Ізоляція електричних установок
Ізоляція електричних установок розділяється 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 електричних апаратів і т.д.), в яких роль основного діелектрика виконує атмосферне повітря. Ізольовані електроди розташовуються на певних відстанях один від одного і від землі (або заземлених частин електроустановок) і зміцнюються в заданому положенні за допомогою ізоляторів.
До внутрішньої ізоляції відноситься ізоляція обмоток трансформаторів і електричних машин, ізоляція кабелів, конденсаторів, герметизована ізоляція вводів, ізоляція між контактами вимикача у відключеному стані, тобто ізоляція герметично ізольована від впливу навколишнього середовища корпусом, оболонкою, баком і т.д. Внутрішня ізоляція як правило являє собою комбінацію різних діелектриків (рідких і твердих, газоподібних і твердих).
Важливою особливістю зовнішньої ізоляції є її здатність відновлювати свою електричну міцність після усунення причини пробою. Однак електрична міцність зовнішньої ізоляції залежить від атмосферних умов: тиску, температури і вологості повітря. На електричну міцність ізоляторів зовнішньої установки впливають також забруднення їх поверхні і атмосферні опади.
Особливістю внутрішньої ізоляції електрообладнання є старіння, тобто погіршення електричних характеристик в процесі експлуатації. Внаслідок діелектричних втрат ізоляція нагрівається. Може статися надмірний нагрів ізоляції, який призведе до її теплового пробою. Під дією часткових розрядів, що виникають в газових включеннях, ізоляція руйнується і забруднюється продуктами розкладання.
Пробій твердої і комбінованої ізоляції - явище необоротне, що приводить до виходу з ладу електрообладнання. Рідка і внутрішня газова ізоляція самовідновлюється, але її характеристики погіршуються. Необхідно постійно контролювати стан внутрішньої ізоляції в процесі її експлуатації, щоб виявити розвивається в ній дефекти і запобігти аварійний відмова електрообладнання.
Зовнішня ізоляція електроустановок
При нормальних атмосферних умовах електрична 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 електричне поле. Електрична 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 швидко зростають.
Доцільність використання діелектричних властивостей повітря в енергетичних установках різних класів напруги пояснюється меншою вартістю і порівняльною простотою створення ізоляції, а також здатністю повітряної ізоляції повністю відновлювати електричну міцність після усунення причини пробою розрядного проміжку.
Для зовнішньої ізоляції характерна залежність електричної міцності від метеорологічних умов (тиску p, температури Т. абсолютної вологості Н повітря, виду і інтенсивності атмосферних опадів), а також від стану поверхонь ізоляторів, тобто кількості і якості забруднень на них. У зв'язку з цим повітряні ізоляційні проміжки вибирають так, щоб вони мали необхідну електричну міцність при несприятливих поєднаннях тиску, температури і вологості повітря.
Електричну міцність уздовж ізоляторів зовнішньої установки вимірюють в умовах, що відповідають різним механізмам розрядних процесів, а саме, коли поверхні ізоляторів чисті і сухі, чисті і змочуються дощем, забруднені і зволожені. Розрядні напруги, виміряні при зазначених 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 показники залишаються незмінними в часі.
Регулювання електричних полів у зовнішній ізоляції
При резконеоднородних полях у зовнішній ізоляції можливий коронний розряд у електродів з малим радіусом кривизни. Поява корони викликає додаткові втрати енергії і інтенсивні радіоперешкоди. У зв'язку з цим велике значення мають заходи щодо зменшення ступеня неоднорідності електричних полів, які дозволяють обмежити можливість виникнення корони, а також дещо збільшити розрядні напруги зовнішньої ізоляції.
Регулювання електричних полів у зовнішній ізоляції здійснюється за допомогою екранів на арматурі ізоляторів, які збільшують радіус кривизни електродів, що і підвищує розрядні напруги повітряних проміжків. На повітряних ЛЕП високих класів напруг використовуються розщеплені дроти.
Внутрішня ізоляція електроустановок
Внутрішньою ізоляцією називаються частини ізоляційної конструкції, в яких ізолюючої середовищем є рідкі, тверді або газоподібні діелектрики або їх комбінації, які не мають прямих контактів з атмосферним повітрям.
Доцільність чи необхідність застосування внутрішньої ізоляції, а не навколишнього нас повітря обумовлена низкою причин. По-перше, матеріали для внутрішньої ізоляції мають значно більш високою електричною міцністю (в 5-10 разів і більше), що дозволяє різко скоротити ізоляційні відстані між провідниками і зменшити габарити обладнання. Це важливо з економічної точки зору. По-друге, окремі елементи внутрішньої ізоляції виконують функцію механічного кріплення провідників, рідкі діелектрики в ряді случає значно покращують умови охолодження всієї конструкції.
Елементи внутрішньої ізоляції в високовольтних конструкціях в процесі експлуатації піддаються сильним електричним, тепловим і механічним впливам. Під впливом цих впливів діелектричні властивості ізоляції погіршуються, ізоляція "старіє" і втрачає свою електричну міцність.
Механічні навантаження небезпечні для внутрішньої ізоляції тим, що в твердих діелектриках, що входять до її складу, можуть з'явитися мікротріщини, в яких потім під дію сильного електричного поля виникнуть часткові розряди і прискориться старіння ізоляції.
Особлива форма зовнішнього впливу на внутрішню ізоляцію обумовлена контактами з навколишнім середовищем і можливістю забруднення і зволоження ізоляції у разі порушення герметичності установки. Зволоження ізоляції веде до різкого зменшення опору витоку і зростання діелектричних втрат.
внутрішня ізоляція повинна мати більш високим рівнем електричної міцності, ніж зовнішня ізоляція. тобто таким рівнем, при якому пробою повністю виключаються протягом всього терміну служби.
Незворотність пошкодження внутрішньої ізоляції сильно ускладнює накопичення експериментальних даних для нових видів внутрішньої ізоляції і для тих, що розробляються великих ізоляційних конструкцій обладнання високої і надвисокої напруги. Адже кожен екземпляр великої дорогої ізоляції можна випробувати на пробій тільки один раз.
Діелектричні матеріали повинні також:
володіти хорошими технологічними властивостями, тобто повинні бути придатними для високопродуктивних процесів виготовлення внутрішньої ізоляції;
задовольняти екологічним вимогам, тобто не повинні містити або утворювати в процесі експлуатації токсичні продукти, а після відпрацювання всього ресурсу вони повинні піддаватися переробці або знищенню без забруднення навколишнього середовища;
же не бути дефіцитними і мати таку вартість, при якій ізоляційна конструкція виходить економічно доцільною.
Тривала практика створення і експлуатації різного високовольтного обладнання показує, що в багатьох випадках весь комплекс вимог щонайкраще задовольняється при використанні в складі внутрішньої ізоляції комбінації 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 найбільш високу електричну міцність. Деталі з твердого діелектрика, що володіє високою механічною міцністю, можуть виконувати функцію механічного кріплення провідників.
Використання рідких діелектриків дозволяє в ряді випадків значно поліпшити умови охолодження за рахунок природної або примусової циркуляції ізоляційної рідини.