Các loại chính và đặc tính điện của cách điện bên trong lắp đặt điện

Tính chất chung của cách điện bên trong của lắp đặt điện

Cách điện bên trong đề cập đến các bộ phận của cấu trúc cách điện trong đó môi trường cách điện là chất điện môi lỏng, rắn hoặc khí hoặc sự kết hợp của chúng, không tiếp xúc trực tiếp với không khí trong khí quyển.

Mong muốn hoặc sự cần thiết của việc sử dụng lớp cách nhiệt trong nhà thay vì không khí xung quanh là do một số lý do.

Đầu tiên, vật liệu cách điện bên trong có độ bền điện cao hơn đáng kể (5-10 lần trở lên), có thể làm giảm đáng kể khoảng cách cách điện giữa các dây và giảm kích thước của thiết bị. Điều này rất quan trọng từ quan điểm kinh tế.

Thứ hai, các phần tử riêng lẻ của lớp cách điện bên trong thực hiện chức năng buộc dây cơ học; chất điện môi lỏng trong một số trường hợp cải thiện đáng kể điều kiện làm mát cho toàn bộ cấu trúc.

Các phần tử cách điện bên trong cấu trúc điện áp cao trong quá trình vận hành tiếp xúc với tải điện, nhiệt và cơ mạnh. Dưới ảnh hưởng của những ảnh hưởng này, tính chất điện môi của lớp cách điện bị suy giảm, lớp cách điện "lão hóa" và mất đi độ bền điện.

Hiệu ứng nhiệt được gây ra bởi sự giải phóng nhiệt trong các bộ phận hoạt động của thiết bị (trong dây dẫn và mạch từ) cũng như tổn thất điện môi trong chính lớp cách điện. Trong điều kiện nhiệt độ tăng, các quá trình hóa học trong vật liệu cách nhiệt tăng tốc đáng kể, dẫn đến sự suy giảm dần các đặc tính của nó.

Tải trọng cơ học rất nguy hiểm đối với lớp cách điện bên trong, bởi vì các vết nứt nhỏ có thể xuất hiện trong chất điện môi rắn tạo nên nó, khi đó, dưới tác động của điện trường mạnh, sẽ xảy ra hiện tượng phóng điện cục bộ và quá trình lão hóa của lớp cách điện sẽ tăng tốc.

Một dạng ảnh hưởng bên ngoài đặc biệt đến lớp cách điện bên trong là do các tiếp xúc với môi trường và khả năng nhiễm bẩn và độ ẩm của lớp cách điện trong trường hợp rò rỉ lắp đặt. Làm ướt lớp cách điện dẫn đến giảm mạnh khả năng chống rò rỉ và tăng tổn thất điện môi.

Tính chất của vật liệu cách nhiệt như một chất điện môi

Cách nhiệt chủ yếu được đặc trưng bởi điện trở DC, tổn thất điện môi và độ bền điện. Mạch cách ly tương đương về điện có thể được biểu diễn bằng cách mắc song song các tụ điện và điện trở. Về vấn đề này, khi một điện áp không đổi được đặt vào lớp cách điện, dòng điện trong nó giảm theo cấp số nhân và giá trị điện trở đo được tăng theo.Giá trị được thiết lập của điện trở cách điện R từ nó đặc trưng cho ô nhiễm bên ngoài của lớp cách điện và sự hiện diện của các đường dẫn dòng điện đi qua trong nó. Ngoài ra, cách nhiệt hydrat hóa cũng có thể được đặc trưng bởi giá trị tuyệt đối của công suất và động lực thay đổi của nó.

Phá hủy cách điện bên trong của thiết bị điện

Trong trường hợp có sự cố điện áp cao, lớp cách điện bên trong mất hoàn toàn hoặc một phần độ bền điện môi. Hầu hết các loại cách điện bên trong thuộc nhóm cách điện không thể phục hồi, sự cố của nó có nghĩa là thiệt hại không thể phục hồi đối với kết cấu... Điều này có nghĩa là lớp cách điện bên trong phải có độ bền điện môi cao hơn lớp cách điện bên ngoài, tức là. mức độ mà các lỗi hoàn toàn bị loại trừ trong toàn bộ thời gian sử dụng.

Tính không thể đảo ngược của hư hỏng cách điện bên trong làm phức tạp đáng kể việc tích lũy dữ liệu thực nghiệm đối với các loại cách điện bên trong mới và đối với các cấu trúc cách điện lớn mới được phát triển của thiết bị điện áp cao và cực cao. Xét cho cùng, mỗi miếng cách nhiệt lớn, đắt tiền chỉ có thể được kiểm tra lỗi một lần.

Điện môi được sử dụng để sản xuất cách điện bên trong của thiết bị điện

điện môithiết bị được sử dụng để sản xuất cách điện bên trong điện áp cao phải có phức hợp các tính chất cơ, nhiệt và điện cao và cung cấp: mức độ bền điện môi cần thiết, cũng như các đặc tính cơ và nhiệt cần thiết của cấu trúc cách điện với kích thước đáp ứng các chỉ số kỹ thuật và kinh tế cao của toàn bộ cài đặt nói chung.

Vật liệu điện môi cũng phải:

• có đặc tính công nghệ tốt, tức là phải phù hợp với các quy trình cách ly nội bộ thông lượng cao;

• đáp ứng các yêu cầu về môi trường, tức là không được chứa hoặc tạo thành các sản phẩm độc hại trong quá trình vận hành, sau khi sử dụng hết tài nguyên phải được xử lý hoặc tiêu hủy không gây ô nhiễm môi trường;

• không để khan hiếm và có giá như vậy mà cơ cấu biệt lập có hiệu quả kinh tế.

Trong một số trường hợp, các yêu cầu khác có thể được bổ sung vào các yêu cầu trên do đặc thù của một loại thiết bị cụ thể. Ví dụ, vật liệu cho tụ điện phải có hằng số điện môi tăng; vật liệu cho buồng phân phối — khả năng chống sốc nhiệt và hồ quang điện cao.

Thực tiễn lâu dài của việc tạo và vận hành các thiết bị điện áp cao khác nhau cho thấy rằng trong nhiều trường hợp, toàn bộ các yêu cầu được đáp ứng tốt nhất khi kết hợp một số vật liệu được sử dụng như một phần của lớp cách điện bên trong, bổ sung cho nhau và thực hiện các chức năng hơi khác nhau .

Do đó, chỉ có vật liệu điện môi rắn mới cung cấp độ bền cơ học của cấu trúc cách điện; chúng thường có độ bền điện môi cao nhất. Các bộ phận làm bằng chất điện môi rắn có độ bền cơ học cao có thể hoạt động như một neo cơ học cho dây dẫn.

Khí cường độ cao và chất điện môi lỏng dễ dàng lấp đầy các khoảng trống cách điện ở bất kỳ cấu hình nào, bao gồm các khoảng trống, lỗ rỗng và vết nứt nhỏ nhất, do đó làm tăng đáng kể độ bền điện môi, đặc biệt là về lâu dài.

Việc sử dụng chất điện môi lỏng trong một số trường hợp có thể cải thiện đáng kể các điều kiện làm mát do sự lưu thông tự nhiên hoặc cưỡng bức của chất lỏng cách điện.

Các loại vật liệu cách nhiệt bên trong và vật liệu được sử dụng để sản xuất chúng.

Một số loại cách điện bên trong được sử dụng trong lắp đặt điện áp cao và thiết bị hệ thống điện. Phổ biến nhất là cách điện tẩm giấy (giấy-dầu), cách điện ngăn dầu, cách điện mica, nhựa và ga.

Những giống này có những ưu nhược điểm nhất định và có những lĩnh vực ứng dụng riêng. Tuy nhiên, họ chia sẻ một số thuộc tính phổ biến:

• bản chất phức tạp của sự phụ thuộc của cường độ điện môi vào thời gian tiếp xúc với điện áp;

• trong hầu hết các trường hợp, phá hủy không thể đảo ngược bằng cách phá hủy;

• ảnh hưởng đến hành vi trong quá trình hoạt động của các tác động cơ học, nhiệt và các tác động bên ngoài khác;

• trong hầu hết các trường hợp, một khuynh hướng lão hóa.

Giấy tẩm cách điện (BPI)

Nguyên liệu ban đầu là giấy cách điện đặc biệt và dầu khoáng (dầu mỏ) hoặc chất điện môi lỏng tổng hợp.

Lớp cách nhiệt tẩm giấy dựa trên các lớp giấy. Giấy cách điện dạng cuộn (chiều rộng cuộn lên tới 3,5 m) được sử dụng trong các phần của tụ điện và trong ống lót (ống bọc); băng (chiều rộng băng từ 20 đến 400 mm) — trong các cấu trúc có cấu hình điện cực tương đối phức tạp hoặc chiều dài dài (vỏ bọc của các loại điện áp cao hơn, cáp nguồn). Các lớp băng cách điện có thể được quấn trên điện cực chồng lên nhau hoặc có khoảng cách giữa các vòng liền kề.Sau khi cuộn giấy, lớp cách điện được sấy khô trong chân không ở nhiệt độ 100-120 ° C đến áp suất dư 0,1-100 Pa. Sau đó, giấy được ngâm tẩm với dầu đã khử khí tốt trong điều kiện chân không.

Một lỗi giấy trong lớp cách điện tẩm giấy được giới hạn trong một lớp và liên tục bị chồng lên bởi các lớp khác. Các khoảng trống mỏng nhất giữa các lớp và một số lượng lớn micropores trong giấy trong quá trình sấy chân không sẽ loại bỏ không khí và độ ẩm khỏi lớp cách nhiệt, đồng thời trong quá trình ngâm tẩm, các khoảng trống và lỗ chân lông này được lấp đầy một cách đáng tin cậy bằng dầu hoặc chất lỏng ngâm tẩm khác.

Giấy tụ điện và cáp có cấu trúc đồng nhất và độ tinh khiết hóa học cao. Giấy ngưng tụ là loại giấy mỏng nhất và tinh khiết nhất. Giấy biến áp được sử dụng trong ống lót, máy biến dòng điện và điện áp, cũng như trong các phần tử cách điện dọc của máy biến áp điện, máy biến áp tự ngẫu và lò phản ứng.

Để tẩm cách điện bằng giấy trong cáp chứa dầu điện 110-500 kV, với dầu có độ nhớt thấp hoặc dầu cáp tổng hợp, và trong cáp lên đến 35 kV - hỗn hợp chứa đầy dầu có độ nhớt tăng lên.

Việc ngâm tẩm được thực hiện trong máy biến áp và máy biến áp đo lường và ống lót dầu biến áp… Sử dụng dầu tụ điện (dầu mỏ), biphenyl clo hóa hoặc chất thay thế chúng và dầu thầu dầu (trong tụ điện xung).

Dầu cáp và dầu tụ điện được tinh chế kỹ lưỡng hơn dầu máy biến thế.

Các biphenyl clo hóa sở hữu hằng số điện môi tương đối cao, tăng khả năng chống phóng điện cục bộ (PD) và không cháy, chúng độc hại và nguy hiểm cho môi trường. Do đó, quy mô sử dụng của chúng giảm mạnh, chúng được thay thế bằng chất lỏng thân thiện với môi trường.

Để giảm tổn thất điện môi trong các tụ điện, một lớp cách điện kết hợp được sử dụng, trong đó các lớp giấy được xen kẽ với các lớp màng polypropylen, có độ lớn nhỏ hơn giấy không được xử lý. Cách nhiệt như vậy có độ bền điện cao hơn.

Nhược điểm của vật liệu cách nhiệt được tẩm giấy là nhiệt độ hoạt động cho phép thấp (không quá 90 ° C) và tính dễ cháy.

Lớp cách nhiệt chắn dầu (đầy dầu) (MBI).

Cách nhiệt này dựa trên dầu máy biến áp. Nó đảm bảo làm mát tốt cấu trúc do lưu thông tự phát hoặc cưỡng bức.

Vật liệu điện môi rắn cũng là một phần của vật liệu cách nhiệt rào cản dầu - bìa cứng điện, giấy cáp, v.v. Chúng cung cấp độ bền cơ học cho cấu trúc và được sử dụng để tăng độ bền điện môi của vật liệu cách nhiệt chống dầu. Các vách ngăn được làm bằng bìa cứng điện và các điện cực được phủ bằng các lớp giấy cáp. Các rào cản làm tăng độ bền điện môi của lớp cách điện với lớp chắn dầu lên 30-50%, chia khoảng cách cách điện thành một số kênh hẹp, chúng hạn chế lượng hạt tạp chất có thể tiếp cận các điện cực và tham gia vào quá trình bắt đầu quá trình phóng điện.

Độ bền điện của lớp cách điện ngăn dầu được tăng lên bằng cách bao phủ các điện cực có hình dạng phức tạp bằng một lớp vật liệu polyme mỏng và trong trường hợp các điện cực có hình dạng đơn giản bằng cách cách điện bằng các lớp băng giấy.

Công nghệ sản xuất vật liệu cách nhiệt có rào cản dầu bao gồm lắp ráp cấu trúc, sấy khô trong chân không ở nhiệt độ 100-120 ° C và đổ đầy (tẩm) trong chân không bằng dầu đã khử khí.

Ưu điểm của lớp cách nhiệt chống dầu bao gồm sự đơn giản tương đối của thiết kế và công nghệ sản xuất, làm mát mạnh các bộ phận hoạt động của thiết bị (cuộn dây, mạch từ), cũng như khả năng khôi phục chất lượng của lớp cách nhiệt trong quá trình vận hành bằng cách làm khô cấu trúc và thay dầu.

Nhược điểm của vật liệu cách nhiệt có rào cản dầu là độ bền điện thấp hơn so với vật liệu cách nhiệt bằng giấy, nguy cơ cháy nổ của kết cấu, cần có biện pháp bảo vệ đặc biệt chống ẩm trong quá trình vận hành.

Cách điện dầu được sử dụng làm cách điện chính trong máy biến áp điện có điện áp danh định từ 10 đến 1150 kV, trong máy biến áp tự ngẫu và lò phản ứng có cấp điện áp cao hơn.

Vật liệu cách nhiệt bằng mica có khả năng chịu nhiệt loại B (lên đến 130 ° C). Mica có độ bền điện môi rất cao (ở một hướng nhất định của điện trường so với cấu trúc tinh thể), có khả năng chống phóng điện cục bộ và có khả năng chịu nhiệt cao. Nhờ những đặc tính này mà mica là vật liệu không thể thiếu để cách điện cho dây quấn stato của các máy điện quay lớn. Nguyên liệu ban đầu chính là dải mica hoặc dải mica thủy tinh.

Micalenta là một lớp các tấm mica được kết nối với nhau bằng vecni và với chất nền làm bằng giấy hoặc băng thủy tinh đặc biệt. Mikalenta được sử dụng trong cái gọi là vật liệu cách nhiệt phức hợp, quy trình sản xuất bao gồm cuộn nhiều lớp băng mica, ngâm tẩm với hợp chất bitum trong quá trình gia nhiệt và ép chân không. Các thao tác này được lặp lại sau mỗi năm đến sáu lớp cho đến khi đạt được độ dày lớp cách nhiệt yêu cầu. Cách điện phức hợp hiện được sử dụng trong các máy vừa và nhỏ.

Cách nhiệt từ dải mica thủy tinh và các hợp chất ngâm tẩm nhiệt rắn là hoàn hảo hơn.

Băng mica bao gồm một lớp giấy mica dày 0,04 mm và một hoặc hai lớp băng thủy tinh dày 0,04 mm. Thành phần này có độ bền cơ học đủ cao (do chất nền) và các phẩm chất nêu trên đặc trưng cho mica.

Dải mica và các hợp chất ngâm tẩm dựa trên nhựa epoxy và polyester được sử dụng để làm vật liệu cách nhiệt nhiệt rắn, không bị mềm khi nung nóng, giữ được độ bền cơ và điện cao. Các loại vật liệu cách nhiệt được sử dụng ở nước ta được gọi là "mica", "nguyên khối", "đơn nhiệt", v.v. Cách điện nhiệt rắn được sử dụng trong cuộn dây stato của tuabin lớn và máy phát thủy điện, động cơ và máy bù đồng bộ có điện áp danh định lên đến 36 kV.

Cách điện bằng nhựa ở quy mô công nghiệp được sử dụng trong cáp điện cho điện áp lên đến 220 kV và trong cáp xung. Vật liệu điện môi chính trong những trường hợp này là polyetylen mật độ thấp và cao. Loại thứ hai có tính chất cơ học tốt hơn nhưng ít gia công hơn do nhiệt độ hóa mềm cao hơn.

Lớp cách điện bằng nhựa trong cáp được kẹp giữa các tấm chắn bán dẫn làm bằng polyetylen chứa đầy cacbon. Màn hình trên dây mang dòng điện, lớp cách điện bằng polyetylen và tấm chắn bên ngoài được áp dụng bằng phương pháp ép đùn (đùn). Một số loại cáp xung sử dụng các lớp xen kẽ của băng fluoroplastic.Trong một số trường hợp, polyvinyl clorua được sử dụng cho vỏ cáp bảo vệ.

khí cách nhiệt

Nó được sử dụng để thực hiện cách điện khí trong các cấu trúc điện áp cao Khí SF6 hoặc lưu huỳnh hexaflorua… Đó là một chất khí không màu, không mùi, nặng hơn không khí khoảng năm lần.Nó có sức mạnh lớn nhất so với các loại khí trơ như nitơ và carbon dioxide.

Khí SF6 tinh khiết không độc hại, không hoạt động hóa học, tăng khả năng tỏa nhiệt và là môi chất dập hồ quang rất tốt; không cháy hoặc duy trì sự cháy. Độ bền điện môi của khí SF6 ở điều kiện bình thường xấp xỉ 2,5 lần so với không khí.

Độ bền điện môi cao của khí SF6 được giải thích là do các phân tử của nó dễ dàng liên kết các electron, tạo thành các ion âm bền vững. Do đó, quá trình nhân lên của các điện tử trong một điện trường mạnh, là cơ sở cho sự phát triển của sự phóng điện, trở nên khó khăn.

Khi áp suất tăng, độ bền điện môi của khí SF6 tăng gần như tỷ lệ thuận với áp suất và có thể cao hơn độ bền điện môi của chất lỏng và một số chất điện môi rắn. Áp suất vận hành cao nhất và do đó mức độ bền điện môi cao nhất của SF6 trong cấu trúc cách điện bị giới hạn bởi khả năng hóa lỏng của SF6 ở nhiệt độ thấp, ví dụ, nhiệt độ hóa lỏng của SF6 ở áp suất 0,3 MPa là -45 ° C .. và ở 0,5 MPa là -30 ° C. Nhiệt độ như vậy đối với các thiết bị ngoài trời đã tắt là hoàn toàn có thể xảy ra vào mùa đông ở nhiều vùng của đất nước.

Cấu trúc hỗ trợ cách điện làm bằng vật liệu cách nhiệt epoxy đúc được sử dụng để cố định các bộ phận mang điện kết hợp với khí SF6.

Khí SF6 được sử dụng trong cầu dao, dây cáp và thiết bị đóng cắt kín (GRU) cho điện áp từ 110 kV trở lên và là vật liệu cách điện rất hứa hẹn.

Ở nhiệt độ trên 3000°C, quá trình phân hủy khí SF6 có thể bắt đầu bằng việc giải phóng các nguyên tử flo tự do.Các chất độc hại dạng khí được hình thành. Xác suất xảy ra của chúng tồn tại đối với một số loại công tắc được thiết kế để ngắt dòng điện ngắn mạch lớn. Vì các công tắc được hàn kín nên việc giải phóng khí độc không gây nguy hiểm cho nhân viên vận hành và môi trường, nhưng phải thực hiện các biện pháp phòng ngừa đặc biệt khi sửa chữa và mở công tắc.