הסוגים העיקריים והמאפיינים החשמליים של הבידוד הפנימי של מתקני חשמל

מאפיינים כלליים של בידוד פנימי של מתקני חשמל

בידוד פנימי מתייחס לחלקים במבנה הבידוד שבהם המדיום המבודד הוא דיאלקטריים נוזליים, מוצקים או גזים או שילוביהם, שאין להם מגע ישיר עם אוויר אטמוספרי.

הרצוי או ההכרח בשימוש בבידוד פנימי ולא באוויר הסביבה נובע ממספר סיבות.

ראשית, לחומרי הבידוד הפנימיים יש חוזק חשמלי גבוה משמעותית (פי 5-10 או יותר), מה שיכול להקטין בחדות את מרחקי הבידוד בין החוטים ולהקטין את גודל הציוד. זה חשוב מנקודת מבט כלכלית.

שנית, האלמנטים האישיים של הבידוד הפנימי מבצעים את הפונקציה של הידוק מכני של חוטים; דיאלקטריות נוזליות משפרות במקרים מסוימים באופן משמעותי את תנאי הקירור עבור המבנה כולו.

אלמנטים מבודדים פנימיים במבני מתח גבוה במהלך הפעולה חשופים לעומסים חשמליים, תרמיים ומכניים חזקים. בהשפעת השפעות אלו, התכונות הדיאלקטריות של הבידוד מתדרדרות, הבידוד "מזדקן" ומאבד את החוזק החשמלי שלו.

השפעות תרמיות נגרמות משחרור חום בחלקים הפעילים של הציוד (בחוטים ובמעגלים מגנטיים) וכן מהפסדים דיאלקטריים בבידוד עצמו. בתנאים של טמפרטורה מוגברת, התהליכים הכימיים בבידוד מואצים באופן משמעותי, מה שמוביל להידרדרות הדרגתית של תכונותיו.

עומסים מכניים מסוכנים לבידוד הפנימי, מכיוון שיכולים להופיע סדקים מיקרו בדיאלקטריים המוצקים המרכיבים אותו, כאשר לאחר מכן, בהשפעת שדה חשמלי חזק, יתרחשו פריקות חלקיות והזדקנות הבידוד תאיץ.

צורה מיוחדת של השפעה חיצונית על הבידוד הפנימי נגרמת מהמגע עם הסביבה ומהאפשרות של זיהום ולחות של הבידוד במקרה של דליפה של המתקן. הרטבת הבידוד מובילה לירידה חדה בהתנגדות הדליפה ולעלייה בהפסדים דיאלקטריים.

תכונות הבידוד כדיאלקטרי

בידוד מאופיין בעיקר בהתנגדות DC, אובדן דיאלקטרי וחוזק חשמלי. ניתן לייצג את מעגל הבידוד המקביל מבחינה חשמלית על ידי חיבור קבלים ונגדים במקביל. בהקשר זה, כאשר מופעל מתח קבוע על הבידוד, הזרם בו יורד באופן אקספוננציאלי וערך ההתנגדות הנמדד עולה בהתאם.הערך הקבוע של התנגדות הבידוד R ממנו מאפיין את הזיהום החיצוני של הבידוד ואת הימצאותם של נתיבי זרם עוברים בו. בנוסף, בידוד הידרציה יכול להתאפיין גם בערך המוחלט של הקיבולת והדינמיקה של השינוי שלה.

הרס הבידוד הפנימי של ציוד חשמלי

במקרה של תקלת מתח גבוה, הבידוד הפנימי מאבד לחלוטין או חלקי מהחוזק הדיאלקטרי שלו. רוב סוגי הבידוד הפנימי שייכים לקבוצת הבידודים הבלתי ניתנים לשחזור, שמשמעותם של התמוטטותם היא נזק בלתי הפיך למבנה, המשמעות היא שהבידוד הפנימי חייב להיות בעל חוזק דיאלקטרי גבוה יותר מהבידוד החיצוני, כלומר. רמה כזו שכשלים אינם נכללים לחלוטין במהלך כל חיי השירות.

הבלתי הפיכות של נזקי בידוד פנימיים מסבכת מאוד את צבירת הנתונים הניסיוניים עבור סוגים חדשים של בידוד פנימי ועבור מבני בידוד גדולים שפותחו לאחרונה של ציוד מתח גבוה ומתח גבוה במיוחד. אחרי הכל, כל פיסת בידוד גדולה ויקרה יכולה להיבדק לכשל פעם אחת בלבד.

דיאלקטריות המשמשות לייצור בידוד פנימי של ציוד חשמלי

דיאלקטריותציוד המשמש לייצור בידוד פנימי במתח גבוה חייב להיות בעל קומפלקס של תכונות חשמליות, תרמופיזיקליות ומכאניות גבוהות ולספק: את הרמה הנדרשת של חוזק דיאלקטרי, כמו גם את המאפיינים התרמיים והמכאניים הנדרשים של המבנה המבודד עם מידות העונות האינדיקטורים הטכניים והכלכליים הגבוהים של ההתקנה כולה.

חומרים דיאלקטריים חייבים גם:

• בעלי תכונות טכנולוגיות טובות, כלומר. חייב להיות מתאים לתהליכי בידוד פנימיים בעלי תפוקה גבוהה;

• לעמוד בדרישות סביבתיות, כלומר. אסור להם להכיל או ליצור מוצרים רעילים במהלך הפעולה, ולאחר שכל המשאב מנוצל, עליהם לעבור עיבוד או השמדה מבלי לזהם את הסביבה;

• לא להיות דל ושיהיה לו מחיר כזה שמבנה הבידוד משתלם כלכלית.

במקרים מסוימים, דרישות אחרות עשויות להתווסף לדרישות הנ"ל עקב הפרט של סוג מסוים של ציוד. לדוגמה, חומרים עבור קבלי הספק חייבים להיות בעלי קבוע דיאלקטרי מוגבר; חומרים לתאי חלוקה - עמידות גבוהה בפני זעזועים תרמיים וקשתות חשמליות.

הפרקטיקה ארוכת הטווח של יצירה והפעלה של ציוד מתח גבוה שונים מראה שבמקרים רבים כל מערך הדרישות מתקיים בצורה הטובה ביותר כאשר נעשה שימוש בשילוב של מספר חומרים כחלק מהבידוד הפנימי, משלימים זה את זה ומבצעים פונקציות מעט שונות. .

לפיכך, רק חומרים דיאלקטריים מוצקים מספקים את החוזק המכני של המבנה המבודד; בדרך כלל יש להם את החוזק הדיאלקטרי הגבוה ביותר. חלקים העשויים מדיאלקטרי מוצק עם חוזק מכני גבוה יכולים לשמש כעוגן מכני לחוטים.

גזים ודיאלקטריים נוזליים בעלי חוזק גבוה ממלאים בקלות פערי בידוד מכל תצורה, כולל הפערים, הנקבוביות והסדקים הקטנים ביותר, ובכך מגדילים משמעותית את החוזק הדיאלקטרי, במיוחד בטווח הארוך.

השימוש בדיאלקטריה נוזלית מאפשר במקרים מסוימים לשפר משמעותית את תנאי הקירור עקב מחזור טבעי או מאולץ של הנוזל המבודד.

סוגי בידוד פנימי וחומרים המשמשים לייצור שלהם.

מספר סוגים של בידוד פנימי משמשים במתקני מתח גבוה וציוד למערכות חשמל. הנפוצים ביותר הם בידוד ספוג נייר (נייר-שמן), בידוד מחסומי שמן, בידוד על בסיס נציץ, פלסטיק וגז.

לזנים אלה יש יתרונות וחסרונות מסוימים ויש להם תחומי יישום משלהם. עם זאת, הם חולקים כמה מאפיינים משותפים:

• האופי המורכב של התלות של החוזק הדיאלקטרי על משך החשיפה למתח;

• ברוב המקרים, הרס בלתי הפיך על ידי הריסה;

• השפעה על ההתנהגות במהלך הפעולה של השפעות מכניות, תרמיות ואחרות;

• ברוב המקרים נטייה להזדקנות.

בידוד נייר ספוג (BPI)

חומרי המוצא הם ניירות בידוד חשמליים מיוחדים ושמנים מינרליים (נפט) או דיאלקטרי נוזל סינתטי.

בידוד ספוג נייר מבוסס על שכבות נייר. בידוד נייר ספוג גליל (רוחב גליל עד 3.5 מ') משמש בקטעים של קבלי כוח ובתותבים (שרוולים); קלטת (רוחב קלטת מ-20 עד 400 מ"מ) - במבנים עם אלקטרודות בעלות תצורה מורכבת יחסית או באורך ארוך (שרוולים בדרגות מתח גבוהות יותר, כבלי חשמל). ניתן ללפף שכבות של בידוד סרט על האלקטרודה עם חפיפה או עם מרווח בין פניות סמוכות.לאחר סיפוף הנייר, הבידוד מיובש תחת ואקום בטמפרטורה של 100-120 מעלות צלזיוס ללחץ שיורי של 0.1-100 פא. לאחר מכן, הנייר ספוג בשמן משוחרר היטב תחת ואקום.

פגם בנייר בבידוד ספוג נייר מוגבל לשכבה אחת וחופפות שוב ושוב שכבות אחרות. הרווחים הדקים ביותר בין השכבות ומספר רב של מיקרו-נקבים בנייר עצמו במהלך ייבוש בוואקום מסירים אוויר ולחות מהבידוד, ובמהלך ההספגה ממלאים רווחים ונקבוביות אלו בצורה אמינה בשמן או נוזל הספגה אחר.

ניירות קבלים וכבלים בעלי מבנה הומוגני וטוהר כימי גבוה. ניירות הקבל הם הדקים והטהורים ביותר. ניירות שנאי משמשים בתותבים, שנאי זרם ומתח, כמו גם באלמנטי בידוד אורכיים של שנאי כוח, רובוטריקים אוטומטיים וכורים.

להספגה של בידוד נייר בכבלים מלאי שמן חשמל 110-500 קילו וולט, עם שמן בצמיגות נמוכה או שמני כבלים סינתטיים, ובכבלים עד 35 קילו וולט - תערובות מלאות בשמן עם צמיגות מוגברת.

ההספגה מתבצעת בשנאי כוח ומדידה ותותבים שמן שנאי... שימוש בקבלי כוח שמן קבלים (נפט), ביפנילים עם כלור או תחליפיהם ושמן קיק (בקבלים דחפים).

שמני כבלי נפט וקבלים מזוככים בצורה יסודית יותר משמני שנאים.

ביפנילים כלוריים בעלי קבוע דיאלקטרי יחסי גבוה, עמידות מוגברת לפריקות חלקיות (PD) ואי דליקות, הם רעילים ומסוכנים לסביבה. לכן, היקף השימוש בהם מצטמצם בחדות, הם מוחלפים בנוזלים ידידותיים לסביבה.

כדי להפחית את ההפסדים הדיאלקטריים בקבלי הכוח, נעשה שימוש בבידוד משולב, שבו שכבות הנייר מתחלפות בשכבות של סרט פוליפרופילן, שהוא קטן בסדר גודל מנייר לא מטופל. לבידוד כזה יש חוזק חשמלי גבוה יותר.

החסרונות של בידוד ספוג בנייר הם טמפרטורת הפעולה הנמוכה המותרת (לא יותר מ-90 מעלות צלזיוס) והדליקות.

בידוד מחסום שמן (מילוי שמן) (MBI).

בידוד זה מבוסס על שמן שנאים. זה מבטיח קירור טוב של המבנה עקב זרימה ספונטנית או מאולצת.

חומרים דיאלקטריים מוצקים הם גם חלק מבידוד מחסום השמן - קרטון חשמלי, נייר כבלים וכו'. הם מספקים חוזק מכני למבנה ומשמשים להגברת החוזק הדיאלקטרי של בידוד מחסום שמן. הבפלים עשויים מקרטון חשמלי והאלקטרודות מכוסות בשכבות של נייר כבלים. מחסומים מגדילים את החוזק הדיאלקטרי של בידוד עם מחסום שמן ב-30-50%, מחלקים את פער הבידוד למספר תעלות צרות, הם מגבילים את כמות חלקיקי הטומאה שיכולים להתקרב לאלקטרודות ולהשתתף בהתחלת תהליך הפריקה.

החוזק החשמלי של בידוד מחסום השמן גדל על ידי כיסוי אלקטרודות בצורת מורכבות בשכבה דקה של חומר פולימרי, ובמקרה של אלקטרודות בצורת פשוט על ידי בידוד בשכבות של סרט נייר.

הטכנולוגיה לייצור בידוד עם מחסום שמן כוללת הרכבה של המבנה, ייבוש בוואקום בטמפרטורה של 100-120 מעלות צלזיוס ומילוי (הספגה) תחת ואקום בשמן מנוזל.

היתרונות של בידוד מחסום שמן כוללים את הפשטות היחסית של התכנון והטכנולוגיה של הייצור שלו, קירור אינטנסיבי של החלקים הפעילים של הציוד (פיתולים, מעגלים מגנטיים), כמו גם את האפשרות לשחזר את איכות הבידוד במהלך הפעולה. על ידי ייבוש המבנה והחלפת השמן.

החסרונות של בידוד עם מחסום שמן הם החוזק החשמלי הנמוך יותר מאשר בידוד נייר-שמן, סכנת שריפה ופיצוץ של המבנה, הצורך בהגנה מיוחדת מפני רטיבות במהלך הפעולה.

בידוד בידוד שמן משמש כבידוד עיקרי בשנאי כוח במתח נומינלי של 10 עד 1150 קילו-וולט, בשנאים אוטומטיים ובכורים עם כיתות מתח גבוהות יותר.

לבידוד מבוסס נציץ יש עמידות בחום בדרגה B (עד 130 מעלות צלזיוס). למיקה חוזק דיאלקטרי גבוה מאוד (בכיוון מסוים של השדה החשמלי ביחס למבנה הגבישי), עמיד בפני פריקות חלקיות ועמיד מאוד בפני חום. הודות לתכונות אלה, נציץ הוא חומר הכרחי לבידוד פיתולי הסטטור של מכונות מסתובבות גדולות. חומרי המוצא העיקריים הם רצועת נציץ או רצועת נציץ זכוכית.

מיקלנטה היא שכבה של לוחות נציץ המחוברים בלכה זו לזו ועם מצע העשוי מנייר מיוחד או סרט זכוכית. מיקלנטה משמשת בבידוד מורכב כביכול, שתהליך הייצור שלו כולל סלילה של מספר שכבות של נציץ, הספגה בתרכובת ביטומנית בחימום ואקום ולחיצה. פעולות אלו חוזרות על עצמן כל חמש עד שש שכבות עד לקבלת עובי הבידוד הנדרש. בידוד מורכב משמש כיום במכונות קטנות ובינוניות.

בידוד מרצועות נציץ זכוכית ותרכובות הספגה תרמוסטיות מושלם יותר.

מיקה טייפ מורכב משכבה אחת של נייר נציץ בעובי 0.04 מ"מ ושכבה אחת או שתיים של סרט זכוכית בעובי 0.04 מ"מ. להרכב כזה יש חוזק מכני גבוה מספיק (בשל מצעים) ואת התכונות האמורות לעיל האופייניות לנציץ.

רצועות נציץ ותכשירי הספגה המבוססים על שרפים אפוקסי ופוליאסטר משמשים לייצור בידוד תרמוסטי, שאינו מתרכך בעת חימום, שומר על חוזק מכני וחשמלי גבוה. סוגי הבידוד התרמוסטיים הנהוגים בארצנו נקראים "נציץ", "מונולית", "מונותרמית" וכו'. בידוד תרמי משמש בפיתולי הסטטור של טורבו גדולים והידרו-גנרטורים, מנועים ומפצים סינכרוניים עם מתח נומינלי של עד 36 קילו וולט.

בידוד פלסטי בקנה מידה תעשייתי משמש בכבלי חשמל למתחים עד 220 קילוואט ובכבלים דחפים. החומר הדיאלקטרי העיקרי במקרים אלו הוא פוליאתילן בצפיפות נמוכה ובצפיפות גבוהה. זה האחרון בעל תכונות מכניות טובות יותר אך הוא פחות ניתן לעיבוד בשל טמפרטורת הריכוך הגבוהה שלו.

בידוד הפלסטיק בכבל כרוך בין מגנים מוליכים למחצה העשויים מפוליאתילן מלא בפחמן. המסך על החוט נושא הזרם, בידוד הפוליאתילן והמגן החיצוני מיושמים באקסטרוזיה (אקסטרוזיה). סוגים מסוימים של כבלי דחף משתמשים בשכבות של סרט פלואורפלסטי.במקרים מסוימים, פוליוויניל כלוריד משמש לכיסויי כבל מגן.

בידוד גז

הוא משמש לביצוע בידוד גז במבני מתח גבוה גז SF6 או hexafluoride גופרית... זהו גז חסר צבע וריח כבד בערך פי חמישה מאוויר.יש לו את החוזק הגדול ביותר בהשוואה לגזים אינרטיים כגון חנקן ופחמן דו חמצני.

גז SF6 טהור אינו מזיק, אינו פעיל מבחינה כימית, בעל יכולת פיזור חום מוגברת והוא מדיום דיכוי קשת טוב מאוד; אינו שורף או מקיים בעירה. החוזק הדיאלקטרי של גז SF6 בתנאים רגילים הוא בערך פי 2.5 מזה של האוויר.

החוזק הדיאלקטרי הגבוה של גז SF6 מוסבר על ידי העובדה שהמולקולות שלו קושרות אלקטרונים בקלות, ויוצרות יונים שליליים יציבים. לכן, תהליך הכפלת האלקטרונים בשדה חשמלי חזק, שהוא הבסיס להתפתחות פריקה חשמלית, הופך לקשה.

ככל שהלחץ עולה, החוזק הדיאלקטרי של גז SF6 גדל כמעט באופן פרופורציונלי ללחץ ויכול להיות גבוה יותר מזה של דיאלקטרי נוזלים וכמה דיאלקטריים מוצקים. לחץ ההפעלה הגבוה ביותר ולפיכך רמת החוזק הדיאלקטרי הגבוהה ביותר של SF6 במבנה מבודד מוגבל על ידי האפשרות של הנזלה של SF6 בטמפרטורות נמוכות, למשל, טמפרטורת ההנזלה של SF6 בלחץ של 0.3 MPa היא -45 מעלות צלזיוס וב-0.5 MPa זה -30 מעלות צלזיוס. טמפרטורות כאלה עבור ציוד חיצוני כבוי אפשריות בהחלט בחורף בחלקים רבים של הארץ.

מבני תמיכה מבודדים עשויים בידוד אפוקסי יצוק משמשים לאבטחת חלקים חיים בשילוב עם גז SF6.

גז SF6 משמש במפסקים, כבלים ומתג אטום הרמטית (GRU) עבור מתחים של 110 קילו וולט ומעלה והוא חומר מבודד מאוד מבטיח.

בטמפרטורות מעל 3000 מעלות צלזיוס, פירוק גז SF6 יכול להתחיל עם שחרור אטומי פלואור חופשיים.נוצרים חומרים רעילים גזים. ההסתברות להתרחשותם קיימת עבור סוגים מסוימים של מתגים המיועדים לנתק זרמי קצר חשמלי גדולים. מאחר שהמתגים אטומים הרמטית, שחרור גזים רעילים אינו מסוכן לאנשי ההפעלה והסביבה, אך יש לנקוט באמצעי זהירות מיוחדים בעת תיקון ופתיחת המתג.