne de olsa, her bir büyük, pahalı yalıtım parçası arıza için yalnızca bir kez test edilebilir.

Elektrikli ekipmanın iç yalıtımını üretmek için kullanılan dielektrikler

dielektrikleryüksek voltajlı iç yalıtımın üretimi için kullanılan ekipman, yüksek elektriksel, termofiziksel ve mekanik özelliklere sahip bir komplekse sahip olmalı ve şunları sağlamalıdır: gerekli düzeyde dielektrik dayanımı ve ayrıca yalıtım yapısının gerekli termal ve mekanik özelliklerini karşılayan boyutlara sahip bir bütün olarak tüm tesisin yüksek teknik ve ekonomik göstergeleri.

Dielektrik malzemeler ayrıca:

• iyi teknolojik özelliklere sahip olmak, yani yüksek verimli dahili izolasyon işlemleri için uygun olmalıdır;

• çevresel gereklilikleri karşılar, örn. işletme sırasında zehirli ürünler içermemeli veya oluşturmamalı ve tüm kaynak tüketildikten sonra çevreyi kirletmeden işlenmeli veya imha edilmelidir;

• kıt olmamak ve izolasyon yapısının ekonomik olarak uygulanabilir olduğu bir fiyata sahip olmak.

Bazı durumlarda, belirli bir ekipman tipinin özellikleri nedeniyle yukarıdaki gereksinimlere başka gereksinimler eklenebilir. Örneğin, güç kondansatörleri için malzemeler yüksek bir dielektrik sabitine sahip olmalıdır; dağıtım odaları için malzemeler — termal şoklara ve elektrik arklarına karşı yüksek direnç.

Çeşitli yüksek voltajlı ekipman oluşturma ve çalıştırma konusundaki uzun vadeli uygulama, birçok durumda tüm gereksinimlerin en iyi şekilde, iç yalıtımın bir parçası olarak birbirini tamamlayan ve biraz farklı işlevler gerçekleştiren çeşitli malzemelerin bir kombinasyonu kullanıldığında karşılandığını göstermektedir. .

Bu nedenle, yalnızca katı dielektrik malzemeler yalıtkan yapının mekanik dayanıklılığını sağlar; genellikle en yüksek dielektrik dayanıma sahiptirler. Yüksek mekanik mukavemete sahip katı bir dielektrikten yapılmış parçalar, teller için mekanik bir ankraj görevi görebilir.

Yüksek mukavemetli gazlar ve sıvı dielektrikler, en küçük boşluklar, gözenekler ve çatlaklar dahil olmak üzere herhangi bir konfigürasyondaki yalıtım boşluklarını kolayca doldurur ve böylece özellikle uzun vadede dielektrik dayanımını önemli ölçüde artırır.

Sıvı dielektriklerin kullanılması, bazı durumlarda yalıtım sıvısının doğal veya zorlamalı sirkülasyonu nedeniyle soğutma koşullarının önemli ölçüde iyileştirilmesini mümkün kılar.

İç yalıtım çeşitleri ve üretimlerinde kullanılan malzemeler.

Yüksek gerilim tesisatlarında ve güç sistemi ekipmanlarında birkaç tür iç yalıtım kullanılmaktadır. En yaygın olanları kağıt emdirilmiş (kağıt-yağı) yalıtım, yağ bariyeri yalıtımı, mika bazlı yalıtım, plastik ve gazdır.

Bu çeşitlerin belirli avantaj ve dezavantajları olup, kendilerine has uygulama alanları bulunmaktadır. Ancak, bazı ortak özellikleri paylaşırlar:

• dielektrik kuvvetinin gerilime maruz kalma süresine bağımlılığının karmaşık doğası;

• çoğu durumda yıkım yoluyla geri dönüşü olmayan yıkım;

• mekanik, termal ve diğer dış etkilerin çalışması sırasında davranış üzerindeki etkisi;

• çoğu durumda yaşlanmaya yatkınlık.

Emprenyeli Kağıt İzolasyonu (BPI)

Başlangıç ​​malzemeleri, özel elektrik yalıtım kağıtları ve mineral (petrol) yağları veya sentetik sıvı dielektriklerdir.

Kağıt emdirilmiş yalıtım, kağıt katmanlarına dayanır. Güç kondansatörlerinin bölümlerinde ve burçlarda (kovanlarda) rulo emdirilmiş kağıt yalıtımı (3,5 m'ye kadar rulo genişliği) kullanılır; bant (bant genişliği 20 ila 400 mm) - nispeten karmaşık konfigürasyona veya uzun elektrotlara sahip yapılarda (daha yüksek voltaj sınıflarının kılıfları, güç kabloları). Bant yalıtım katmanları, elektrot üzerine bir örtüşme veya bitişik dönüşler arasında bir boşluk ile sarılabilir.Kağıdı sardıktan sonra yalıtım, vakum altında 100-120 ° C sıcaklıkta 0,1-100 Pa artık basınca kadar kurutulur. Kağıt daha sonra vakum altında gazı iyice giderilmiş yağ ile emprenye edilir.

Kağıt emdirilmiş yalıtımdaki bir kağıt hatası, bir katmanla sınırlıdır ve diğer katmanlar tarafından tekrar tekrar üst üste bindirilir. Vakumla kurutma sırasında katmanlar arasındaki en ince boşluklar ve kağıdın kendisindeki çok sayıda mikro gözenek yalıtımdan hava ve nemi uzaklaştırır ve emprenye sırasında bu boşluklar ve gözenekler güvenilir bir şekilde yağ veya başka bir emprenye sıvısı ile doldurulur.

Kondansatör ve kablo kağıtları homojen bir yapıya ve yüksek kimyasal saflığa sahiptir. Kondenser kağıtları en ince ve en saf kağıtlardır. Transformatör kağıtları burçlarda, akım ve gerilim trafolarında ve ayrıca güç trafolarının boyuna izolasyon elemanlarında, otomatik dönüştürücüler ve reaktörler.

Düşük viskoziteli yağ veya sentetik kablo yağları ile 110-500 kV güç yağı dolgulu kablolarda ve 35 kV'a kadar kablolarda - yüksek viskoziteli yağ dolgulu karışımlarda kağıt izolasyonunun emprenye edilmesi için.

Güç ve ölçü trafolarında ve burçlarda emprenye işlemi yapılır. trafo yağı… Güç kondansatörlerinin kullanımı kondansatör yağı (petrol), klorlu bifeniller veya bunların ikameleri ve hint yağı (impuls kondansatörlerinde).

Petrol kablosu ve kondansatör yağları, trafo yağlarından daha iyi rafine edilir.

Yüksek bağıl dielektrik sabitine, kısmi deşarjlara (PD) karşı artan dirence ve yanmazlığa sahip olan klorlu bifeniller, toksiktir ve çevre için tehlikelidir. Bu nedenle, kullanımlarının ölçeği keskin bir şekilde azalır, çevre dostu sıvılarla değiştirilir.

Güç kondansatörlerindeki dielektrik kayıpları azaltmak için, kağıt katmanlarının işlenmemiş kağıttan çok daha küçük olan polipropilen film katmanlarıyla değiştirildiği birleşik bir yalıtım kullanılır. Bu tür bir yalıtım daha yüksek bir elektrik gücüne sahiptir.

Kağıt emdirilmiş yalıtımın dezavantajları, izin verilen düşük çalışma sıcaklığı (90 ° C'den fazla olmayan) ve yanıcılıktır.

Yağ bariyeri (yağ dolgulu) izolasyon (MBI).

Bu yalıtım trafo yağına dayanmaktadır. Kendiliğinden veya zorlamalı sirkülasyon nedeniyle yapının iyi soğutulmasını sağlar.

Katı dielektrik malzemeler de yağ bariyeri yalıtımının bir parçasıdır - elektrik kartonu, kablo kağıdı vb. Yapıya mekanik dayanım sağlarlar ve yağ bariyeri yalıtımının dielektrik dayanımını artırmak için kullanılırlar. Bölmeler elektrikli kartondan yapılmıştır ve elektrotlar, kablo kağıdı katmanlarıyla kaplanmıştır. Bariyerler, bir yağ bariyeri ile yalıtımın dielektrik dayanımını% 30-50 artırır, yalıtım boşluğunu bir dizi dar kanala böler, elektrotlara yaklaşabilen ve deşarj işleminin başlatılmasına katılabilecek safsızlık parçacıklarının miktarını sınırlar.

Yağ bariyeri yalıtımının elektrik gücü, karmaşık şekilli elektrotların ince bir polimerik malzeme tabakasıyla kaplanmasıyla ve basit şekilli elektrotlar durumunda kağıt bant katmanlarıyla yalıtılarak artırılır.

Bir yağ bariyeri ile yalıtım üretimi teknolojisi, yapının montajını, 100-120 ° C sıcaklıkta vakum altında kurutmayı ve gazı giderilmiş yağ ile vakum altında doldurmayı (emprenye) içerir.

Yağ bariyeri yalıtımının avantajları, tasarım ve üretim teknolojisinin göreceli basitliği, ekipmanın aktif parçalarının (sargılar, manyetik devreler) yoğun soğutulmasının yanı sıra çalışma sırasında yalıtımın kalitesini geri kazanma olasılığını içerir. Yapıyı kurutarak ve yağı değiştirerek.

Yağ bariyeri ile yalıtımın dezavantajları, kağıt-yağ yalıtımına göre daha düşük elektrik dayanımı, yapının yangın ve patlama tehlikesi, çalışma sırasında neme karşı özel koruma ihtiyacıdır.

Yağ izolasyon izolasyonu, anma gerilimi 10 ile 1150 kV arasında olan güç transformatörlerinde, ototransformerlerde ve daha yüksek voltaj sınıflarına sahip reaktörlerde ana izolasyon olarak kullanılır.

Mika bazlı yalıtım, B sınıfı ısı direncine sahiptir (130 ° C'ye kadar). Mika çok yüksek bir dielektrik kuvvete sahiptir (kristal yapıya göre elektrik alanın belirli bir oryantasyonunda), kısmi deşarjlara karşı dirençlidir ve ısıya karşı oldukça dirençlidir. Bu özellikleri sayesinde mika, büyük dönen makinelerin stator sargılarının yalıtımı için vazgeçilmez bir malzemedir. Ana başlangıç ​​malzemeleri mika şerit veya cam mika şerittir.

Micalenta, vernikle ve özel kağıt veya cam banttan yapılmış bir alt tabaka ile birbirine bağlanmış bir mika plaka tabakasıdır. Mikalenta, üretim süreci birkaç kat mika bandın sarılmasını, vakumlu ısıtma altında bitümlü bir bileşikle emprenye edilmesini ve preslenmesini içeren karmaşık yalıtımda kullanılır. Bu işlemler gerekli yalıtım kalınlığı elde edilene kadar her 5-6 katta bir tekrarlanır. Karmaşık yalıtım şu anda küçük ve orta ölçekli makinelerde kullanılmaktadır.

Cam mika şeritlerinden ve ısıyla sertleşen emprenye bileşiklerinden yapılan yalıtım daha mükemmeldir.

Mika bant, bir kat 0,04 mm kalınlığında mika kağıttan ve bir veya iki kat 0,04 mm kalınlığında cam banttan oluşur. Böyle bir bileşim, yeterince yüksek mekanik mukavemete (substratlardan dolayı) ve mikanın yukarıda belirtilen niteliklerine sahiptir.

Isıtıldığında yumuşamayan, yüksek mekanik ve elektriksel mukavemeti koruyan termoset yalıtımı yapmak için epoksi ve polyester reçinelere dayalı mika şeritler ve emprenye bileşimleri kullanılır. Ülkemizde kullanılan termoset yalıtım çeşitlerine "mika", "monolith", "monoterm" vb. adlar verilmektedir. Termoset yalıtım, nominal gerilimi 36 kV'a kadar olan büyük turbo ve hidrojeneratörlerin, motorların ve senkron kompansatörlerin stator sargılarında kullanılır.

Endüstriyel ölçekte plastik yalıtım, 220 kV'a kadar olan gerilimler için güç kablolarında ve impuls kablolarında kullanılır. Bu durumlarda ana dielektrik malzeme düşük ve yüksek yoğunluklu polietilendir. İkincisi daha iyi mekanik özelliklere sahiptir, ancak daha yüksek yumuşama sıcaklığı nedeniyle daha az işlenebilir.

Kablodaki plastik yalıtım, karbon dolgulu polietilenden yapılmış yarı iletken kalkanlar arasına sıkıştırılmıştır. Akım taşıyan tel üzerindeki ekran, polietilen izolasyon ve dış ekran ekstrüzyon (ekstrüzyon) ile uygulanır. Bazı impuls kabloları floroplastik bant ara katmanları kullanır.Bazı durumlarda, koruyucu kablo kılıfları için polivinil klorür kullanılır.

Gaz yalıtımı

Yüksek gerilim yapılarında gaz yalıtımı yapmak için kullanılır. SF6 gazı veya kükürt hekzaflorür… Havadan yaklaşık beş kat daha ağır, renksiz, kokusuz bir gazdır.Nitrojen ve karbondioksit gibi inert gazlara kıyasla en büyük güce sahiptir.

Saf SF6 gazı zararsızdır, kimyasal olarak aktif değildir, ısı yayma kabiliyeti yüksektir ve çok iyi bir ark bastırma ortamıdır; yanmaz veya yanmayı sürdürmez. Normal koşullar altında SF6 gazının dielektrik dayanımı havanın yaklaşık 2,5 katıdır.

SF6 gazının yüksek dielektrik dayanımı, moleküllerinin elektronları kolayca bağlayarak kararlı negatif iyonlar oluşturmasıyla açıklanır. Bu nedenle, bir elektrik deşarjının gelişiminin temeli olan güçlü bir elektrik alanında elektronların çoğalması süreci zorlaşır.

Basınç arttıkça, SF6 gazının dielektrik dayanımı basınçla neredeyse orantılı olarak artar ve sıvı ve bazı katı dielektriklerden daha yüksek olabilir. Yalıtkan bir yapıda SF6'nın en yüksek çalışma basıncı ve dolayısıyla en yüksek dielektrik dayanımı, SF6'nın düşük sıcaklıklarda sıvılaşma olasılığı ile sınırlıdır, örneğin, SF6'nın 0,3 MPa basınçta sıvılaşma sıcaklığı -45 ° C'dir. ve 0,5 MPa'da -30 ° C'dir. Kışın ülkenin birçok yerinde kapalı dış mekan ekipmanı için bu tür sıcaklıklar oldukça olasıdır.

Dökme epoksi yalıtımdan yapılmış yalıtım destek yapıları, canlı bölümleri SF6 gazı ile birlikte sabitlemek için kullanılır.

SF6 gazı, 110 kV ve üzeri gerilimler için devre kesicilerde, kablolarda ve hermetik olarak kapatılmış şalt cihazlarında (GRU) kullanılır ve çok umut verici bir yalıtım malzemesidir.

3000 °C'nin üzerindeki sıcaklıklarda SF6 gazının ayrışması, serbest flor atomlarının salınmasıyla başlayabilir.Gaz halinde toksik maddeler oluşur. Büyük kısa devre akımlarının bağlantısını kesmek için tasarlanmış bazı anahtar türleri için bunların oluşma olasılığı mevcuttur. Anahtarlar hermetik olarak kapatıldığından, zehirli gazların açığa çıkması işletme personeli ve çevre için tehlikeli değildir, ancak anahtarın onarımı ve açılması sırasında özel önlemler alınmalıdır.