電氣裝置內絕緣的主要種類及電氣特性

電氣裝置內部絕緣的一般特性

內絕緣是指絕緣結構中絕緣介質為液態、固態或氣態電介質或其組合，不與大氣直接接觸的部分。

使用室內隔熱材料而不是環境空氣的可取性或必要性是由於多種原因造成的。

首先，內部絕緣材料具有顯著更高的抗電強度（5-10倍或更多），可以大幅縮短導線之間的絕緣距離，減小設備的尺寸。從經濟角度來看，這很重要。

其次，內部絕緣的各個元件執行電線的機械緊固功能；在某些情況下，液體電介質會顯著改善整個結構的冷卻條件。

高壓結構中的內部絕緣元件在運行過程中會承受強大的電、熱和機械負載。在這些影響的影響下，絕緣的介電性能惡化，絕緣“老化”並失去其電氣強度。

熱效應是由設備有源部件（電線和磁路）中的熱量釋放以及絕緣本身的介電損耗引起的。在溫度升高的條件下，絕緣材料中的化學過程會顯著加速，從而導致其性能逐漸惡化。

機械負載對內部絕緣來說是危險的，因為構成它的固體電介質會出現微裂紋，然後在強電場的作用下會發生局部放電並加速絕緣老化。

對內部絕緣的一種特殊形式的外部影響是由與環境的接觸以及在安裝洩漏的情況下絕緣受污染和受潮的可能性引起的。弄濕絕緣層會導致漏電電阻急劇下降和介電損耗增加。

作為電介質的絕緣特性

絕緣主要用直流電阻、介電損耗和電氣強度來表徵。電氣等效隔離電路可以通過並聯電容器和電阻器來表示。對此，當對絕緣施加恆定電壓時，其中的電流呈指數下降，測得的電阻值相應增加。從中確定的絕緣電阻 R 值表徵了絕緣的外部污染和其中存在的通過電流路徑。此外，水化絕緣還可以通過容量的絕對值及其變化的動態來表徵。

電氣設備內部絕緣的破壞

在高壓故障的情況下，內部絕緣完全或部分失去其介電強度。大多數類型的內絕緣都屬於不可恢復絕緣，其擊穿意味著對結構的不可逆損壞。這意味著內絕緣必須具有比外絕緣更高的介電強度，即在整個使用壽命期間完全排除故障的水平。

內絕緣損傷的不可逆性使得新型內絕緣和新開發的高、特高壓設備大型絕緣結構的實驗數據積累變得非常複雜。畢竟，每塊大而昂貴的絕緣材料只能進行一次故障測試。

用於產生電氣設備內部絕緣的電介質

電介質用於生產高壓內絕緣的設備必須具備高電氣、熱物理和機械性能的複合體，並提供： 所需的介電強度水平，以及絕緣結構所需的熱和機械特性，尺寸滿足整個裝置的技術經濟指標高。

介電材料還必須：

• 具有良好的技術性能，即必須適用於高通量內部隔離過程；

• 滿足環境要求，即在運行過程中不得含有或形成有毒產物，在全部資源用完後，必須在不污染環境的情況下進行加工或銷毀；

• 不稀缺，並且具有使隔離結構在經濟上可行的價格。

在某些情況下，由於特定類型設備的特殊性，可能會在上述要求中增加其他要求。例如，電力電容器的材料必須具有更高的介電常數；配電室材料——對熱衝擊和電弧具有高抵抗力。

創建和運行各種高壓設備的長期實踐表明，在許多情況下，當將多種材料組合用作內部絕緣的一部分、相互補充並執行略有不同的功能時，可以最好地滿足整套要求.

因此，只有固體電介質材料才能提供絕緣結構的機械強度；它們通常具有最高的介電強度。由具有高機械強度的固體電介質製成的部件可以用作電線的機械錨。

高強度氣體和液體電介質可輕鬆填充任何配置的絕緣間隙，包括最小的間隙、孔隙和裂縫，從而顯著提高介電強度，尤其是在長期內。

由於絕緣液體的自然或強制循環，液體電介質的使用在某些情況下可以顯著改善冷卻條件。

內部絕緣的類型及其生產所用的材料。

高壓裝置和電力系統設備中使用了幾種類型的內部絕緣。最常見的是紙浸（紙油）絕緣、油屏障絕緣、雲母基絕緣、塑料和氣體。

這些品種各有優缺點，各有應用領域。但是，它們具有一些共同的屬性：

• 介電強度對電壓暴露時間依賴性的複雜性；

• 在大多數情況下，通過拆除進行不可逆轉的破壞；

• 機械、熱和其他外部影響在操作過程中對行為的影響；

• 在大多數情況下是衰老的傾向。

浸漬紙絕緣 (BPI)

起始材料是特殊的電絕緣紙和礦物（石油）油或合成液體電介質。

紙浸絕緣基於紙層。卷浸紙絕緣（卷寬達 3.5 m）用於電力電容器部分和套管（套管）；膠帶（膠帶寬度從 20 到 400 毫米）— 在具有相對複雜配置或較長長度的電極的結構中（更高電壓等級的套管、電力電纜）。絕緣帶層可以重疊纏繞在電極上，也可以在相鄰匝之間留有間隙。捲紙後，絕緣在100-120℃的溫度下真空乾燥至殘餘壓力為0.1-100Pa。然後在真空下用充分脫氣的油浸漬紙。

紙浸絕緣材料中的紙質缺陷僅限於一層，並與其他層重複重疊。在真空乾燥過程中，層間最薄的縫隙和紙本身的大量微孔去除了絕緣材料中的空氣和水分，而在浸漬過程中，這些縫隙和孔隙被油或其他浸漬液體可靠地填充。

電容器和電纜紙具有均勻的結構和高化學純度。冷凝紙是最薄和最純淨的。變壓器紙用於套管、電流和電壓互感器，以及電力變壓器的縱向絕緣元件， 自耦變壓器 和反應堆。

用於浸漬 110-500 kV 電力充油電纜中的紙絕緣，使用低粘度油或合成電纜油，以及高達 35 kV 的電纜 - 粘度增加的充油混合物。

在電力和測量變壓器和套管中進行浸漬 變壓器油… 使用電力電容器電容器油（石油）、氯化聯苯或其替代品和蓖麻油（在脈衝電容器中）。

石油電纜和電容器油比變壓器油精煉得更徹底。

氯化聯苯具有高相對介電常數、增強的抗局部放電 (PD) 性和不可燃性，它們對環境有毒且有害。因此，它們的使用規模急劇減少，取而代之的是環保液體。

為了減少電力電容器中的介電損耗，使用了組合絕緣，其中紙層與聚丙烯薄膜層交替，比未經處理的紙小一個數量級。這種絕緣具有較高的電氣強度。

絕緣紙浸漬的缺點是允許的工作溫度低（不超過 90°C）和易燃性。

隔油（充油）絕緣 (MBI)。

這種絕緣基於變壓器油。由於自發或強制循環，它確保了結構的良好冷卻。

固體介電材料也是隔油絕緣的一部分——電氣紙板、電纜紙等。它們為結構提供機械強度，並用於增加油屏障絕緣的介電強度。擋板由電氣紙板製成，電極上覆蓋有層層電纜紙。屏障將帶油屏障的絕緣體的介電強度提高 30-50%，將絕緣間隙分成許多狹窄的通道，它們限制了可以接近電極並參與放電過程啟動的雜質顆粒的數量。

通過用一層薄的聚合物材料覆蓋複雜形狀的電極來增加油屏障絕緣的電氣強度，並且在簡單形狀的電極的情況下通過用紙帶層絕緣來增加。

生產隔油絕緣材料的技術包括組裝結構、在 100-120°C 的溫度下進行真空乾燥以及在真空下用脫氣油填充（浸漬）。

隔油絕緣的優點包括其設計和生產技術相對簡單、設備活動部件（繞組、磁路）的集中冷卻以及在運行期間恢復絕緣質量的可能性通過乾燥結構和改變油。

帶隔油層的絕緣層的缺點是電氣強度低於紙油絕緣層、火災和結構爆炸的危險、運行期間需要特殊的防潮保護。

油絕緣絕緣用作額定電壓為 10 至 1150 kV 的電力變壓器、自耦變壓器和更高電壓等級的電抗器中的主要絕緣。

雲母基絕緣材料具有 B 級耐熱性（最高 130°C）。雲母具有非常高的介電強度（在電場相對於晶體結構的特定方向上），抗局部放電，並且高度耐熱。由於這些特性，雲母是用於絕緣大型旋轉機器定子繞組的不可或缺的材料。主要原料為雲母帶或玻璃雲母帶。

Micalenta 是一層雲母板，通過清漆相互連接，並帶有由特殊紙或玻璃帶製成的基板。 Mikalenta 用於所謂的複合絕緣，其生產過程包括纏繞數層雲母帶，在真空加熱和壓制下浸漬瀝青化合物。這些操作每五到六層重複一次，直到獲得所需的絕緣厚度。複合絕緣目前用於中小型機器。

玻璃雲母帶和熱固性浸漬化合物的絕緣效果更佳。

雲母帶由一層0.04mm厚的雲母紙和一層或兩層0.04mm厚的玻璃帶組成。這種組合物具有足夠高的機械強度（由於基材）和雲母的上述品質特徵。

基於環氧樹脂和聚酯樹脂的雲母條和浸漬組合物用於製造熱固性絕緣材料，加熱時不會軟化，並保持較高的機械強度和電氣強度。我國使用的熱固性絕緣材料種類有“雲母”、“單層”、“單層”等。熱固性絕緣用於額定電壓高達 36 kV 的大型渦輪和水力發電機、電動機和同步補償器的定子繞組。

工業規模的塑料絕緣用於電壓高達 220 kV 的電力電纜和脈衝電纜。這些情況下的主要介電材料是低密度和高密度聚乙烯。後者俱有更好的機械性能，但由於其較高的軟化溫度而不易加工。

電纜中的塑料絕緣層夾在由碳填充聚乙烯製成的半導體屏蔽層之間。載流導線上的屏蔽層、聚乙烯絕緣層和外屏蔽層採用擠壓（擠塑）工藝。一些類型的脈衝電纜使用氟塑料帶夾層，在某些情況下，聚氯乙烯用於保護電纜護套。

氣體絕緣

它用於在高壓結構中進行氣體絕緣 SF6氣體或六氟化硫……它是一種無色無味的氣體，比空氣重約五倍。與氮氣和二氧化碳等惰性氣體相比，它具有最大的強度。

純SF6氣體無害，化學惰性，增加散熱能力，是很好的消弧介質；不燃燒或持續燃燒。正常情況下SF6氣體的介電強度約為空氣的2.5倍。

SF6 氣體的高介電強度是由於其分子很容易結合電子，形成穩定的負離子。因此，作為放電發展基礎的強電場中的電子倍增過程變得困難。

隨著壓力的增加，SF6 氣體的介電強度幾乎與壓力成正比，並且可能高於液體和某些固體電介質的介電強度。 SF6在絕緣結構中的最高工作壓力，因此最高水平的介電強度受到SF6在低溫下液化的可能性的限制，例如SF6在0.3MPa壓力下的液化溫度為-45°C . 在 0.5 MPa 時，它是 -30 ° C。在該國許多地方的冬天，關閉戶外設備的這種溫度是很可能的。

由澆注環氧樹脂絕緣材料製成的絕緣支撐結構與 SF6 氣體一起用於固定帶電部件。

SF6 氣體用於 110 kV 及以上電壓的斷路器、電纜和密封開關設備 (GRU)，是一種非常有前途的絕緣材料。

在 3000°C 以上的溫度下，SF6 氣體的分解會開始釋放游離氟原子。形成氣態有毒物質。對於設計用於斷開大短路電流的某些類型的開關，它們存在發生的可能性。由於開關是密封的，有毒氣體的釋放不會對操作人員和環境造成危險，但在修理和打開開關時必須採取特殊的預防措施。