Papierisolierung – Verwendung, Vorteile und Nachteile
Die Ölpapierisolierung besteht aus Schichten ölimprägnierten Papiers und Ölschichten, die die Lücken zwischen den Papierschichten füllen. Die Papierisolationsschicht kann aus massiven Papierbögen aufgebaut werden, z. B. als Beutel- oder Rollenkondensatorisolierung, oder durch Aufwickeln von Papierband mit positiver oder negativer Überlappung (Abbildung 1).
Zur Isolierung der Windungen wird eine positive Überlappungsbandisolierung verwendet Leistungstransformatoren, Isolation Stromtransformatoren, Spannung und andere Geräte. Das Band wird mit mindestens voller Überlappung manuell oder maschinell mit größtmöglicher Spannung aufgewickelt, wodurch eine hohe Klebedichte der Lagen gewährleistet ist.
Stromkabel werden mit einer Lücke (negative Überlappung) gewickelt, um die erforderliche Flexibilität des Kabels zu gewährleisten. Die Breite des Spalts ist proportional zur Breite des Bandes und beträgt üblicherweise 1,5 – 3,5 mm bei einer Bandbreite von 15 – 30 mm, die Dicke der Papierbänder beträgt 14 – 120 Mikrometer.Sie tendieren dazu, so zu rollen, dass zur Vermeidung von Lückenüberlappungen die zulässige Anzahl passender Lücken normalisiert wird, da Ölschichten mit erheblicher Dicke Bereiche mit verringerter elektrischer Festigkeit darstellen.
Reis. 1. Ölpapierisolierung mit positiver und negativer Überlappung
Die Ölpapierisolierung wird unter Vakuum imprägniert. Vor der Imprägnierung wird das fertige Produkt in Vakuumkammern bei erhöhter Temperatur (bis zu 130 ° C) gründlich getrocknet. Der Restdruck beim Imprägnieren und Trocknen sorgt für die Beseitigung von Hohlräumen im Papier und eine nahezu vollständige Entgasung des Öls. Die im Öl verbleibende Luftmenge beträgt weniger als ein Hundertstel der unter normalen Gleichgewichtsbedingungen (Löslichkeit von Luft im Öl) im Öl gelösten Luftmenge, was 10–11 Vol.-% entspricht.
Die Öl-Papier-Isolierung weist eine sehr hohe Kurzzeitfestigkeit Epr von 50 - 120 kV/mm bei Wechselspannung und 100 - 250 kV/mm bei Gleichspannung auf und wird daher in Strukturen mit hoher elektrischer Feldstärke eingesetzt.
Die elektrische Festigkeit der Ölpapierisolierung hängt von der Anzahl der Papierschichten ab. Bei Plattenisolationen aus Kondensatorpapier nimmt zunächst mit zunehmender Lagenzahl die Festigkeit zu, da die Wahrscheinlichkeit des Zusammentreffens schwacher, fehlerhafter Stellen in der Platte abnimmt, und nimmt dann mit zunehmender Wärmeableitung ab und Es besteht die Möglichkeit eines thermischen Durchschlags, und auch der Effekt der Feldinhomogenität an den Rändern der Elektroden nimmt zu. Die maximale Bruchspannung wird bei 6-10 Papierlagen beobachtet (Abb. 2).
Reis. 2.Abhängigkeit der Bruchfestigkeit von 10 µm Papier von der Dicke der Isolierung
Die Isolationsfestigkeit von Kabelpapier in homogenen und leicht inhomogenen Feldern wird durch die maximale Feldstärke bestimmt und hängt ein wenig von der Dicke ab d... In stark inhomogenen Feldern, beispielsweise an der scharfen Kante der Elektrode, nimmt die Durchschlagfestigkeit ab mit zunehmender Dämmstärke.
Unter Wechselspannung beginnt der Durchschlag eines Papier-Öl-Mehrschichtdielektrikums immer mit Teildurchschlägen der Ölschichten. Daher tendiert man bei der Konstruktion von Isolierungen dazu, die Ölschichten dünner zu machen, da bei dünnen Schichten die Durchschlagsspannung im Öl zunimmt. Dies wird durch eine Erhöhung der Wickeldichte, Kräuselung und vor allem durch eine Verringerung der Papierdicke erreicht. Die Verwendung von dünnem Papier führt zu einer spürbaren Erhöhung der Spannungsfestigkeit der Isolierung (Abb. 3).
Reis. 3. Abhängigkeit der Bruchfestigkeit von der Papierdicke bei Netzfrequenz
Eine Erhöhung der Dichte des Papiers führt zu einer Erhöhung der Durchschlagsfestigkeit der Papierblätter. Daher steigt die Kurzzeitfestigkeit der Ölpapierisolierung mit der Dichte des Papiers, gleichzeitig nimmt jedoch die Spannung im Öl zu, was zu einer Verringerung der Festigkeit und einer Verringerung der Lebensdauer der Isolierung bei Dauerbeanspruchung führt Auswirkungen, die mit Teilentladungen in den Ölschichten einhergehen.
Die Kurzzeit- und Langzeitfestigkeit der Ölpapierisolierung nimmt mit steigendem Druck deutlich zu.Mit zunehmendem Druck erhöht sich die Festigkeit des Öls in den Zwischenschichten und darüber hinaus wird die Entstehung einer Entladung in den Lufteinschlüssen erschwert.
Bei Benetzung ist eine merkliche Abnahme der kurz- und langfristigen elektrischen Festigkeit der Papier-Öl-Isolierung zu beobachten. Bei erhöhten Temperaturen ist die Feuchtigkeit besonders stark.
Die Stärke der Ölpapierisolationsimpulse nimmt mit abnehmender Impulsdauer zu. Der Einfluss der Papierdichte, -dicke und der Anzahl der Papierschichten auf die Impulsfestigkeit der Ölpapierisolierung ist der gleiche wie der der Netzfrequenzspannung. Eine Erhöhung des Drucks erhöht jedoch die Durchbruchspannung für standardmäßige aperiodische Impulse deutlich.
Die Kurzzeitfestigkeit der Papier-Öl-Isolierung während der Entwicklung einer Schichtentladung ist 2-3 mal geringer als bei Feldspannungen normal zur Oberfläche eines festen Dielektrikums.
Anstelle von Öl können auch andere Flüssigkeiten zum Imprägnieren von Papier verwendet werden. Zur Imprägnierung von Kondensatoren werden chlorierte Biphenyle verwendet. Polychlorierte Biphenyle (Sovol, Sovtol) und darauf basierende spezielle Imprägniermischungen sind papierverträglich, weisen eine erhöhte Dielektrizitätskonstante und eine ausreichend hohe Durchschlagsfestigkeit auf. Bei einer industriellen Frequenz ist das Feld zwischen den Papierschichten und der Flüssigkeit in diesem Fall gleichmäßiger verteilt als bei ähnlichen Strukturen aus ölimprägnierter Isolierung. Die Haupteinschränkungen bei der Verwendung chlorierter Flüssigkeiten hängen mit ihrer hohen Toxizität zusammen.
Zum Imprägnieren Kabelisolierung Es werden auch synthetische flüssige Kohlenwasserstoffe (Octol, Dodecbenzol usw.) verwendet.Darüber hinaus werden in Kabeln und Kondensatoren anstelle von Papier synthetische Folien oder mit Öl oder anderen Isolierflüssigkeiten getränkte Papierverbundfolienisolierungen verwendet. Bei solchen Systemen übernimmt das Papier die Funktion eines Dochts, der die Imprägniermasse in die Tiefe der Isolierung zieht. Die Imprägnierung reiner Polymerfilme ist aufgrund ihrer schlechten Benetzbarkeit schwierig.