الأنواع الرئيسية والخصائص الكهربائية للعزل الداخلي للتركيبات الكهربائية

الخصائص العامة للعزل الداخلي للتركيبات الكهربائية

يشير العزل الداخلي إلى أجزاء من الهيكل العازل يكون فيها الوسيط العازل سائلًا أو صلبًا أو غازيًا أو مجموعاتها التي ليس لها اتصال مباشر بهواء الغلاف الجوي.

تعود الرغبة أو الضرورة في استخدام العزل الداخلي بدلاً من الهواء المحيط إلى عدد من الأسباب.

أولاً ، تتمتع مواد العزل الداخلي بقوة كهربائية أعلى بشكل ملحوظ (5-10 مرات أو أكثر) ، والتي يمكن أن تقلل بشكل حاد من مسافات العزل بين الأسلاك وتقليل حجم المعدات. هذا مهم من الناحية الاقتصادية.

ثانيًا ، تؤدي العناصر الفردية للعزل الداخلي وظيفة التثبيت الميكانيكي للأسلاك ؛ تعمل العوازل السائلة في بعض الحالات على تحسين ظروف التبريد بشكل كبير للهيكل بأكمله.

تتعرض عناصر العزل الداخلي في الهياكل عالية الجهد أثناء التشغيل لأحمال كهربائية وحرارية وميكانيكية قوية. تحت تأثير هذه التأثيرات ، تتدهور الخواص العازلة للكهرباء ، والعزل "يتقادم" ويفقد قوته الكهربائية.

تحدث التأثيرات الحرارية بسبب إطلاق الحرارة في الأجزاء النشطة من المعدات (في الأسلاك والدوائر المغناطيسية) وكذلك الخسائر العازلة في العزل نفسه. في ظروف ارتفاع درجة الحرارة ، تتسارع العمليات الكيميائية في العزل بشكل كبير ، مما يؤدي إلى التدهور التدريجي لخصائصه.

تعتبر الأحمال الميكانيكية خطرة على العزل الداخلي ، لأن التشققات الدقيقة يمكن أن تظهر في العوازل الصلبة التي تتكون منها ، حيث يحدث بعد ذلك ، تحت تأثير مجال كهربائي قوي ، تصريفات جزئية وسوف تتسارع شيخوخة العزل.

شكل خاص من التأثير الخارجي على العزل الداخلي ناتج عن ملامسة البيئة وإمكانية تلوث ورطوبة العزل في حالة تسرب التركيب. يؤدي ترطيب العزل إلى انخفاض حاد في مقاومة التسرب وزيادة خسائر العزل الكهربائي.

خصائص العزل كعزل كهربائي

يتميز العزل بشكل أساسي بمقاومة التيار المستمر وفقدان العزل والقوة الكهربائية. يمكن تمثيل دائرة العزل المكافئة كهربائيًا عن طريق توصيل المكثفات والمقاومات بالتوازي. في هذا الصدد ، عندما يتم تطبيق جهد ثابت على العزل ، ينخفض ​​التيار فيه بشكل كبير وتزداد قيمة المقاومة المقاسة وفقًا لذلك.تميز القيمة المحددة لمقاومة العزل R منه التلوث الخارجي للعزل ووجود مسارات تيار مارة فيه. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أيضًا تمييز عزل الماء بالقيمة المطلقة للسعة وديناميكيات تغييرها.

إتلاف العزل الداخلي للأجهزة الكهربائية

في حالة حدوث عطل عالي الجهد ، يفقد العزل الداخلي كليًا أو جزئيًا قوته العازلة. تنتمي معظم أنواع العزل الداخلي إلى مجموعة العوازل غير القابلة للاسترداد ، ويعني انهيارها ضررًا لا رجعة فيه للهيكل. وهذا يعني أن العزل الداخلي يجب أن يكون له قوة عازلة أعلى من العزل الخارجي ، أي مثل هذا المستوى الذي يتم فيه استبعاد حالات الفشل تمامًا خلال فترة الخدمة بأكملها.

تؤدي عدم إمكانية الرجوع في تلف العزل الداخلي إلى تعقيد تراكم البيانات التجريبية لأنواع جديدة من العزل الداخلي ولهياكل العزل الكبيرة المطورة حديثًا لمعدات الجهد العالي والفائق. بعد كل شيء ، لا يمكن اختبار كل قطعة من العزل الكبير والمكلف إلا مرة واحدة.

العوازل المستخدمة لإنتاج العزل الداخلي للمعدات الكهربائية

عوازليجب أن تمتلك المعدات المستخدمة لإنتاج العزل الداخلي عالي الجهد مجموعة من الخصائص الكهربائية والفيزيائية الحرارية والميكانيكية العالية وتوفر: المستوى المطلوب من قوة العزل ، فضلاً عن الخصائص الحرارية والميكانيكية المطلوبة للهيكل العازل بأبعاد تتوافق المؤشرات الفنية والاقتصادية العالية للتركيب ككل.

يجب أن تكون المواد العازلة أيضًا:

• لها خصائص تكنولوجية جيدة ، أي يجب أن تكون مناسبة لعمليات العزل الداخلي عالية الإنتاجية ؛

• يفي بالمتطلبات البيئية ، أي يجب ألا تحتوي أو تشكل منتجات سامة أثناء التشغيل ، وبعد استخدام المورد بالكامل ، يجب أن تخضع للمعالجة أو التدمير دون تلويث البيئة ؛

• ألا تكون نادرًا وأن يكون لديك مثل هذا السعر بحيث يكون هيكل العزل قابلاً للتطبيق اقتصاديًا.

في بعض الحالات ، يمكن إضافة متطلبات أخرى إلى المتطلبات المذكورة أعلاه بسبب تفاصيل نوع معين من المعدات. على سبيل المثال ، يجب أن تحتوي مواد مكثفات الطاقة على ثابت عازل متزايد ؛ مواد غرف التوزيع - مقاومة عالية للصدمات الحرارية والأقواس الكهربائية.

تُظهر الممارسة طويلة الأمد المتمثلة في إنشاء وتشغيل العديد من المعدات عالية الجهد أنه في كثير من الحالات يتم تلبية مجموعة المتطلبات بالكامل بشكل أفضل عند استخدام مزيج من عدة مواد كجزء من العزل الداخلي ، يكمل كل منهما الآخر ويؤدي وظائف مختلفة قليلاً .

وبالتالي ، فإن المواد العازلة الصلبة فقط هي التي توفر القوة الميكانيكية للهيكل العازل ؛ عادة ما يكون لديهم أعلى قوة عازلة. يمكن للأجزاء المصنوعة من عازل كهربائي صلب ذو قوة ميكانيكية عالية أن تعمل كمرساة ميكانيكية للأسلاك.

تملأ الغازات عالية القوة والعوازل السائلة فجوات العزل بسهولة من أي تكوين ، بما في ذلك أصغر الفجوات والمسام والشقوق ، مما يزيد بشكل كبير من قوة العزل ، خاصة على المدى الطويل.

يتيح استخدام المواد العازلة السائلة في بعض الحالات تحسين ظروف التبريد بشكل كبير بسبب الدوران الطبيعي أو القسري للسائل العازل.

أنواع العوازل الداخلية والمواد المستخدمة في إنتاجها.

تُستخدم عدة أنواع من العزل الداخلي في تركيبات الجهد العالي ومعدات نظام الطاقة. الأكثر شيوعًا هو العزل المشبع بالورق (الزيت والورق) ، وعزل حاجز الزيت ، والعزل القائم على الميكا ، والبلاستيك والغاز.

هذه الأصناف لها مزايا وعيوب معينة ولها مجالات التطبيق الخاصة بها. ومع ذلك ، فإنهم يشتركون في بعض الخصائص المشتركة:

• الطبيعة المعقدة لاعتماد قوة العزل على مدة التعرض للجهد ؛

• في معظم الحالات ، تدمير لا رجعة فيه عن طريق الهدم ؛

• التأثير على السلوك أثناء تشغيل التأثيرات الميكانيكية والحرارية وغيرها من التأثيرات الخارجية ؛

• في معظم الحالات الاستعداد للشيخوخة.

عزل الورق المشبع (BPI)

مواد البدء هي أوراق عازلة كهربائية خاصة وزيوت معدنية (بترولية) أو عوازل سائلة اصطناعية.

يعتمد العزل المشبع بالورق على طبقات الورق. يتم استخدام عازل الورق المشبع باللف (عرض لفة يصل إلى 3.5 متر) في أقسام مكثفات الطاقة والبطانات (الأكمام) ؛ الشريط (عرض الشريط من 20 إلى 400 مم) - في الهياكل ذات الأقطاب الكهربائية ذات التكوين المعقد نسبيًا أو الطول الطويل (الأكمام من فئات الجهد العالي ، كابلات الطاقة). يمكن لف طبقات من الشريط العازل على القطب مع تداخل أو مع وجود فجوة بين المنعطفات المتجاورة.بعد لف الورق ، يتم تجفيف العزل تحت تفريغ عند درجة حرارة 100-120 درجة مئوية إلى ضغط متبقي من 0.1-100 باسكال. يتم بعد ذلك تشريب الورق بزيت منزوع الغاز جيدًا تحت التفريغ.

يقتصر عيب الورق في العزل المشبع بالورق على طبقة واحدة ويتداخل بشكل متكرر مع طبقات أخرى. تعمل الفجوات الرفيعة بين الطبقات وعدد كبير من المسام الدقيقة في الورق نفسه أثناء التجفيف بالفراغ على إزالة الهواء والرطوبة من العزل ، وأثناء التشريب ، تمتلئ هذه الفجوات والمسام بشكل موثوق بالزيت أو سائل تشريب آخر.

المكثفات وأوراق الكابلات لها بنية متجانسة ونقاوة كيميائية عالية. أوراق المكثف هي أنحف وأنقى. تُستخدم أوراق المحولات في البطانات ومحولات التيار والجهد ، وكذلك في عناصر العزل الطولي لمحولات الطاقة ، محولات أوتوماتيكية والمفاعلات.

لتشريب الورق العازل في كابلات الطاقة المملوءة بالزيت 110-500 كيلو فولت ، بزيت منخفض اللزوجة أو زيوت الكابلات الاصطناعية ، وفي الكابلات حتى 35 كيلو فولت - مخاليط مملوءة بالزيت مع زيادة اللزوجة.

يتم التشريب في محولات الطاقة والقياس والبطانات زيت المحولات... استخدام مكثفات الطاقة زيت المكثف (البترول) ، ثنائي الفينيل المكلور أو بدائلها وزيت الخروع (في المكثفات النبضية).

يتم تكرير زيوت الكابلات البترولية والمكثفات بشكل أكثر دقة من زيوت المحولات.

مركبات ثنائي الفينيل المكلورة التي تمتلك ثابتًا عازلًا نسبيًا عاليًا ، ومقاومة متزايدة للتصريفات الجزئية (PD) وغير قابلة للاحتراق ، فهي سامة وخطرة على البيئة. لذلك ، يتم تقليل حجم استخدامها بشكل حاد ، ويتم استبدالها بسوائل صديقة للبيئة.

لتقليل الخسائر العازلة في مكثفات الطاقة ، يتم استخدام عزل مدمج ، حيث يتم تبديل طبقات الورق بطبقات من فيلم البولي بروبلين ، وهو ترتيب من حيث الحجم أصغر من الورق غير المعالج. هذا العزل له قوة كهربائية أعلى.

عيوب العزل المشبع بالورق هي درجة حرارة التشغيل المنخفضة المسموح بها (لا تزيد عن 90 درجة مئوية) والقابلية للاشتعال.

عازل الزيت (المملوء بالزيت) (MBI).

يعتمد هذا العزل على زيت المحولات. يضمن التبريد الجيد للهيكل بسبب الدوران التلقائي أو القسري.

المواد العازلة الصلبة هي أيضًا جزء من عزل حاجز الزيت - الورق المقوى الكهربائي وورق الكابلات وما إلى ذلك. إنها توفر قوة ميكانيكية للهيكل وتستخدم لزيادة القوة العازلة لعزل حاجز الزيت. الحواجز مصنوعة من الورق المقوى الكهربائي والأقطاب مغطاة بطبقات من ورق الكابلات. تزيد الحواجز من القوة العازلة للعزل باستخدام حاجز الزيت بنسبة 30-50 ٪ ، وتقسيم فجوة العزل إلى عدد من القنوات الضيقة ، وتحد من كمية جسيمات الشوائب التي يمكن أن تقترب من الأقطاب الكهربائية وتشارك في بدء عملية التفريغ.

يتم زيادة القوة الكهربائية لعزل حاجز الزيت عن طريق تغطية الأقطاب الكهربائية ذات الشكل المعقد بطبقة رقيقة من مادة بوليمرية ، وفي حالة الأقطاب الكهربائية ذات الشكل البسيط عن طريق العزل بطبقات من الشريط الورقي.

تشتمل تقنية إنتاج العزل باستخدام حاجز الزيت على تجميع الهيكل والتجفيف تحت التفريغ عند درجة حرارة 100-120 درجة مئوية والتعبئة (التشريب) تحت التفريغ بزيت منزوع الغاز.

تشمل مزايا عزل حاجز الزيت البساطة النسبية للتصميم وتكنولوجيا إنتاجه ، والتبريد المكثف للأجزاء النشطة من المعدات (اللفات ، والدوائر المغناطيسية) ، فضلاً عن إمكانية استعادة جودة العزل أثناء التشغيل عن طريق تجفيف الهيكل وتغيير الزيت.

تتمثل عيوب العزل بحاجز الزيت في القوة الكهربائية الأقل من عزل الزيت الورقي ، وخطر نشوب حريق وانفجار الهيكل ، والحاجة إلى حماية خاصة ضد الرطوبة أثناء التشغيل.

يتم استخدام عزل عزل الزيت كعزل رئيسي في محولات الطاقة ذات الجهد الاسمي من 10 إلى 1150 كيلو فولت ، في المحولات الآلية والمفاعلات ذات فئات الجهد العالي.

يحتوي العزل المعتمد على الميكا على فئة مقاومة للحرارة B (حتى 130 درجة مئوية). تتمتع الميكا بقوة عازلة عالية جدًا (في اتجاه معين للمجال الكهربائي بالنسبة للبنية البلورية) ، ومقاومة للتفريغ الجزئي ، ومقاومة عالية للحرارة. بفضل هذه الخصائص ، تعتبر الميكا مادة لا غنى عنها لعزل لفات الجزء الثابت للآلات الدوارة الكبيرة. مواد البدء الرئيسية هي شريط الميكا أو شريط الميكا الزجاجي.

Micalenta عبارة عن طبقة من ألواح الميكا متصلة بالورنيش ببعضها البعض وبطبقة أساسية مصنوعة من ورق خاص أو شريط زجاجي. يستخدم Mikalenta في ما يسمى بالعزل المعقد ، والتي تشمل عملية الإنتاج لف عدة طبقات من شريط الميكا ، والتشريب بمركب بيتوميني تحت تسخين وضغط مفرغ. تتكرر هذه العمليات كل خمس إلى ست طبقات حتى يتم الحصول على سماكة العزل المطلوبة. يستخدم العزل المعقد حاليًا في الآلات الصغيرة والمتوسطة الحجم.

يعد العزل من شرائح الميكا الزجاجية ومركبات التشريب بالحرارة أكثر كمالًا.

يتكون شريط الميكا من طبقة واحدة من ورق الميكا بسمك 0.04 مم وطبقة واحدة أو طبقتين من شريط زجاجي بسمك 0.04 مم. تتمتع هذه التركيبة بقوة ميكانيكية عالية بما فيه الكفاية (بسبب الركائز) والصفات المذكورة أعلاه المميزة للميكا.

تُستخدم شرائط الميكا وتركيبات التشريب القائمة على راتنجات الإيبوكسي والبوليستر لصنع عزل بالحرارة ، والذي لا ينعم عند تسخينه ، ويحتفظ بقوة ميكانيكية وكهربائية عالية. تسمى أنواع العزل بالحرارة المستخدمة في بلدنا "الميكا" ، "متراصة" ، "مونوثرم" ، إلخ. يستخدم العزل بالحرارة في لفات الجزء الثابت للتوربينات الكبيرة والمولدات المائية والمحركات والمعوضات المتزامنة بجهد اسمي يصل إلى 36 كيلو فولت.

يتم استخدام العزل البلاستيكي على نطاق صناعي في كابلات الطاقة لجهود تصل إلى 220 كيلو فولت وفي الكابلات النبضية. المادة العازلة الرئيسية في هذه الحالات هي البولي إيثيلين منخفض الكثافة وعالي الكثافة. تتميز الأخيرة بخصائص ميكانيكية أفضل ولكنها أقل قابلية للتشغيل الآلي نظرًا لارتفاع درجة حرارة التليين.

يتم وضع العزل البلاستيكي في الكبل بين دروع شبه موصلة مصنوعة من البولي إيثيلين المملوء بالكربون. يتم تطبيق الشاشة الموجودة على السلك الحامل للتيار وعزل البولي إيثيلين والدرع الخارجي عن طريق البثق (البثق). تستخدم بعض أنواع الكابلات النبضية طبقات داخلية من الشريط البلاستيكي الفلوري ، وفي بعض الحالات ، يتم استخدام البولي فينيل كلوريد لأغلفة الكابلات الواقية.

عزل الغاز

يتم استخدامه لعزل الغاز في هياكل الجهد العالي غاز SF6 أو سادس فلوريد الكبريت... إنه غاز عديم اللون والرائحة أثقل بخمس مرات من الهواء.لديها أكبر قوة مقارنة بالغازات الخاملة مثل النيتروجين وثاني أكسيد الكربون.

غاز SF6 النقي غير ضار ، وغير نشط كيميائيًا ، وقد زاد من قدرة تبديد الحرارة وهو وسيلة جيدة جدًا لإخماد القوس ؛ لا يحرق أو يحافظ على الاحتراق. تبلغ القوة العازلة لغاز SF6 في الظروف العادية حوالي 2.5 ضعف قوة الهواء.

تفسر القوة العازلة العالية لغاز SF6 بحقيقة أن جزيئاته تربط الإلكترونات بسهولة ، مكونة أيونات سالبة ثابتة. لذلك ، تصبح عملية تكاثر الإلكترونات في مجال كهربائي قوي ، والتي هي أساس تطور التفريغ الكهربائي ، صعبة.

مع زيادة الضغط ، تزداد القوة العازلة لغاز SF6 بشكل متناسب تقريبًا مع الضغط ويمكن أن تكون أعلى من تلك الموجودة في السائل وبعض العوازل الصلبة. أعلى ضغط تشغيل وبالتالي أعلى مستوى لقوة العزل الكهربائي لـ SF6 في هيكل عازل محدود بإمكانية تسييل SF6 عند درجات حرارة منخفضة ، على سبيل المثال ، درجة حرارة إسالة SF6 عند ضغط 0.3 ميجا باسكال هي -45 درجة مئوية . وعند 0.5 ميجا باسكال ، تكون -30 درجة مئوية. درجات الحرارة هذه للمعدات الخارجية التي تم إيقاف تشغيلها ممكنة تمامًا في فصل الشتاء في أجزاء كثيرة من البلاد.

تُستخدم هياكل الدعم العازلة المصنوعة من عازل الإيبوكسي المصبوب لتأمين الأجزاء الحية بالاشتراك مع غاز SF6.

يستخدم غاز SF6 في قواطع الدائرة والكابلات والمفاتيح الكهربائية المغلقة بإحكام (GRU) لجهود 110 كيلو فولت وما فوق وهي مادة عازلة واعدة للغاية.

عند درجات حرارة أعلى من 3000 درجة مئوية ، يمكن أن يبدأ تحلل غاز SF6 بإطلاق ذرات الفلور الحرة.تتشكل المواد السامة الغازية. يوجد احتمال حدوثها لبعض أنواع المفاتيح المصممة لفصل التيارات الكبيرة ذات الدائرة القصيرة. نظرًا لأن المفاتيح محكمة الإغلاق ، فإن إطلاق الغازات السامة لا يشكل خطورة على العاملين والبيئة ، ولكن يجب اتخاذ احتياطات خاصة عند إصلاح المفتاح وفتحه.