Ізоляція електричних установок

Ізоляція електронних установок ділиться на зовнішню і внутрішню.

До зовнішньої ізоляції установок високої напруги відносять ізоляційні проміжки між електродами (проводами ліній електропередачі (ЛЕП), шинами розподільних пристроїв (РУ), зовнішніми струмоведучих частин електронних апаратів і т.д.), в яких роль основного діелектрика робить атмосферне повітря. Ізольовані електроди розміщуються на певних відстанях один від одного і від землі (або заземлених частин електроустановок) і зміцнюються в даному положенні за допомогою ізоляторів.

До внутрішньої ізоляції відноситься ізоляція обмоток трансформаторів та електронних машин, ізоляція кабелів, конденсаторів, герметизована ізоляція вводів, ізоляція між контактами вимикача у відключеному стані, тобто ізоляція герметично ізольована від впливу середовища корпусом, оболонкою, баком і т.д. Внутрішня ізоляція зазвичай являє собою комбінацію різних діелектриків (рідких і твердих, газоподібних і твердих).

Принциповою особливістю зовнішньої ізоляції є її здатність відновлювати свою електронну міцність після усунення причини пробою.
Але електронна міцність зовнішньої ізоляції залежить від погодних умов: тиску, температури і вологості повітря. На електронну міцність ізоляторів зовнішньої установки впливають також забруднення їх поверхні і опади.

Особливістю внутрішньої ізоляції електричного обладнання є старіння, тобто погіршення електронних рис в процесі використання. Внаслідок діелектричних втрат ізоляція гріється. Може статися зайвий нагрів ізоляції, який призведе до її термічного пробою. Під дією часткових розрядів, що виникають в газових включеннях, ізоляція руйнується і забруднюється продуктами розкладання.

Пробій жорсткої і комбінованої ізоляції - явище необоротне, що приводить до виходу з ладу електричного обладнання. Водяниста і внутрішня газова ізоляція самовідновлюється, але її властивості погіршуються. Потрібно постійно тримати під контролем стан внутрішньої ізоляції в процесі її експлуатації, щоб виявити розвивається в ній недоліки і попередити аварійний відмова електричного обладнання.

Зовнішня ізоляція електроустановок

При звичайних атмосферних умовах електронна міцність повітряних проміжків відносно невелика (в однорідному полі при міжелектродних відстанях близько 1 см
≤ 30 кВ / см). У більшості ізоляційних конструкцій при додатку високої напруги створюється резконеоднородное електронне поле. Електронна міцність в таких полях при відстані між електродами 1-2 м становить приблизно 5 кВ / см, а при відстанях 10-20 м знижується до 2,5-1,5 кВ / см. У зв`язку з цим габарити повітряних ЛЕП і РУ при збільшенні номінальної напруги стрімко ростуть.

Необхідність використання діелектричних параметрів повітря в енергетичних установках різних класів напруги пояснюється найменшою ціною і порівняльною простотою створення ізоляції, також здатністю повітряної ізоляції стовідсотково відновлювати електронну міцність після усунення причини пробою розрядного проміжку.

Для зовнішньої ізоляції властива залежність електронної міцності від метеорологічних умов (тиску p, температури Т, абсолютної вологості Н повітря, виду і інтенсивності опадів), також від стану поверхонь ізоляторів, тобто кількості і характеристики забруднень на їх. У зв`язку з цим повітряні ізоляційні проміжки вибирають так, щоб вони мали необхідну електронну міцність при несприятливих поєднаннях тиску, температури і вологості повітря.

Електронну міцність уздовж ізоляторів зовнішньої установки визначають в умовах, відповідних різним механізмам розрядних процесів, а саме, коли поверхні ізоляторів чисті і сухі, чисті і змочуються дощиком, забруднені і зволожені. Розрядні напруги, виміряні при позначених станах, називаю відповідно сухоразряднимі, мокроразряднимі і грязе або влагоразряднимі.

Основний діелектрик зовнішньої ізоляції - атмосферне повітря - не схильний до старіння, тобто незалежно від впливають на ізоляцію напруг і режимів роботи обладнання його середні властивості залишаються постійними в часі.

Регулювання електронних полів у зовнішній ізоляції

При резконеоднородних полях у зовнішній ізоляції імовірний
коронний розряд у електродів з малим радіусом кривизни. Виникнення корони викликає додаткові втрати енергії і насичені радіоперешкоди. У зв`язку з цим величезне значення мають заходи щодо зменшення ступеня неоднорідності електронних полів, які дозволяють обмежити можливість появи корони, також кілька збільшити розрядні напруги зовнішньої ізоляції.

Регулювання електронних полів у зовнішній ізоляції здійснюється за допомогою екранів на арматурі ізоляторів, які нарощують радіус кривизни електродів, що і збільшує розрядні напруги повітряних проміжків. На повітряних ЛЕП великих класів напруг вживаються розщеплені дроти.

Внутрішня ізоляція електроустановок

Внутрішньою ізоляцією іменуються частини ізоляційної конструкції, в яких ізолюючої середовищем є водянисті, тверді або газоподібні діелектрики або їх комбінації, які не мають прямих контактів з атмосферним повітрям.

Необхідність або необхідність впровадження внутрішньої ізоляції, а не навколишнього нас повітря обгрунтована багатьма причинами. По-1-х, матеріали для внутрішньої ізоляції мають значно більш високою електронної міцністю (в 5-10 разів і більше), що дозволяє різко зменшити ізоляційні відстані між провідниками і зменшити габарити обладнання. Це принципово з економічної точки зору. По-2-х, окремі елементи внутрішньої ізоляції виконують функцію механічного кріплення провідників, водянисті діелектрики в ряді случає значно покращують умови охолодження всієї конструкції.

Елементи внутрішньої ізоляції в високовольтних конструкціях в процесі використання піддаються сильним електронним, термічним і механічним впливам. Під впливом цих впливів діелектричні характеристики ізоляції погіршуються, ізоляція "старіє" і втрачає свою електронну міцність.

Механічні навантаження небезпечні для внутрішньої ізоляції тим, що в жорстких діелектриках, що входять до її складу, можуть здатися мікротріщини, в яких потім під дію сильного електричного поля виникнуть часткові розряди і прискориться старіння ізоляції.

Особлива форма зовнішнього впливу на внутрішню ізоляцію обгрунтована контактами з навколишнім середовищем і можливістю забруднення і зволоження ізоляції при порушенні щільності установки. Зволоження ізоляції веде до різкого зменшення опору витоку і зростання діелектричних втрат.

внутрішня ізоляція повинна володіти більш високим рівнем електронної міцності, ніж зовнішня ізоляція, тобто таким рівнем, при якому пробою стовідсотково виключаються протягом всього терміну служби.

Незворотність пошкодження внутрішньої ізоляції дуже ускладнює скупчення експериментальних даних для нових видів внутрішньої ізоляції і для тих, що розробляються великих ізоляційних конструкцій обладнання найвищого і надвисокої напруги. Адже кожен екземпляр великий дорогої ізоляції можна випробувати на пробій тільки один раз.

Діелектричні матеріали повинні також:

• володіти непоганими технологічними якостями, тобто повинні бути застосовними для високопродуктивних процесів виробництва внутрішньої ізоляції;
  

• задовольняти екологічним вимогам, тобто не повинні містити або створювати в процесі використання отруйні продукти, а після відпрацювання всього ресурсу вони повинні піддаватися переробці або знищенню без забруднення навколишнього
  середовища;
  

• же не бути дефіцитними і мати таку ціна, при якій ізоляційна конструкція виходить економічно доцільною.
  

У ряді випадків до позначених вище вимогам можуть додаватися й інші, обумовлені специфікою того чи іншого виду обладнання. Наприклад матеріали для силових конденсаторів зобов`язані мати завищену діелектричну проникність, матеріали для камер вимикачів - високу стійкість до термоударам і впливів електронної дуги.

Довга практика створення і експлуатації різного високовольтного обладнання вказує, що в багатьох випадках весь комплекс вимог кращим чином задовольняється при використанні в складі внутрішньої ізоляції композиції з декількох матеріалів, які доповнюють один одного і виконують кілька різні функції.

Так, тільки тверді діелектричні матеріали забезпечують механічну міцність ізоляційної конструкції. Зазвичай вони мають і більш високу електронну міцність. Деталі з твердого діелектрика, володіє високою механічною міцністю, можуть виконувати функцію механічного кріплення провідників.

Впровадження рідких діелектриків дозволяє в ряді випадків значно поліпшити умови охолодження за рахунок природної або примусової циркуляції ізоляційної води.