Газова та вакуумна ізоляція
Застосування газової ізоляції дає ряд переваг у порівнянні з твердими та рідкими діелектриками. Зокрема, газова ізоляція відрізняється дуже малими діелектричними втратами та практично не змінює своїх властивостей у процесі експлуатації. Використання її призводить до різкого зниження маси конструкції. У ряді випадків конструкція пристрою полегшується і стає пожежобезпечною.
При збільшенні тиску електрична міцність елегаза (ЗР^) і повітря стає вищою за електричну міцність твердих і рідких діелектриків, наприклад, мінеральної олії (рис. 15.8).
Мал. 15.8. Залежність пробивної напругиVвід відстані між електродами /.:
/ - Повітря,р =2,9 МПа;2- елегаз,р =0.7 МПа;3- трансформаторне масло:4- повітря при атмосферному тиску
Гази, що використовуються для ізоляції установок високої напруги, повинні бути хімічно стійкими в електричному розряді та не повинні виділяти хімічно активних речовин; бути інертними та не вступати в реакції з матеріалами, у поєднанні з якими вони застосовуються; володіти низькою температурою зрідження, що допускає їх застосування при підвищених тисках, і високою теплопровідністю. Крім цього, вони повинні бути негорючими і нетоксичними і мати невисоку вартість.
В даний час основною сферою застосування елегазової ізоляції є комплектні розподільні пристрої (КРУЕ) на напругу 220 кВ, найбільший робочий тиск елегаза в яких 0,3 МПа. Жорсткість ізоляційної конструкції з газом надають вставки, розпірки та інші елементи, виготовлені з твердих діелектриків. Електрична міцність такої комбінованої ізоляції визначається напругою перекриття поверхнею твердого діелектрика.
Якщо виключити поганий контакт ізолятора з електродом і вирівняти поле, надавши ізолятору відповідну форму або використовувати внутрішній екран, то вдається в деяких випадках отримати розрядну напругу по поверхні ізолятора, близьку за значеннями до пробивної напруги суто елегазового проміжку.
Проміжки, для яких тиск газу на міжелектродну відстань лежить в межах 0,01-0,2 кПа-см, вважаються вакуумними проміжками. Виникнення розряду у яких визначається практично лише процесами на електродах. А інтенсивність процесів на електродах — утворення на них нових іонів і електронів, необхідних для розвитку розряду, залежить від енергії частинок, що їх бомбардують. Тому в коротких проміжках, пробивна напруга яких менше 100 кВ, електрична міцність вакуумної ізоляції може бути вищою, ніж газової ізоляції. При більш високих напругах енергія заряджених часток, що безперешкодно прискорюються у вакуумі, достатня для інтенсивного звільнення нових іонів і електронів з поверхні електродів і пробивна напруга проміжку перестає збільшуватися зі зростанням відстані між електродами. Тому довгі вакуумні проміжки секціонують таким чином, щоб напруга, що припадає на одну секцію, не перевищувала 100 кВ. Проміжок довжиною 10 см із 10 секцій по 1 см може витримати напругу 1 МВ. Такий самий проміжок без секціонування не витримає і 200 кВ.
Вакуумна ізоляція використовується в установках та приладах, де вакуум є робочим середовищем. Це прискорювачі, космічні двигуни, електростатичні сепаратори, електровакуумні прилади. Вакуумна ізоляція застосовується також у конденсаторах на 20-50 кВ, у вимикачах, вакуумних розрядниках та реле. Використання вакуумної ізоляції у вимикачахцікавий завдяки швидкому відновленню електричної міцності проміжку після пробою (10 3 -10 4 с); застосування вакуумної ізоляції в іскрових реле дозволяє одержувати
хороші часові характеристики реле: нестаоїльність часу спрацьовування менше 10 не.
Недоліком вакуумної ізоляції є конструктивні складності отримання високого вакууму та складна технологічна обробка струмопровідних частин.
Тверда ізоляція
Однією з особливостей твердої ізоляції є можливість її теплового пробою внаслідок утрудненого тепловідведення. Тому тверді діелектрики повинні володіти малими діелектричними втратами, високою нагрівальністю і гарною теплопровідністю.
Як тверду ізоляцію можуть застосовуватися:
неорганічні матеріали (електропорцеляна, стеатит, скло та склотекстоліт, слюдяні вироби, азбест). Найчастіше ці матеріали застосовуються для ізоляції електричних машин щодо невисокої напруги або в конструкціях апаратів високої напруги при невеликій середній напруженості поля у твердій ізоляції;
органічна ізоляція, що створюється на основі целюлози, синтетичних матеріалів чи каучуку. Основним недоліком ізоляції на основі целюлози є її висока гігроскопічність і низька нагріва-стійкість. Для зменшення гігроскопічності папір просочують лаками та смолами. Просочені термореактивною бакелітовою смолою та спресовані аркуші паперу після термообробки утворюють монолітний матеріал з високими механічними властивостями, званий гетинаксом. Якщо ж такій обробці піддається бавовняна тканина, то матеріал, що отримується, називають текстолітом;
Великий клас твердих ізоляційних матеріалів - синтетичні полімерні діелектрики.Термопластичні матеріали, що розм'якшуються і плавляться при нагріванні до декількох сотень градусів, застосовуються для виготовлення пресованих виробів і тонких плівок, поліетилен знайшов застосування як ізоляція силових кабелів та конденсаторів;
компаунди на основі епоксидної смоли, що є термореактивними матеріалами. Після нагрівання вони втрачають пластичність, тверднуть і стають нерозчинними. Вони використовуються для виготовлення литої ізоляції трансформаторів, апаратів високої напруги, герметизованих розподільчих пристроїв, генераторів та електричних машин.