Isolierung elektrischer Anlagen

Die Isolierung elektrischer Anlagen wird in Außen- und Innenisolierung unterteilt.

Zur äußeren Isolierung gehören bei Hochspannungsanlagen Isolierspalte zwischen den Elektroden (Drähten). Stromleitungen (Stromleitungen), Steuerreifen (RU), externe spannungsführende Teile Elektrogeräte usw.), in dem die Rolle des Hauptdarstellers spielt Dielektrikum führt atmosphärische Luft durch. Isolierte Elektroden befinden sich in bestimmten Abständen voneinander und vom Boden (oder geerdeten Teilen elektrischer Anlagen) und werden mit Hilfe von Isolatoren in einer bestimmten Position fixiert.

Zur inneren Isolierung gehören die Isolierung von Wicklungen von Transformatoren und elektrischen Maschinen, die Isolierung von Kabeln, Kondensatoren, die verdichtete Isolierung von Durchführungen und die Isolierung zwischen den Kontakten des Schalters im ausgeschalteten Zustand, d. h. Isolierung, hermetisch von der Umgebung abgedichtet durch ein Gehäuse, Gehäuse, Tank usw. Die innere Isolierung ist in der Regel eine Kombination verschiedener Dielektrika (flüssig und fest, gasförmig und fest).

Ein wichtiges Merkmal der Außenisolierung ist ihre Fähigkeit, nach Beseitigung der Schadensursache ihre elektrische Festigkeit wiederherzustellen. Allerdings hängt die Spannungsfestigkeit der Außenisolierung von den atmosphärischen Bedingungen ab: Druck, Temperatur und Luftfeuchtigkeit. Die Spannungsfestigkeit externer Isolatoren wird auch durch Oberflächenverschmutzung und Niederschläge beeinflusst.

Die Besonderheit der inneren Isolierung elektrischer Geräte ist die Alterung, d.h. Verschlechterung der elektrischen Eigenschaften während des Betriebs. Dielektrische Verluste erwärmen die Isolierung. Es kann zu einer übermäßigen Erwärmung der Isolierung kommen, was zu einem thermischen Zusammenbruch führen kann. Unter dem Einfluss von Teilentladungen, die in Gaseinschlüssen auftreten, wird die Isolierung zerstört und mit Zersetzungsprodukten verunreinigt.

Ausfall der Feststoff- und Verbundisolierung – ein irreversibles Phänomen, das zu Schäden an elektrischen Geräten führt. Die Isolierung von Flüssigkeiten und inneren Gasen ist selbstheilend, ihre Eigenschaften verschlechtern sich jedoch. Es ist notwendig, den Zustand der inneren Isolierung während des Betriebs ständig zu überwachen, um auftretende Mängel zu erkennen und eine Notschädigung der elektrischen Ausrüstung zu verhindern.

Außenisolierung von Elektroinstallationen

Unter normalen atmosphärischen Bedingungen ist die Spannungsfestigkeit von Luftspalten relativ gering (in einem gleichmäßigen Feld mit Elektrodenabständen von etwa 1 cm ≤ 30 kV/cm). Bei den meisten Isolationskonstruktionen kommt es bei Anlegen von Hochspannung zu einer starken Inhomogenität elektrisches Feld… Die elektrische Stärke in solchen Feldern beträgt bei einem Elektrodenabstand von 1–2 m etwa 5 kV/cm und sinkt bei Abständen von 10–20 m auf 2,5–1,5 kV/cm.In diesem Zusammenhang nimmt die Größe von Freileitungen und Schaltanlagen mit steigender Nennspannung rasch zu.

Die Zweckmäßigkeit der Nutzung der dielektrischen Eigenschaften von Luft in Kraftwerken mit unterschiedlichen Spannungsklassen erklärt sich aus den geringeren Kosten und der relativen Einfachheit der Isolierung sowie der Fähigkeit der Luftisolierung, die Spannungsfestigkeit nach Beseitigung der Entladungsursache vollständig wiederherzustellen Lückenversagen.

Charakteristisch für die äußere Isolierung ist die Abhängigkeit der Spannungsfestigkeit von den Witterungsbedingungen (Druck p, Temperatur T, absolute Luftfeuchtigkeit H, Art und Intensität des Niederschlags) sowie von der Beschaffenheit der Oberflächen der Isolatoren, d. h. Menge und Eigenschaften der darauf befindlichen Verunreinigungen. Dabei werden die Luftspalte so gewählt, dass sie auch bei ungünstigen Kombinationen von Druck, Temperatur und Luftfeuchtigkeit die erforderliche Spannungsfestigkeit aufweisen.

Die elektrische Festigkeit an den Isolatoren der Außenanlage wird unter Bedingungen gemessen, die unterschiedlichen Mechanismen der Entladungsvorgänge entsprechen, nämlich wenn die Oberflächen Isolatoren sauber und trocken, sauber und nass vom Regen, schmutzig und feucht. Unter den angegebenen Bedingungen gemessene Entladungsspannungen werden als Trockenentladung, Nassentladung und Schmutz- bzw. Feuchtigkeitsentladungsspannung bezeichnet.

Das Hauptdielektrikum der Außenisolierung ist atmosphärische Luft – sie unterliegt keiner Alterung, d. h. Unabhängig von den auf die Isolierung einwirkenden Spannungen und den Betriebsarten des Geräts bleiben seine durchschnittlichen Eigenschaften im Laufe der Zeit unverändert.

Regulierung elektrischer Felder in der Außenisolierung

Bei stark inhomogenen Feldern in der Außenisolierung ist an Elektroden mit kleinem Krümmungsradius eine Koronaentladung möglich. Das Auftreten der Korona verursacht zusätzliche Energieverluste und starke Funkstörungen. In diesem Zusammenhang sind Maßnahmen zur Reduzierung des Inhomogenitätsgrads elektrischer Felder von großer Bedeutung, die es ermöglichen, die Möglichkeit der Koronabildung zu begrenzen und die Entladungsspannungen der Außenisolierung leicht zu erhöhen.

Die Regulierung der elektrischen Felder in der Außenisolierung erfolgt mit Hilfe von Schirmen auf der Bewehrung der Isolatoren, die den Krümmungsradius der Elektroden vergrößern, was die Entladungsspannungen der Luftspalte erhöht. Auf Freileitungen der Hochspannungsklassen werden geteilte Leiter verwendet.

Innenisolierung von Elektroinstallationen

Unter Innenisolierung versteht man Teile einer Isolierkonstruktion, bei denen das Isoliermedium ein flüssiges, festes oder gasförmiges Dielektrikum oder Kombinationen davon ist, die keinen direkten Kontakt mit der atmosphärischen Luft haben.

Dass es wünschenswert oder notwendig ist, statt der Luft um uns herum eine Innenisolierung zu verwenden, hat mehrere Gründe. Erstens haben die internen Isolationsmaterialien eine deutlich höhere elektrische Festigkeit (5-10-mal oder mehr), was die Isolationsabstände zwischen den Drähten stark reduzieren und die Größe des Geräts verringern kann. Dies ist aus wirtschaftlicher Sicht wichtig. Zweitens erfüllen die einzelnen Elemente der Innenisolierung die Funktion der mechanischen Befestigung von Drähten; Flüssige Dielektrika verbessern die Kühlbedingungen der gesamten Struktur teilweise deutlich.

Innenliegende Isolierelemente in Hochspannungsbauwerken sind im Betrieb starken elektrischen, thermischen und mechanischen Belastungen ausgesetzt. Unter dem Einfluss dieser Einflüsse verschlechtern sich die dielektrischen Eigenschaften der Isolierung, die Isolierung „altert“ und verliert ihre Spannungsfestigkeit.

Mechanische Belastungen sind gefährlich für die innere Isolierung, da in den festen Dielektrika, aus denen sie besteht, Mikrorisse entstehen können, in denen es dann unter dem Einfluss eines starken elektrischen Feldes zu Teilentladungen kommt und die Alterung der Isolierung beschleunigt wird.

Eine besondere Form der äußeren Einwirkung auf die Innenisolierung entsteht durch den Kontakt mit der Umgebung und die Möglichkeit einer Verschmutzung und Feuchtigkeit der Isolierung im Falle einer Verletzung der Dichtheit der Anlage. Eine Benetzung der Isolierung führt zu einem starken Abfall des Ableitwiderstands und einem Anstieg der dielektrischen Verluste.

Die innere Isolierung muss eine höhere Spannungsfestigkeit aufweisen als die äußere Isolierung, d. h. ein Niveau, bei dem ein Durchschlag über die gesamte Lebensdauer hinweg völlig ausgeschlossen ist.

Die Irreversibilität innerer Isolationsschäden erschwert die Sammlung experimenteller Daten für neue Arten innerer Isolationen und für neu entwickelte große Isolationsstrukturen von Hoch- und Höchstspannungsgeräten erheblich. Schließlich kann jedes Stück einer großen, teuren Isolierung nur einmal auf Fehler getestet werden.

Dielektrische Materialien müssen außerdem:

• über gute technologische Eigenschaften verfügen, d.h. muss für interne Isolationsprozesse mit hohem Durchsatz geeignet sein;

• Umweltanforderungen erfüllen, d. h.Sie dürfen während des Betriebs keine giftigen Produkte enthalten oder bilden und müssen nach Verbrauch der gesamten Ressource einer Verarbeitung oder Zerstörung unterzogen werden, ohne die Umwelt zu belasten.

• nicht knapp sein und einen solchen Preis haben, dass die Isolationsstruktur wirtschaftlich rentabel ist.

In einigen Fällen können aufgrund der Besonderheiten eines bestimmten Gerätetyps weitere Anforderungen zu den oben genannten Anforderungen hinzugefügt werden. Beispielsweise müssen Materialien für Leistungskondensatoren eine erhöhte Dielektrizitätskonstante aufweisen, Materialien für Schaltkammern – eine hohe Beständigkeit gegen Thermoschocks und Lichtbögen.

Langjährige Praxis in der Erstellung und dem Betrieb verschiedener Hochspannungsgeräte zeigt, dass in vielen Fällen die Gesamtheit der Anforderungen am besten erfüllt wird, wenn bei der Zusammensetzung der Innendämmung eine Kombination mehrerer Materialien verwendet wird, die sich gegenseitig ergänzen und leicht unterschiedliche Funktionen erfüllen.

Daher sorgen nur feste dielektrische Materialien für die mechanische Festigkeit der Isolierstruktur. Sie haben normalerweise die höchste Spannungsfestigkeit. Teile aus einem festen Dielektrikum mit hoher mechanischer Festigkeit können als mechanische Verankerung für Drähte dienen.

Verwendung flüssige Dielektrika ermöglicht teilweise eine deutliche Verbesserung der Kühlbedingungen durch die natürliche oder erzwungene Zirkulation der Isolierflüssigkeit.