Виды изоляции в электроустановках

Содержание:

1. Требования к изоляции электрооборудования;
2. Что такое диэлектрическая прочность?;
3. Температурные условия использования;
4. Внешняя изоляция;
5. Внутренняя изоляция.

Одной из наиболее значимых составляющих эффективной, безопасной работы любых электросетей является качественная изоляция. Она создает защиту людей, зданий, оборудования от опасных факторов, связанных с короткими замыканиями и утечками электротока, воздействием электрического напряжения. Изоляция в электроустановках изготавливается с использованием специальных материалов, характеризующихся высокими диэлектрическими свойствами. Она защищает элементы электросети от утечек тока, обеспечивает безопасную эксплуатацию, не допускает возникновения коротких замыканий, повышает срок службы электрического оборудования.

Требования к изоляции электрооборудования

В настоящее время в нашей стране используется несколько нормативных документов, определяющих требования и стандарты изоляции электроустановок.

К числу такой документации относятся:

• ГОСТ 15150-69. В этом документе перечислены основные требования, которым должна соответствовать электрическая изоляция при использовании в разных условиях.
• Правила устройства электроустановок. Регламентируют особенности изоляционных систем для электросетей разных типов.
• ГОСТ Р50571. Свод стандартов, разработанных для низковольтного оборудования. Включает в себя требования к испытаниям, изоляционным материалам и т.д.

Что такое диэлектрическая прочность?

Понятием «диэлектрическая прочность» обозначают способность материала выдерживать определенное напряжение. К нему относятся следующие характеристики:

• Рабочее напряжение. Уровень напряжения может быть разным. В низковольтных сетях оно не бывает более 380 В, а на высоковольтных линиях способно превышать 110 кВ. Эту характеристику необходимо учитывать при выборе изоляционных материалов.
• Класс изоляции. Существует несколько таких классов, каждый из которых подходит для конкретных условий использования. Они указывают, какую максимальную температуру способен выдерживать изолирующий материал в течение длительного времени.

Температурные условия использования

Электрооборудование нагревается в время работы, поэтому на изоляционные материалы во время его эксплуатации приходится постоянное тепловое воздействие.

При выборе материалов необходимо учитывать следующие температурные характеристики:

• Избыточное нагревание. Наблюдается при повышенной нагрузке. Не допустить разрушения или деформации позволяет использование устойчивых к кратковременному нагреву изоляционных материалов.
• Номинальная температура внешней среды. Для большинства стандартных установок, используемых при нормальной температуре, этот показатель составляет 25°C. При эксплуатации оборудования в условиях экстремальных температур, к изоляции предъявляются более строгие требования.

Устойчивость к химическим воздействиям

В некоторых установках и помещениях на электрооборудование воздействуют химически агрессивные вещества. Для использования с таких условиях изоляцию изготавливают с помощью специальных материалов, характеризующихся устойчивостью к щелочам, кислотам, смазочным составам, растворителям, повышенной влажности.

Оборудование, применяемое в химически агрессивных средах, часто изолируют с помощью силиконовых или эпоксидных компаундов, отличающихся высокой влагостойкостью и устойчивостью к химическим воздействиям.

Внешняя изоляция

В настоящее время используется два основных вида изоляции электроустановок:

• внешняя;
• внутренняя.

В некоторых конструкциях внешняя изоляция электроустановок используется параллельно с внутренней. При использовании внешней изоляции функцию основного диэлектрика выполняет атмосферный воздух. Изолирующий эффект в этом случае создается за счет создания между электродами изоляционных промежутков. Их помещают между проводами ЛЭП, внешними токоведущими составляющими электрических аппаратов, шинами распределительных устройств и пр. Изолируемые электроды должны быть расположены на определенном расстоянии от поверхности земли и друг от друга. С помощью изоляторов их закрепляют в нужном положении.

На уровень электрической прочности влияет количество загрязнений на поверхности изоляторов наружной установки. Также этот показатель зависим от метеорологических условий: абсолютной прочности воздуха, температуры, давления, количества атмосферных осадков. Поэтому при выборе воздушных изоляционных промежутков исходят из того, каким должен быть показатель электрической прочности при максимально неблагоприятных показателях давления, влажности, температуры воздуха.

Измерение электрической прочности изоляторов осуществляют в разных условиях. Эту характеристику изменяют, когда поверхности изоляторов сухие и чистые, чистые и увлажненные, увлажненные и смачиваемые дождем. Установленные во время таких измерений разрядные напряжения носят названия сухоразрядные, мокроразрядные и влаго- или грязеразрядные соответственно.

Использование диэлектрических свойств атмосферного воздуха в энергоустановках разных классов напряжения целесообразно благодаря простоте создания и невысокой стоимости изоляции. Еще одним преимуществом воздушной изоляции является ее способность после устранения причины пробоя в полной мере восстанавливать электрическую прочность. Воздух, являющийся в этом случае главным диэлектриком, не стареет. Поэтому средние его характеристики не изменяются с течением времени вне зависимости от режимов и особенностей работы электрооборудования.

Внутренняя изоляция 

К внутренней относится изоляция следующих элементов:

• обмоток трансформаторов;
• конденсаторов;
• кабелей;
• вводов;
• между контактами выключателя, находящегося в выключенном состоянии и пр.

Изоляционной средой в этом случае являются различные диэлектрики (твердые, жидкие, газообразны), не контактирующие с атмосферным воздухом. Также могут использоваться комбинации диэлектриков разного вида, например, твердых и газообразных или твердых и жидких.

Необходимость либо целесообразность использования внутренней изоляции вместо атмосферного воздуха продиктована несколькими объективными причинами. Используемые для ее изготовления материалы обладают большей электрической прочностью. Это дает возможность уменьшить изоляционные расстояния, сделав оборудование более компактным и снизив затраты на его изготовление. Некоторые элементы, кроме основной, выполняют еще одну функцию – удерживают проводники в определенном месте, служа механическими креплениями. Дополнительной функцией жидких диэлектриков является существенное улучшение условий для охлаждения конструкции.

На внутренние изолирующие элементы во время их эксплуатации приходятся повышенные электрические, механические, тепловые нагрузки. Это приводит к постепенному «старению» изоляционных материалов, снижению их диэлектрических характеристик, утрате электрической прочности. 

Из-за постоянных механических нагрузок в твердых диэлектриках способны образовываться многочисленные микротрещины. Под влиянием сильного электрического поля в этих микротрещинах впоследствии будут возникать частичные разряды, в результате чего старение изоляции ускорится. Если герметичность установки будет нарушена, может произойти резкий рост диэлектрических потерь из-за увлажнения и загрязнения конструкций. Поэтому у внутренней изоляции уровень электрической прочности должен быть выше, чем у внешней. Это позволит исключить риск пробоя в течение всего периода эксплуатации.

Используемые диэлектрические материалы должны соответствовать следующим требованиям:

• быть пригодными к изготовлению внутренних изоляционных элементов, иметь высокие технологические характеристики;
• не выделять токсичные продукты в процессе эксплуатации, поддаваться уничтожению или переработке после завершения срока эксплуатации без вреда для окружающей среды;
• иметь доступную стоимость.

В некоторых случаях к диэлектрическим материалам выдвигаются дополнительные требования. Например, диэлектрики, используемые внутри камер выключателей, должны обладать повышенной устойчивостью к воздействиям электродуги и термоударам. А материалы, которые с помощью которых изолируются силовые конденсаторы, должны характеризоваться более высокой диэлектрической проницаемостью.

Как показывает практика изготовления и эксплуатации высоковольтного оборудования, удовлетворить все комплекс требований в большинстве случаев позволяет использование для изготовления внутренней изоляции сразу нескольких материалов, способных выполнять разные функции и органично дополнять действие друг друга. Твердые диэлектрики обеспечивают изоляционной конструкции необходимый уровень механической прочности. Также они обычно характеризуются высочайшей электрической прочностью. Зато жидкие диэлектрики существенно улучшают условия охлаждения благодаря принудительной либо естественной циркуляции изоляционной жидкости.