Jenis utama dan karakteristik kelistrikan dari insulasi internal instalasi listrik

Sifat umum isolasi internal instalasi listrik

Insulasi internal mengacu pada bagian dari struktur insulasi di mana media insulasi adalah dielektrik cair, padat atau gas atau kombinasinya, yang tidak memiliki kontak langsung dengan udara atmosfer.

Keinginan atau kebutuhan untuk menggunakan insulasi dalam ruangan daripada udara ambien disebabkan oleh sejumlah alasan.

Pertama, bahan insulasi internal memiliki kekuatan listrik yang jauh lebih tinggi (5-10 kali atau lebih), yang dapat secara tajam mengurangi jarak insulasi antara kabel dan mengurangi ukuran peralatan. Ini penting dari sudut pandang ekonomi.

Kedua, elemen individu dari insulasi internal melakukan fungsi pengikat kabel secara mekanis; dielektrik cair dalam beberapa kasus secara signifikan meningkatkan kondisi pendinginan untuk seluruh struktur.

Elemen isolasi internal dalam struktur tegangan tinggi selama operasi terkena beban listrik, termal, dan mekanis yang kuat. Di bawah pengaruh pengaruh ini, sifat dielektrik isolasi memburuk, isolasi "menua" dan kehilangan kekuatan listriknya.

Efek termal disebabkan oleh pelepasan panas di bagian aktif peralatan (dalam kabel dan sirkuit magnetik) serta kerugian dielektrik dalam isolasi itu sendiri. Dalam kondisi peningkatan suhu, proses kimiawi dalam insulasi berakselerasi secara signifikan, yang menyebabkan penurunan sifat-sifatnya secara bertahap.

Beban mekanis berbahaya untuk insulasi internal, karena retakan mikro dapat muncul pada dielektrik padat yang membentuknya, di mana kemudian, di bawah pengaruh medan listrik yang kuat, pelepasan sebagian akan terjadi dan penuaan insulasi akan dipercepat.

Bentuk khusus dari pengaruh eksternal pada insulasi internal disebabkan oleh kontak dengan lingkungan dan kemungkinan kontaminasi dan kelembaban insulasi jika terjadi kebocoran pada instalasi. Membasahi insulasi menyebabkan penurunan tajam dalam resistansi kebocoran dan peningkatan kerugian dielektrik.

Sifat isolasi sebagai dielektrik

Isolasi terutama dicirikan oleh resistansi DC, kehilangan dielektrik dan kekuatan listrik. Rangkaian isolasi ekuivalen elektrik dapat direpresentasikan dengan menghubungkan kapasitor dan resistor secara paralel. Dalam hal ini, ketika tegangan konstan diterapkan pada insulasi, arus di dalamnya berkurang secara eksponensial dan nilai resistansi yang terukur meningkat.Nilai resistansi insulasi R yang ditetapkan darinya mencirikan polusi eksternal insulasi dan adanya jalur arus yang lewat di dalamnya. Selain itu, isolasi hidrasi juga dapat dicirikan oleh nilai absolut kapasitas dan dinamika perubahannya.

Penghancuran isolasi internal peralatan listrik

Jika terjadi gangguan tegangan tinggi, insulasi internal sepenuhnya atau sebagian kehilangan kekuatan dielektriknya. Sebagian besar jenis insulasi internal termasuk dalam kelompok insulasi yang tidak dapat dipulihkan, yang kerusakannya berarti kerusakan struktur yang tidak dapat diubah.Ini berarti insulasi internal harus memiliki kekuatan dielektrik yang lebih tinggi daripada insulasi eksternal, mis. tingkat sedemikian rupa sehingga kegagalan benar-benar dikecualikan selama masa pakai.

Irreversibilitas kerusakan insulasi internal sangat memperumit akumulasi data eksperimen untuk jenis insulasi internal baru dan untuk struktur insulasi besar peralatan tegangan tinggi dan ultra-tinggi yang baru dikembangkan. Lagi pula, setiap bagian dari insulasi yang besar dan mahal hanya dapat diuji kegagalannya satu kali.

Dielektrik digunakan untuk menghasilkan insulasi internal peralatan listrik

Dielektrikperalatan yang digunakan untuk produksi insulasi internal tegangan tinggi harus memiliki kompleks sifat listrik, termofisika dan mekanik yang tinggi dan menyediakan: tingkat kekuatan dielektrik yang diperlukan, serta karakteristik termal dan mekanik yang diperlukan dari struktur insulasi dengan dimensi yang memenuhi indikator teknis dan ekonomi yang tinggi dari seluruh instalasi secara keseluruhan.

Bahan dielektrik juga harus:

• memiliki sifat teknologi yang baik, yaitu harus sesuai untuk proses isolasi internal throughput tinggi;

• memenuhi persyaratan lingkungan, yaitu mereka tidak boleh mengandung atau membentuk produk beracun selama operasi, dan setelah seluruh sumber daya habis, mereka harus menjalani pemrosesan atau pemusnahan tanpa mencemari lingkungan;

• tidak menjadi langka dan memiliki harga sedemikian rupa sehingga struktur isolasi layak secara ekonomi.

Dalam beberapa kasus, persyaratan lain dapat ditambahkan ke persyaratan di atas karena spesifikasi jenis peralatan tertentu. Misalnya, bahan untuk kapasitor daya harus memiliki konstanta dielektrik yang meningkat; bahan untuk ruang distribusi — resistensi tinggi terhadap kejutan termal dan busur listrik.

Praktik jangka panjang dalam membuat dan mengoperasikan berbagai peralatan bertegangan tinggi menunjukkan bahwa dalam banyak kasus seluruh rangkaian persyaratan paling baik dipenuhi ketika kombinasi beberapa bahan digunakan sebagai bagian dari insulasi internal, saling melengkapi dan melakukan fungsi yang sedikit berbeda. .

Jadi, hanya bahan dielektrik padat yang memberikan kekuatan mekanis dari struktur isolasi; mereka biasanya memiliki kekuatan dielektrik tertinggi. Bagian yang terbuat dari dielektrik padat dengan kekuatan mekanik tinggi dapat bertindak sebagai jangkar mekanis untuk kabel.

Gas berkekuatan tinggi dan dielektrik cair dengan mudah mengisi celah insulasi dari konfigurasi apa pun, termasuk celah, pori, dan retakan terkecil, sehingga meningkatkan kekuatan dielektrik secara signifikan, terutama dalam jangka panjang.

Penggunaan dielektrik cair memungkinkan dalam beberapa kasus untuk secara signifikan meningkatkan kondisi pendinginan karena sirkulasi alami atau paksa dari cairan isolasi.

Jenis insulasi internal dan bahan yang digunakan untuk produksinya.

Beberapa jenis insulasi internal digunakan pada instalasi tegangan tinggi dan peralatan sistem tenaga. Yang paling umum adalah isolasi kertas-diresapi (kertas-minyak), isolasi penghalang minyak, isolasi berbasis mika, plastik dan gas.

Varietas ini memiliki kelebihan dan kekurangan tertentu dan memiliki area penerapannya sendiri. Namun, mereka berbagi beberapa sifat umum:

• sifat kompleks dari ketergantungan kekuatan dielektrik pada durasi pemaparan tegangan;

• dalam banyak kasus, penghancuran yang tidak dapat diubah dengan penghancuran;

• pengaruh pada perilaku selama pengoperasian pengaruh mekanis, termal dan eksternal lainnya;

• dalam banyak kasus merupakan predisposisi penuaan.

Insulasi Kertas Diresapi (BPI)

Bahan awal adalah kertas isolasi listrik khusus dan minyak mineral (minyak bumi) atau dielektrik cair sintetik.

Insulasi yang diresapi kertas didasarkan pada lapisan kertas. Insulasi kertas yang diresapi gulungan (lebar gulungan hingga 3,5 m) digunakan di bagian kapasitor daya dan di busing (selongsong); pita (lebar pita dari 20 hingga 400 mm) — dalam struktur dengan konfigurasi elektroda yang relatif rumit atau panjang (selongsong kelas tegangan lebih tinggi, kabel daya). Lapisan insulasi pita dapat dililitkan pada elektroda dengan tumpang tindih atau dengan celah di antara belokan yang berdekatan.Setelah menggulung kertas, insulasi dikeringkan di bawah vakum pada suhu 100-120 ° C hingga tekanan sisa 0,1-100 Pa. Kertas tersebut kemudian diresapi dengan minyak degassed dengan baik di bawah vakum.

Cacat kertas pada insulasi yang diresapi kertas terbatas pada satu lapisan dan berulang kali tumpang tindih dengan lapisan lainnya. Kesenjangan tertipis antara lapisan dan sejumlah besar mikropori di kertas itu sendiri selama pengeringan vakum menghilangkan udara dan kelembapan dari insulasi, dan selama impregnasi, celah dan pori ini dapat diisi dengan minyak atau cairan impregnasi lainnya.

Kapasitor dan kertas kabel memiliki struktur yang homogen dan kemurnian kimia yang tinggi. Kertas kondensor adalah yang paling tipis dan paling murni. Kertas transformator digunakan dalam busing, transformator arus dan tegangan, serta elemen insulasi longitudinal transformator daya, autotransformer dan reaktor.

Untuk impregnasi insulasi kertas pada kabel berisi oli daya 110-500 kV, dengan oli viskositas rendah atau oli kabel sintetik, dan pada kabel hingga 35 kV — campuran berisi oli dengan viskositas tinggi.

Impregnasi dilakukan pada transformator daya dan pengukur serta busing minyak transformator… Penggunaan kapasitor daya kapasitor minyak (minyak bumi), bifenil terklorinasi atau penggantinya dan minyak jarak (dalam kapasitor impuls).

Minyak kabel minyak bumi dan kapasitor lebih halus daripada minyak trafo.

Bifenil terklorinasi memiliki konstanta dielektrik relatif tinggi, peningkatan resistensi terhadap pelepasan parsial (PD) dan tidak mudah terbakar, beracun dan berbahaya bagi lingkungan. Oleh karena itu, skala penggunaannya berkurang tajam, digantikan oleh cairan yang ramah lingkungan.

Untuk mengurangi kerugian dielektrik pada kapasitor daya, isolasi gabungan digunakan, di mana lapisan kertas diselingi dengan lapisan film polipropilen, yang besarnya lebih kecil dari kertas yang tidak diolah. Isolasi semacam itu memiliki kekuatan listrik yang lebih tinggi.

Kerugian dari insulasi yang diresapi kertas adalah suhu operasi yang diizinkan rendah (tidak lebih dari 90 ° C) dan mudah terbakar.

Isolasi penghalang minyak (diisi minyak) (MBI).

Isolasi ini didasarkan pada minyak transformator. Ini memastikan pendinginan struktur yang baik karena sirkulasi spontan atau paksa.

Bahan dielektrik padat juga merupakan bagian dari isolasi penghalang minyak - karton listrik, kertas kabel, dll. Mereka memberikan kekuatan mekanis pada struktur dan digunakan untuk meningkatkan kekuatan dielektrik isolasi penghalang minyak. Sekat terbuat dari karton listrik dan elektroda ditutupi dengan lapisan kertas kabel. Penghalang meningkatkan kekuatan dielektrik isolasi dengan penghalang minyak sebesar 30-50%, membagi celah isolasi menjadi sejumlah saluran sempit, membatasi jumlah partikel pengotor yang dapat mendekati elektroda dan berpartisipasi dalam inisiasi proses pelepasan.

Kekuatan listrik insulasi penghalang minyak ditingkatkan dengan menutupi elektroda berbentuk kompleks dengan lapisan tipis bahan polimer, dan dalam kasus elektroda berbentuk sederhana dengan isolasi dengan lapisan pita kertas.

Teknologi produksi insulasi dengan penghalang minyak meliputi perakitan struktur, pengeringan di bawah vakum pada suhu 100-120 ° C dan pengisian (impregnasi) di bawah vakum dengan minyak degassed.

Keuntungan dari insulasi penghalang oli termasuk kesederhanaan relatif dari desain dan teknologi produksinya, pendinginan intensif bagian aktif peralatan (belitan, sirkuit magnetik), serta kemungkinan memulihkan kualitas insulasi selama operasi. dengan mengeringkan struktur dan mengganti oli.

Kerugian isolasi dengan penghalang minyak adalah kekuatan listrik yang lebih rendah daripada isolasi minyak kertas, bahaya kebakaran dan ledakan struktur, kebutuhan akan perlindungan khusus terhadap kelembaban selama operasi.

Isolasi isolasi minyak digunakan sebagai isolasi utama pada transformator daya dengan tegangan nominal 10 hingga 1150 kV, pada autotransformer dan reaktor dengan kelas tegangan yang lebih tinggi.

Insulasi berbahan dasar mika memiliki kelas ketahanan panas B (hingga 130 ° C). Mika memiliki kekuatan dielektrik yang sangat tinggi (pada orientasi medan listrik tertentu relatif terhadap struktur kristal), tahan terhadap pelepasan sebagian, dan sangat tahan terhadap panas. Berkat sifat-sifat ini, mika merupakan bahan yang sangat diperlukan untuk mengisolasi belitan stator dari mesin berputar besar. Bahan awal utama adalah strip mika atau strip mika kaca.

Micalenta adalah lapisan pelat mika yang dihubungkan dengan pernis satu sama lain dan dengan substrat yang terbuat dari kertas khusus atau selotip kaca. Mikalenta digunakan dalam apa yang disebut insulasi kompleks, proses produksinya meliputi penggulungan beberapa lapisan pita mika, impregnasi dengan senyawa bitumen di bawah pemanasan dan pengepresan vakum. Operasi ini diulangi setiap lima hingga enam lapisan sampai diperoleh ketebalan insulasi yang diperlukan. Insulasi kompleks saat ini digunakan pada mesin kecil dan menengah.

Isolasi dari strip mika kaca dan senyawa impregnasi termoseting lebih sempurna.

Pita mika terdiri dari satu lapis kertas mika setebal 0,04 mm dan satu atau dua lapis selotip kaca setebal 0,04 mm. Komposisi seperti itu memiliki kekuatan mekanik yang cukup tinggi (karena substrat) dan kualitas mika yang disebutkan di atas.

Strip mika dan komposisi impregnasi berdasarkan resin epoksi dan poliester digunakan untuk membuat insulasi termoset, yang tidak melunak saat dipanaskan, mempertahankan kekuatan mekanik dan listrik yang tinggi. Jenis isolasi termoset yang digunakan di negara kita disebut "mika", "monolit", "monoterm", dll. Insulasi termoseting digunakan pada belitan stator turbo besar dan generator hidro, motor dan kompensator sinkron dengan tegangan nominal hingga 36 kV.

Insulasi plastik pada skala industri digunakan pada kabel listrik untuk tegangan hingga 220 kV dan pada kabel impuls. Bahan dielektrik utama dalam kasus ini adalah polietilen densitas rendah dan tinggi. Yang terakhir memiliki sifat mekanik yang lebih baik tetapi kurang dapat dikerjakan karena suhu pelunakan yang lebih tinggi.

Insulasi plastik pada kabel diapit di antara pelindung semikonduktor yang terbuat dari polietilen berisi karbon. Layar pada kabel pembawa arus, insulasi polietilen dan pelindung luar diaplikasikan dengan ekstrusi (ekstrusi). Beberapa jenis kabel impuls menggunakan interlayer pita fluoroplastik.Dalam beberapa kasus, polivinil klorida digunakan untuk selubung kabel pelindung.

Isolasi gas

Ini digunakan untuk melakukan isolasi gas dalam struktur tegangan tinggi Gas SF6 atau sulfur heksafluorida… Ini adalah gas tidak berwarna dan tidak berbau sekitar lima kali lebih berat dari udara.Ini memiliki kekuatan terbesar dibandingkan dengan gas inert seperti nitrogen dan karbon dioksida.

Gas SF6 murni tidak berbahaya, tidak aktif secara kimia, telah meningkatkan kemampuan pembuangan panas dan merupakan media penekan busur yang sangat baik; tidak membakar atau mempertahankan pembakaran. Kekuatan dielektrik gas SF6 dalam kondisi normal kira-kira 2,5 kali kekuatan dielektrik udara.

Kekuatan dielektrik gas SF6 yang tinggi dijelaskan oleh fakta bahwa molekulnya dengan mudah mengikat elektron, membentuk ion negatif yang stabil. Oleh karena itu, proses penggandaan elektron dalam medan listrik yang kuat, yang merupakan dasar dari pengembangan pelepasan listrik, menjadi sulit.

Dengan meningkatnya tekanan, kekuatan dielektrik gas SF6 meningkat hampir sebanding dengan tekanan dan bisa lebih tinggi daripada dielektrik cair dan beberapa dielektrik padat. Tekanan operasi tertinggi dan karenanya tingkat kekuatan dielektrik tertinggi SF6 dalam struktur isolasi dibatasi oleh kemungkinan pencairan SF6 pada suhu rendah, misalnya suhu pencairan SF6 pada tekanan 0,3 MPa adalah -45 ° C dan pada 0,5 MPa adalah -30 ° C. Suhu seperti itu untuk peralatan luar ruangan yang dimatikan sangat mungkin terjadi di musim dingin di banyak bagian negara.

Struktur pendukung isolasi yang terbuat dari isolasi epoksi cor digunakan untuk mengamankan bagian aktif yang dikombinasikan dengan gas SF6.

Gas SF6 digunakan dalam pemutus arus, kabel, dan gardu kedap udara (GRU) untuk tegangan 110 kV ke atas dan merupakan bahan isolasi yang sangat menjanjikan.

Pada suhu di atas 3000 °C, penguraian gas SF6 dapat dimulai dengan pelepasan atom fluor bebas.Zat beracun gas terbentuk. Kemungkinan kemunculannya ada untuk beberapa jenis sakelar yang dirancang untuk memutuskan arus hubung singkat yang besar. Karena sakelar tertutup rapat, pelepasan gas beracun tidak berbahaya bagi personel pengoperasian dan lingkungan, tetapi tindakan pencegahan khusus harus dilakukan saat memperbaiki dan membuka sakelar.