电气装置内绝缘的主要种类及电气特性

电气装置内部绝缘的一般特性

内绝缘是指绝缘结构中绝缘介质为液态、固态或气态电介质或其组合，不与大气直接接触的部分。

使用室内隔热材料而不是环境空气的可取性或必要性是由于多种原因造成的。

首先，内部绝缘材料具有显着更高的抗电强度（5-10倍或更多），可以大幅缩短导线之间的绝缘距离，减小设备的尺寸。从经济角度来看，这很重要。

其次，内部绝缘的各个元件执行电线的机械紧固功能；在某些情况下，液体电介质会显着改善整个结构的冷却条件。

高压结构中的内部绝缘元件在运行过程中会承受强大的电、热和机械负载。在这些影响的影响下，绝缘的介电性能恶化，绝缘“老化”并失去其电气强度。

热效应是由设备有源部件（电线和磁路）中的热量释放以及绝缘本身的介电损耗引起的。在温度升高的条件下，绝缘材料中的化学过程会显着加速，从而导致其性能逐渐恶化。

机械负载对内部绝缘来说是危险的，因为构成它的固体电介质会出现微裂纹，然后在强电场的作用下会发生局部放电并加速绝缘老化。

对内部绝缘的一种特殊形式的外部影响是由与环境的接触以及在安装泄漏的情况下绝缘受污染和受潮的可能性引起的。弄湿绝缘层会导致漏电电阻急剧下降和介电损耗增加。

作为电介质的绝缘特性

绝缘主要用直流电阻、介电损耗和电气强度来表征。电气等效隔离电路可以通过并联电容器和电阻器来表示。对此，当对绝缘施加恒定电压时，其中的电流呈指数下降，测得的电阻值相应增加。从中确定的绝缘电阻 R 值表征了绝缘的外部污染和其中存在的通过电流路径。此外，水化绝缘还可以通过容量的绝对值及其变化的动态来表征。

电气设备内部绝缘的破坏

在高压故障的情况下，内部绝缘完全或部分失去其介电强度。大多数类型的内绝缘属于不可恢复绝缘，其击穿意味着对结构的不可逆损坏。这意味着内绝缘必须具有比外绝缘更高的介电强度，即在整个使用寿命期间完全排除故障的水平。

内绝缘损伤的不可逆性使得新型内绝缘和新开发的高、特高压设备大型绝缘结构的实验数据积累变得非常复杂。毕竟，每块大而昂贵的绝缘材料只能进行一次故障测试。

用于产生电气设备内部绝缘的电介质

电介质用于生产高压内绝缘的设备必须具备高电气、热物理和机械性能的复合体，并提供： 所需的介电强度水平，以及绝缘结构所需的热和机械特性，尺寸满足整个装置的技术经济指标高。

介电材料还必须：

• 具有良好的技术性能，即必须适用于高通量内部隔离过程；

• 满足环境要求，即在运行过程中不得含有或形成有毒产物，全部资源用完后，必须在不污染环境的情况下进行加工或销毁；

• 不稀缺，并且具有使隔离结构在经济上可行的价格。

在某些情况下，由于特定类型设备的特殊性，可能会在上述要求中增加其他要求。例如，电力电容器的材料必须具有更高的介电常数；配电室材料——对热冲击和电弧具有高抵抗力。

制造和运行各种高压设备的长期实践表明，在许多情况下，当将多种材料组合用作内部绝缘的一部分、相互补充并执行略有不同的功能时，可以最好地满足整套要求.

因此，只有固体电介质材料才能提供绝缘结构的机械强度；它们通常具有最高的介电强度。由具有高机械强度的固体电介质制成的部件可以充当电线的机械锚。

高强度气体和液体电介质很容易填充任何配置的绝缘间隙，包括最小的间隙、孔隙和裂缝，从而显着提高介电强度，尤其是从长远来看。

由于绝缘液体的自然或强制循环，液体电介质的使用在某些情况下可以显着改善冷却条件。

内部绝缘的类型及其生产所用的材料。

高压装置和电力系统设备中使用了几种类型的内部绝缘。最常见的是纸浸（纸油）绝缘、油屏障绝缘、云母基绝缘、塑料和气体。

这些品种各有优缺点，各有应用领域。但是，它们具有一些共同的属性：

• 介电强度对电压暴露时间依赖性的复杂性；

• 在大多数情况下，通过拆除进行不可逆转的破坏；

• 机械、热和其他外部影响在操作过程中对行为的影响；

• 在大多数情况下是衰老的倾向。

浸渍纸绝缘 (BPI)

起始材料是特殊的电绝缘纸和矿物（石油）油或合成液体电介质。

纸浸绝缘基于纸层。卷浸纸绝缘（卷宽达 3.5 m）用于电力电容器部分和套管（套管）；胶带（胶带宽度从 20 到 400 毫米）——在具有相对复杂配置或较长长度的电极的结构中（更高电压等级的套管、电力电缆）。绝缘带层可以重叠缠绕在电极上，也可以在相邻匝之间留有间隙。卷纸后，绝缘在100-120℃的温度下真空干燥至残余压力为0.1-100Pa。然后在真空下用充分脱气的油浸渍纸。

纸浸绝缘材料中的纸质缺陷仅限于一层，并与其他层重复重叠。在真空干燥过程中，层间最薄的缝隙和纸本身的大量微孔去除了绝缘材料中的空气和水分，而在浸渍过程中，这些缝隙和孔隙被油或其他浸渍液体可靠地填充。

电容器和电缆纸具有均匀的结构和高化学纯度。冷凝纸是最薄和最纯净的。变压器纸用于套管、电流和电压互感器，以及电力变压器的纵向绝缘元件， 自耦变压器 和反应堆。

用于浸渍 110-500 kV 电力充油电缆中的纸绝缘，使用低粘度油或合成电缆油，以及高达 35 kV 的电缆 - 粘度增加的充油混合物。

在电力和测量变压器和套管中进行浸渍 变压器油… 使用电力电容器电容器油（石油）、氯化联苯或其替代品和蓖麻油（在脉冲电容器中）。

石油电缆和电容器油比变压器油精炼得更彻底。

氯化联苯具有高相对介电常数、增强的抗局部放电 (PD) 性和不可燃性，它们对环境有毒且有害。因此，它们的使用规模急剧减少，取而代之的是环保液体。

为了减少电力电容器中的介电损耗，使用了组合绝缘，其中纸层与聚丙烯薄膜层交替，比未经处理的纸小一个数量级。这种绝缘具有较高的电气强度。

绝缘纸浸渍的缺点是允许的工作温度低（不超过 90°C）和易燃性。

隔油（充油）绝缘 (MBI)。

这种绝缘基于变压器油。由于自发或强制循环，它确保了结构的良好冷却。

固体介电材料也是隔油绝缘的一部分——电气纸板、电缆纸等。它们为结构提供机械强度，并用于增加油屏障绝缘的介电强度。挡板由电气纸板制成，电极上覆盖有层层电缆纸。屏障将带油屏障的绝缘体的介电强度提高 30-50%，将绝缘间隙分成许多狭窄的通道，它们限制了可以接近电极并参与放电过程启动的杂质颗粒的数量。

通过用一层薄的聚合物材料覆盖复杂形状的电极来增加油屏障绝缘的电气强度，并且在简单形状的电极的情况下通过用纸带层绝缘来增加。

生产隔油绝缘材料的技术包括组装结构、在 100-120°C 的温度下进行真空干燥以及在真空下用脱气油填充（浸渍）。

隔油绝缘的优点包括其设计和生产技术相对简单、设备活动部件（绕组、磁路）的集中冷却以及在运行期间恢复绝缘质量的可能性通过干燥结构和改变油。

带隔油层的绝缘层的缺点是电气强度低于纸油绝缘层、火灾和结构爆炸的危险、运行期间需要特殊的防潮保护。

油绝缘绝缘用作额定电压为 10 至 1150 kV 的电力变压器、自耦变压器和更高电压等级的电抗器中的主要绝缘。

云母基绝缘材料具有 B 级耐热性（最高 130°C）。云母具有非常高的介电强度（在电场相对于晶体结构的特定方向上），抗局部放电，并且高度耐热。由于这些特性，云母是用于绝缘大型旋转机器定子绕组的不可或缺的材料。主要原料为云母带或玻璃云母带。

Micalenta 是一层云母板，通过清漆相互连接，并带有由特殊纸或玻璃带制成的基板。 Mikalenta 用于所谓的复合绝缘，其生产过程包括缠绕数层云母带，在真空加热和压制下浸渍沥青化合物。这些操作每五到六层重复一次，直到获得所需的绝缘厚度。复合绝缘目前用于中小型机器。

玻璃云母带和热固性浸渍化合物的绝缘效果更佳。

云母带由一层0.04mm厚的云母纸和一层或两层0.04mm厚的玻璃带组成。这种组合物具有足够高的机械强度（由于基材）和云母的上述品质特征。

基于环氧树脂和聚酯树脂的云母条和浸渍组合物用于制造热固性绝缘材料，加热时不会软化，并保持较高的机械强度和电气强度。我国使用的热固性绝缘材料种类有“云母”、“单层”、“单层”等。热固性绝缘用于额定电压高达 36 kV 的大型涡轮和水力发电机、电动机和同步补偿器的定子绕组。

工业规模的塑料绝缘用于电压高达 220 kV 的电力电缆和脉冲电缆。这些情况下的主要介电材料是低密度和高密度聚乙烯。后者具有更好的机械性能，但由于其较高的软化温度而不易加工。

电缆中的塑料绝缘层夹在由碳填充聚乙烯制成的半导体屏蔽层之间。载流导线上的屏蔽层、聚乙烯绝缘层和外屏蔽层采用挤压（挤塑）工艺。一些类型的脉冲电缆使用氟塑料带夹层，在某些情况下，聚氯乙烯用于保护电缆护套。

气体绝缘

它用于在高压结构中进行气体绝缘 SF6气体或六氟化硫……它是一种无色无味的气体，比空气重约五倍。与氮气和二氧化碳等惰性气体相比，它具有最大的强度。

纯SF6气体无害，化学惰性，增加散热能力，是很好的消弧介质；不燃烧或持续燃烧。正常情况下SF6气体的介电强度约为空气的2.5倍。

SF6 气体的高介电强度是由于其分子很容易结合电子，形成稳定的负离子。因此，作为放电发展基础的强电场中的电子倍增过程变得困难。

随着压力的增加，SF6 气体的介电强度几乎与压力成正比，并且可能高于液体和某些固体电介质的介电强度。 SF6在绝缘结构中的最高工作压力，因此最高水平的介电强度受到SF6在低温下液化的可能性的限制，例如SF6在0.3MPa压力下的液化温度为-45°C . 在 0.5 MPa 时，它是 -30 ° C。在该国许多地方的冬天，关闭户外设备的这种温度是很可能的。

由浇注环氧树脂绝缘制成的绝缘支撑结构与 SF6 气体一起用于保护带电部件。

SF6 气体用于 110 kV 及以上电压的断路器、电缆和密封开关设备 (GRU)，是一种非常有前途的绝缘材料。

在 3000°C 以上的温度下，SF6 气体的分解会开始释放游离氟原子。形成气态有毒物质。对于设计用于断开大短路电流的某些类型的开关，它们存在发生的可能性。由于开关是密封的，有毒气体的释放不会对操作人员和环境造成危险，但在修理和打开开关时必须采取特殊的预防措施。