Изоляция и электричество – два неразрывных понятия. Основным назначением диэлектриков, материалов любой изоляции считается обеспечение прохождения электрического тока исключительно по тем цепям и в том направлении, которое предусматривает схема. Изоляция исключает вероятность:
- потерь электроэнергии,
- коротких замыканий сети,
- поражений электрическим током.
Главной характеристикой любого диэлектрика принято считать электрическую прочность, характеризующуюся минимальной величиной напряженности электрического поля, при которой происходит пробой диэлектрика. Существуют твердые, жидкие и газообразные диэлектрики, обладающие разной электрической прочностью, например для:
- слюды или кварца она может составлять 10⁶- 10⁷ В/см,
- жидкого диэлектрика колеблется в широких пределах и зависит от степени очистки,
- воздуха при нормальных условиях примерно 3х10⁴ В/см.
Очевидно, что изоляция высоковольтных цепей достаточно сложная задача.
Два типа высоковольтной изоляции
Условно высоковольтную изоляцию принято делить на два типа: внешнюю и внутреннюю. Внешняя изоляция представлена воздушными промежутками:
- между контактами высоковольтных вводов,
- шинами высоковольтных проводов и т.д.
Изолируемые проводники расположены на определенном расстоянии друг от друга и заземленных предметов. Изоляция воздушных зазоров и их величины рассчитываются с учетом электрической прочности воздуха и возможных изменений ее величин. При атмосферных изменениях, загрязнениях возможны пробои, однако этот тип изоляции восстанавливает свои свойства после устранения причин пробоя.
Внутренняя изоляция не связана с атмосферой, под ней подразумевают диэлектрические среды:
- в высоковольтных кабелях,
- обмоток силовых трансформаторов подстанций,
- между токоведущими частями в высоковольтном оборудовании и пр.
Данный вид изоляции представлен различными видами диэлектриков, среди которых нашлось место:
- вакуумной и газовой изоляции,
- жидкой и твердой разновидностям,
- бумажно-масляной изоляции,
- маслобарьерной изоляции.
Вакуум идеален, но трудно реализуем практически. В качестве газовой изоляции используется воздух, азот или элегаз (шестифтор – SF₆). Последний газ наиболее перспективен, поскольку при повышении давления его электрическая прочность стремится к величине твердых диэлектриков, кроме того для элегаза характерны прекрасные дугогасящие свойства и высокая, на порядок выше нежели у воздуха скорость восстановления изоляционных свойств.
Твердая изоляция бывает неорганического (стекло, электрофарфор, слюда) и органического (бумага, картон, гетинакс) происхождения. Кроме того эта группа представлена синтетическими материалами (фторопласт, полиэтилен, компаунды). Жидкие изоляторы – это в основном углеводороды минерального и растительного происхождения (конденсаторное, трансформаторное, касторовое и другие масла).
Бумажно-масляная изоляция представлена многослойной бумажной изоляцией, пропитанной минеральным маслом (трансформаторным, кабельным, конденсаторным), отличается высокой прочностью, низкими потерями и невысокой ценой. Маслобарьерная изоляция в своей основе имеет минеральное масло, увеличивают электрическую прочность специальные барьеры из электрокартона или бумаги.
Главным недостатком внутренней изоляции считается ее старение, снижение свойств в процессе эксплуатации. Сопротивление изоляции со временем ухудшается, разогрев от диэлектрических потерь повышает риск пробоя изоляции. Пробой твердых и полимерных изоляторов имеет необратимый характер.
Причины старения и способы предупреждения аварий
Основными составляющими причин старения внутренней изоляции можно назвать:
- электрическую – поляризацию, рост диэлектрических потерь, снижение сопротивления,
- механическую – трещины и разрушения диэлектрика, усталость материала,
- химическую – окисление, появление радикалов,
- тепловую – ускоряющую химических реакции.
Для предотвращения аварийных ситуаций высоковольтное оборудование нуждается в регулярных высоковольтных испытаниях.