Μόνωση ηλεκτρολογικών εγκαταστάσεων

Η μόνωση των ηλεκτρικών εγκαταστάσεων χωρίζεται σε εξωτερική και εσωτερική.

Στην εξωτερική μόνωση, οι εγκαταστάσεις υψηλής τάσης περιλαμβάνουν μονωτικά κενά μεταξύ των ηλεκτροδίων (σύρματα ηλεκτροφόρα καλώδια (ηλεκτρικά καλώδια), ελαστικά χρονισμού (RU), εξωτερικά ηλεκτροφόρα μέρη ηλεκτρικές συσκευές κ.λπ.), στο οποίο ο ρόλος του κύριου διηλεκτρικός εκτελεί ατμοσφαιρικό αέρα. Τα απομονωμένα ηλεκτρόδια βρίσκονται σε ορισμένες αποστάσεις μεταξύ τους και από το έδαφος (ή γειωμένα μέρη ηλεκτρικών εγκαταστάσεων) και στερεώνονται σε μια συγκεκριμένη θέση με τη βοήθεια μονωτών.

Η εσωτερική μόνωση περιλαμβάνει μόνωση περιελίξεων μετασχηματιστών και ηλεκτρικών μηχανών, μόνωση καλωδίων, πυκνωτών, συμπαγή μόνωση δακτυλίων, μόνωση μεταξύ των επαφών του διακόπτη σε κατάσταση απενεργοποίησης, δηλ. μόνωση, ερμητικά σφραγισμένη από το περιβάλλον με περίβλημα, περίβλημα, δεξαμενή κ.λπ. Η εσωτερική μόνωση είναι συνήθως ένας συνδυασμός διαφορετικών διηλεκτρικών (υγρού και στερεού, αερίου και στερεού).

Ένα σημαντικό χαρακτηριστικό της εξωτερικής μόνωσης είναι η ικανότητά της να αποκαθιστά την ηλεκτρική της αντοχή μετά την αφαίρεση της αιτίας της βλάβης. Ωστόσο, η διηλεκτρική αντοχή της εξωτερικής μόνωσης εξαρτάται από τις ατμοσφαιρικές συνθήκες: πίεση, θερμοκρασία και υγρασία. Η διηλεκτρική αντοχή των εξωτερικών μονωτών επηρεάζεται επίσης από την επιφανειακή μόλυνση και την καθίζηση.

Η ιδιαιτερότητα της εσωτερικής μόνωσης του ηλεκτρολογικού εξοπλισμού είναι η γήρανση, δηλ. επιδείνωση των ηλεκτρικών χαρακτηριστικών κατά τη λειτουργία. Οι διηλεκτρικές απώλειες θερμαίνουν τη μόνωση. Μπορεί να προκληθεί υπερβολική θέρμανση της μόνωσης, οδηγώντας σε θερμική διάσπαση. Υπό την επίδραση μερικών εκκενώσεων που συμβαίνουν σε εγκλείσματα αερίων, η μόνωση καταστρέφεται και μολύνεται με προϊόντα αποσύνθεσης.

Βλάβη στερεάς και σύνθετης μόνωσης — ένα μη αναστρέψιμο φαινόμενο που οδηγεί σε ζημιά στον ηλεκτρικό εξοπλισμό. Η μόνωση υγρών και εσωτερικών αερίων αυτοθεραπεύεται, αλλά τα χαρακτηριστικά της αλλοιώνονται. Είναι απαραίτητο να παρακολουθείται διαρκώς η κατάσταση της εσωτερικής μόνωσης κατά τη λειτουργία της ώστε να εντοπίζονται τα ελαττώματα που αναπτύσσονται σε αυτήν και να αποφεύγονται οι έκτακτες βλάβες του ηλεκτρολογικού εξοπλισμού.

Εξωτερική μόνωση ηλεκτρικών εγκαταστάσεων

Υπό κανονικές ατμοσφαιρικές συνθήκες, η διηλεκτρική ισχύς των κενών αέρα είναι σχετικά χαμηλή (σε ομοιόμορφο πεδίο με αποστάσεις μεταξύ των ηλεκτροδίων περίπου 1 cm ≤ 30 kV / cm). Στις περισσότερες μονωτικές κατασκευές, όταν εφαρμόζεται υψηλή τάση, είναι εξαιρετικά ανομοιογενής ηλεκτρικό πεδίο… Η ηλεκτρική ισχύς σε τέτοια πεδία σε απόσταση μεταξύ των ηλεκτροδίων 1–2 m είναι περίπου 5 kV / cm και σε αποστάσεις 10–20 m μειώνεται σε 2,5–1,5 kV / cm.Από αυτή την άποψη, τα μεγέθη των εναέριων γραμμών μεταφοράς και του εξοπλισμού διανομής αυξάνονται γρήγορα καθώς αυξάνεται η ονομαστική τάση.

Η σκοπιμότητα χρήσης των διηλεκτρικών ιδιοτήτων του αέρα σε σταθμούς παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας με διαφορετικές κατηγορίες τάσης εξηγείται από το χαμηλότερο κόστος και τη σχετική απλότητα δημιουργίας μόνωσης, καθώς και από την ικανότητα της μόνωσης αέρα να αποκαθιστά πλήρως τη διηλεκτρική αντοχή μετά την εξάλειψη της αιτίας της εκκένωσης αποτυχία κενού.

Η εξωτερική μόνωση χαρακτηρίζεται από την εξάρτηση της διηλεκτρικής αντοχής από τις καιρικές συνθήκες (πίεση p, θερμοκρασία T, απόλυτη υγρασία H του αέρα, τύπος και ένταση βροχόπτωσης), καθώς και από την κατάσταση των επιφανειών των μονωτών, π.χ. ποσότητα και ιδιότητες των ακαθαρσιών σε αυτά. Από αυτή την άποψη, τα διάκενα αέρα επιλέγονται ώστε να έχουν την απαιτούμενη διηλεκτρική αντοχή κάτω από δυσμενείς συνδυασμούς πίεσης, θερμοκρασίας και υγρασίας.

Η ηλεκτρική αντοχή στους μονωτές της εξωτερικής εγκατάστασης μετριέται υπό συνθήκες που αντιστοιχούν σε διαφορετικούς μηχανισμούς των διεργασιών εκκένωσης, δηλαδή όταν οι επιφάνειες μονωτές καθαρό και στεγνό, καθαρό και βρεγμένο με βροχή, βρώμικο και υγρό. Οι τάσεις εκφόρτισης που μετρώνται υπό τις καθορισμένες συνθήκες ονομάζονται τάσεις ξηρής εκφόρτισης, υγρής εκφόρτισης και βρωμιάς ή τάσεις εκκένωσης υγρασίας, αντίστοιχα.

Το κύριο διηλεκτρικό της εξωτερικής μόνωσης είναι ο ατμοσφαιρικός αέρας — δεν υπόκειται σε γήρανση, δηλ. ανεξάρτητα από τις τάσεις που επιδρούν στη μόνωση και τους τρόπους λειτουργίας του εξοπλισμού, τα μέσα χαρακτηριστικά του παραμένουν αμετάβλητα με την πάροδο του χρόνου.

Ρύθμιση ηλεκτρικών πεδίων σε εξωτερική μόνωση

Με εξαιρετικά ανομοιογενή πεδία στην εξωτερική μόνωση, η εκκένωση κορώνας είναι δυνατή σε ηλεκτρόδια με μικρή ακτίνα καμπυλότητας. Η εμφάνιση του κορώνα προκαλεί πρόσθετες απώλειες ενέργειας και έντονες ραδιοπαρεμβολές. Από αυτή την άποψη, τα μέτρα για τη μείωση του βαθμού ανομοιογένειας των ηλεκτρικών πεδίων έχουν μεγάλη σημασία, τα οποία καθιστούν δυνατό τον περιορισμό της πιθανότητας σχηματισμού κορώνας, καθώς και την ελαφρά αύξηση των τάσεων εκφόρτισης της εξωτερικής μόνωσης.

Η ρύθμιση των ηλεκτρικών πεδίων στην εξωτερική μόνωση πραγματοποιείται με τη βοήθεια πετασμάτων στην ενίσχυση των μονωτών, τα οποία αυξάνουν την ακτίνα καμπυλότητας των ηλεκτροδίων, γεγονός που αυξάνει τις τάσεις εκφόρτισης των διακένων αέρα. Οι διαχωρισμένοι αγωγοί χρησιμοποιούνται σε εναέριες γραμμές μεταφοράς κλάσεων υψηλής τάσης.

Εσωτερική μόνωση ηλεκτρικών εγκαταστάσεων

Η εσωτερική μόνωση αναφέρεται σε μέρη μιας μονωτικής δομής στα οποία το μονωτικό μέσο είναι ένα υγρό, στερεό ή αέριο διηλεκτρικό ή συνδυασμοί αυτών που δεν έχουν άμεση επαφή με τον ατμοσφαιρικό αέρα.

Η επιθυμία ή η αναγκαιότητα χρήσης εσωτερικής μόνωσης αντί του αέρα γύρω μας οφείλεται σε διάφορους λόγους. Πρώτον, τα εσωτερικά μονωτικά υλικά έχουν σημαντικά υψηλότερη ηλεκτρική αντοχή (5-10 φορές ή περισσότερο), η οποία μπορεί να μειώσει απότομα τις αποστάσεις μόνωσης μεταξύ των καλωδίων και να μειώσει το μέγεθος του εξοπλισμού. Αυτό είναι σημαντικό από οικονομική άποψη. Δεύτερον, τα μεμονωμένα στοιχεία της εσωτερικής μόνωσης εκτελούν τη λειτουργία της μηχανικής στερέωσης των συρμάτων. τα υγρά διηλεκτρικά σε ορισμένες περιπτώσεις βελτιώνουν σημαντικά τις συνθήκες ψύξης ολόκληρης της δομής.

Τα εσωτερικά μονωτικά στοιχεία σε κατασκευές υψηλής τάσης εκτίθενται σε ισχυρά ηλεκτρικά, θερμικά και μηχανικά φορτία κατά τη λειτουργία. Υπό την επίδραση αυτών των επιρροών, οι διηλεκτρικές ιδιότητες της μόνωσης επιδεινώνονται, η μόνωση «παλαιώνει» και χάνει τη διηλεκτρική της αντοχή.

Τα μηχανικά φορτία είναι επικίνδυνα για την εσωτερική μόνωση, επειδή μπορεί να εμφανιστούν μικρορωγμές στα στερεά διηλεκτρικά που την αποτελούν, όπου στη συνέχεια, υπό την επίδραση ισχυρού ηλεκτρικού πεδίου, θα προκύψουν μερικές εκκενώσεις και η γήρανση της μόνωσης θα επιταχυνθεί.

Μια ειδική μορφή εξωτερικής επίδρασης στην εσωτερική μόνωση προκαλείται από τις επαφές με το περιβάλλον και την πιθανότητα μόλυνσης και υγρασίας της μόνωσης σε περίπτωση διάρρηξης της ερμητικότητας της εγκατάστασης. Η διαβροχή της μόνωσης οδηγεί σε απότομη μείωση της αντίστασης διαρροής και σε αύξηση των διηλεκτρικών απωλειών.

Η εσωτερική μόνωση πρέπει να έχει μεγαλύτερη διηλεκτρική αντοχή από την εξωτερική μόνωση, δηλαδή ένα επίπεδο στο οποίο η βλάβη αποκλείεται πλήρως καθ' όλη τη διάρκεια ζωής.

Η μη αναστρέψιμη βλάβη της εσωτερικής μόνωσης περιπλέκει πολύ τη συσσώρευση πειραματικών δεδομένων για νέους τύπους εσωτερικής μόνωσης και για πρόσφατα αναπτυγμένες μεγάλες μονωτικές κατασκευές εξοπλισμού υψηλής και υπερυψηλής τάσης. Εξάλλου, κάθε κομμάτι μεγάλης, ακριβής μόνωσης μπορεί να ελεγχθεί για αστοχία μόνο μία φορά.

Τα διηλεκτρικά υλικά πρέπει επίσης:

• έχουν καλές τεχνολογικές ιδιότητες, δηλ. πρέπει να είναι κατάλληλο για διαδικασίες εσωτερικής απομόνωσης υψηλής απόδοσης·

• πληρούν τις περιβαλλοντικές απαιτήσεις, δηλ.δεν πρέπει να περιέχουν ή να σχηματίζουν τοξικά προϊόντα κατά τη λειτουργία και αφού εξαντληθεί ολόκληρος ο πόρος, πρέπει να υποστούν επεξεργασία ή καταστροφή χωρίς να μολύνουν το περιβάλλον·

• να μην είναι σπάνιο και να έχει τέτοια τιμή ώστε η δομή της απομόνωσης να είναι οικονομικά βιώσιμη.

Σε ορισμένες περιπτώσεις, μπορεί να προστεθούν άλλες απαιτήσεις στις παραπάνω απαιτήσεις λόγω των ιδιαιτεροτήτων ενός συγκεκριμένου τύπου εξοπλισμού. Για παράδειγμα, τα υλικά για πυκνωτές ισχύος πρέπει να έχουν αυξημένη διηλεκτρική σταθερά, τα υλικά για τους θαλάμους μεταγωγής — υψηλή αντοχή σε θερμικές κρούσεις και ηλεκτρικά τόξα.

Πολυετής πρακτική στη δημιουργία και λειτουργία διαφόρων εξοπλισμός υψηλής τάσης δείχνει ότι σε πολλές περιπτώσεις το σύνολο των απαιτήσεων ικανοποιείται καλύτερα όταν χρησιμοποιείται συνδυασμός πολλών υλικών στη σύνθεση της εσωτερικής μόνωσης, αλληλοσυμπληρώνονται και εκτελούν ελαφρώς διαφορετικές λειτουργίες.

Έτσι, μόνο στερεά διηλεκτρικά υλικά παρέχουν τη μηχανική αντοχή της μονωτικής δομής. Συνήθως έχουν την υψηλότερη διηλεκτρική αντοχή. Μέρη κατασκευασμένα από συμπαγές διηλεκτρικό με υψηλή μηχανική αντοχή μπορούν να λειτουργήσουν ως μηχανική άγκυρα για σύρματα.

Χρήση υγρά διηλεκτρικά επιτρέπει σε ορισμένες περιπτώσεις να βελτιώσει σημαντικά τις συνθήκες ψύξης λόγω της φυσικής ή αναγκαστικής κυκλοφορίας του μονωτικού υγρού.