전기 설비 내부 절연의 주요 유형 및 전기적 특성

전기 설비 내부 절연의 일반 특성

내부 절연은 절연 매체가 대기와 직접 접촉하지 않는 액체, 고체 또는 기체 유전체 또는 이들의 조합인 절연 구조의 부분을 의미합니다.

주변 공기보다 실내 단열재를 사용하는 것이 바람직하거나 필요한 이유는 여러 가지입니다.

첫째, 내부절연재는 전기적 강도가 월등히 높아(5~10배 이상) 전선간 절연거리를 획기적으로 줄이고 장비의 크기를 줄일 수 있다. 이것은 경제적 관점에서 중요합니다.

둘째, 내부 절연의 개별 요소는 와이어의 기계적 고정 기능을 수행합니다. 경우에 따라 액체 유전체는 전체 구조의 냉각 조건을 크게 개선합니다.

작동 중 고전압 구조의 내부 절연 요소는 강한 전기적, 열적 및 기계적 부하에 노출됩니다. 이러한 영향의 영향으로 절연체의 유전 특성이 저하되고 절연체가 "노화"되어 전기적 강도를 잃습니다.

열 영향은 장비의 활성 부분(와이어 및 자기 회로)의 열 방출과 절연체 자체의 유전 손실로 인해 발생합니다. 온도가 상승하면 단열재의 화학적 공정이 크게 가속화되어 그 특성이 점진적으로 저하됩니다.

기계적 부하는 내부 절연체에 위험합니다. 내부 절연체를 구성하는 고체 유전체에 미세 균열이 나타날 수 있기 때문입니다. 그러면 강한 전기장의 영향으로 부분 방전이 발생하고 절연체의 노화가 가속화됩니다.

내부 절연에 대한 특수한 형태의 외부 영향은 환경과의 접촉 및 설치 누출 시 절연의 오염 및 습기 가능성으로 인해 발생합니다. 절연체를 적시면 누설 저항이 급격히 감소하고 유전 손실이 증가합니다.

유전체로서의 절연 특성

절연은 주로 DC 저항, 유전 손실 및 전기적 강도로 특징지어집니다. 전기적으로 동등한 절연 회로는 커패시터와 저항을 병렬로 연결하여 나타낼 수 있습니다. 이와 관련하여 절연체에 일정한 전압이 가해지면 절연체의 전류가 기하 급수적으로 감소하고 그에 따라 측정 된 저항 값이 증가합니다.절연 저항 R의 설정 값은 절연체의 외부 오염과 절연체 통과 전류 경로의 존재를 특징으로 합니다. 또한 수화 단열은 용량의 절대값과 그 변화의 역학으로 특징지을 수 있습니다.

전기 장비의 내부 절연 파괴

고전압 오류가 발생하면 내부 절연이 절연 강도를 완전히 또는 부분적으로 잃습니다. 대부분의 내부 절연 유형은 복구 불가능한 절연 그룹에 속하며, 파괴는 구조에 대한 돌이킬 수 없는 손상을 의미합니다.즉, 내부 절연은 외부 절연보다 높은 절연 내력을 가져야 합니다. 전체 서비스 수명 동안 고장이 완전히 배제되는 수준입니다.

내부 절연 손상의 불가역성은 새로운 유형의 내부 절연과 고압 및 초고압 장비의 새로 개발된 대형 절연 구조에 대한 실험 데이터의 축적을 크게 복잡하게 만듭니다. 결국, 크고 값비싼 단열재의 각 부분은 한 번만 고장 테스트를 할 수 있습니다.

전기 장비의 내부 절연을 만드는 데 사용되는 유전체

유전체고전압 내부 절연 생산에 사용되는 장비는 높은 전기적, 열물리적 및 기계적 특성을 가지고 있어야 하며 다음을 제공해야 합니다. 전체 설비의 높은 기술 및 경제 지표.

유전체 재료는 또한 다음을 충족해야 합니다.

• 좋은 기술적 속성을 가지고 있습니다. 처리량이 많은 내부 격리 프로세스에 적합해야 합니다.

• 환경 요구 사항을 충족합니다. 작동 중에 유독성 제품을 포함하거나 형성해서는 안 되며 전체 자원을 사용한 후에는 환경을 오염시키지 않고 가공 또는 폐기해야 합니다.

• 부족하지 않고 격리 구조가 경제적으로 실행 가능한 가격을 갖습니다.

경우에 따라 특정 유형의 장비 특성으로 인해 위의 요구 사항에 다른 요구 사항이 추가될 수 있습니다. 예를 들어, 전력 커패시터용 재료는 증가된 유전 상수를 가져야 합니다. 분배 챔버용 재료 — 열충격 및 전기 아크에 대한 높은 내성.

다양한 고전압 장비를 만들고 운영하는 장기간의 관행은 여러 재료의 조합이 내부 절연의 일부로 사용되어 서로를 보완하고 약간 다른 기능을 수행할 때 많은 경우 전체 요구 사항 세트가 가장 잘 충족됨을 보여줍니다. .

따라서 고체 유전체 재료만이 절연 구조의 기계적 강도를 제공합니다. 일반적으로 유전 강도가 가장 높습니다. 기계적 강도가 높은 고체 유전체로 만들어진 부품은 와이어의 기계적 앵커 역할을 할 수 있습니다.

고강도 가스 및 액체 유전체는 가장 작은 간극, 기공 및 균열을 포함하여 모든 구성의 절연 간극을 쉽게 채움으로써 특히 장기적으로 유전체 강도를 크게 증가시킵니다.

액체 유전체를 사용하면 경우에 따라 절연 액체의 자연 순환 또는 강제 순환으로 인해 냉각 조건을 크게 개선할 수 있습니다.

내부 단열재의 종류 및 생산에 사용되는 재료.

여러 유형의 내부 절연이 고전압 설비 및 전력 시스템 장비에 사용됩니다. 가장 일반적인 것은 종이 함침(종이 기름) 단열재, 오일 배리어 단열재, 운모 기반 단열재, 플라스틱 및 가스입니다.

이러한 품종에는 특정 장점과 단점이 있으며 고유한 응용 분야가 있습니다. 그러나 다음과 같은 몇 가지 공통 속성을 공유합니다.

• 전압 노출 기간에 대한 유전 강도 의존성의 복잡한 특성;

• 대부분의 경우 철거에 의한 돌이킬 수 없는 파괴;

• 기계적, 열적 및 기타 외부 영향의 작동 중 행동에 대한 영향;

• 대부분의 경우 노화 경향이 있습니다.

함침지 단열재(BPI)

시작 재료는 특수 전기 절연지와 광물(석유) 오일 또는 합성 액체 유전체입니다.

종이 함침 단열재는 종이 층을 기반으로 합니다. 롤 함침 종이 절연체(롤 폭 최대 3.5m)는 전원 커패시터 섹션과 부싱(슬리브)에 사용됩니다. 테이프(테이프 너비 20 ~ 400mm) — 상대적으로 복잡한 구성 또는 긴 길이의 전극이 있는 구조(고전압 등급의 슬리브, 전원 케이블). 절연 테이프 층은 겹치거나 인접한 턴 사이의 간격으로 전극에 감을 수 있습니다.종이를 감은 후 절연체는 100-120 ° C의 온도에서 0.1-100 Pa의 잔류 압력으로 진공 건조됩니다. 그런 다음 종이는 진공 상태에서 잘 탈기된 오일로 함침됩니다.

종이 함침 단열재의 종이 결함은 한 층에 국한되어 다른 층과 반복적으로 겹칩니다. 진공 건조 중에 층 사이의 가장 얇은 틈과 종이 자체의 많은 미세 기공은 단열재에서 공기와 수분을 제거하고 함침 중에 이러한 틈과 기공은 오일 또는 다른 함침 액체로 안정적으로 채워집니다.

커패시터 및 케이블 페이퍼는 균일한 구조와 높은 화학적 순도를 가지고 있습니다. 콘덴서 페이퍼는 가장 얇고 순수합니다. 변압기 용지는 부싱, 전류 및 전압 변압기, 전력 변압기의 세로 절연 요소에 사용됩니다. 단권 변압기 그리고 원자로.

저점도 오일 또는 합성 케이블 오일을 사용하는 110-500kV의 전력 오일 충전 케이블 및 최대 35kV 케이블의 점도가 증가한 오일 충전 혼합물에 종이 절연 함침용.

함침은 전력 및 측정 변압기와 부싱에서 수행됩니다. 변압기 오일… 전원 커패시터 커패시터 오일(석유), 염소화 비페닐 또는 그 대체물 및 피마자유(임펄스 커패시터에서) 사용.

석유 케이블 및 커패시터 오일은 변압기 오일보다 더 철저하게 정제됩니다.

높은 비유전율, 부분 방전(PD)에 대한 저항성 증가 및 불연성을 지닌 염소화 비페닐은 독성이 있으며 환경에 유해합니다. 따라서 사용 규모가 급격히 줄어들고 환경 친화적 인 액체로 대체됩니다.

전원 커패시터의 유전 손실을 줄이기 위해 종이 층이 처리되지 않은 종이보다 훨씬 작은 폴리프로필렌 필름 층과 번갈아 사용되는 복합 절연체가 사용됩니다. 이러한 절연은 전기적 강도가 더 높습니다.

종이 함침 단열재의 단점은 낮은 허용 작동 온도(90 ° C 이하)와 가연성입니다.

오일 배리어(오일 충전) 단열재(MBI).

이 절연은 변압기 오일을 기반으로 합니다. 자발적 또는 강제 순환으로 인해 구조물의 우수한 냉각을 보장합니다.

고체 유전체 재료는 전기 판지, 케이블 종이 등의 오일 배리어 절연체의 일부이기도 합니다. 그들은 구조에 기계적 강도를 제공하고 오일 배리어 절연의 절연 강도를 높이는 데 사용됩니다. 배플은 전기 판지로 만들어지고 전극은 케이블 종이 층으로 덮여 있습니다. 배리어는 오일 배리어가 있는 절연체의 절연 내력을 30-50% 증가시켜 절연 갭을 여러 개의 좁은 채널로 나누고 전극에 접근할 수 있는 불순물 입자의 양을 제한하며 방전 프로세스의 시작에 참여할 수 있습니다.

오일 배리어 절연체의 전기적 강도는 복잡한 모양의 전극을 얇은 고분자 물질 층으로 덮고 단순한 모양의 전극의 경우 종이 테이프 층으로 절연하여 증가시킵니다.

오일 배리어로 단열재를 생산하는 기술에는 구조 조립, 100-120 ° C의 온도에서 진공 건조 및 진공 상태에서 탈기 오일로 채우기 (함침)가 포함됩니다.

오일 배리어 절연의 장점에는 설계 및 생산 기술의 상대적 단순성, 장비의 활성 부품(권선, 자기 회로)의 집중 냉각, 작동 중 절연 품질 복원 가능성이 포함됩니다. 구조를 건조시키고 오일을 교환함으로써 .

오일 장벽이 있는 절연의 단점은 종이-기름 절연보다 낮은 전기 강도, 화재 및 구조 폭발의 위험, 작동 중 습기에 대한 특별한 보호가 필요하다는 것입니다.

오일 절연 절연은 공칭 전압이 10 ~ 1150kV인 전원 변압기, 단권 변압기 및 고전압 등급의 리액터에서 주 절연으로 사용됩니다.

운모 기반 단열재는 내열성 등급 B (최대 130 ° C)입니다. 운모는 유전 강도가 매우 높고(결정 구조에 대한 전기장의 특정 방향에서) 부분 방전에 강하며 열에 매우 강합니다. 이러한 특성 덕분에 운모는 대형 회전기의 고정자 권선을 절연하는 데 없어서는 안 될 재료입니다. 주요 출발 물질은 운모 스트립 또는 유리 운모 스트립입니다.

Micalenta는 특수 종이 또는 유리 테이프로 만든 기판과 바니시로 서로 연결된 운모 판 층입니다. Mikalenta는 소위 복합 절연에 사용되며, 생산 공정에는 여러 층의 운모 테이프 감기, 진공 가열 및 압착 하에서 역청 화합물 함침이 포함됩니다. 이러한 작업은 필요한 절연 두께를 얻을 때까지 5~6개 층마다 반복됩니다. 복합 단열재는 현재 중소형 기계에 사용됩니다.

유리 운모 스트립 및 열경화성 함침 화합물의 절연이 더 완벽합니다.

운모 테이프는 0.04mm 두께의 운모 종이 1겹과 0.04mm 두께의 유리 테이프 1~2겹으로 구성됩니다. 이러한 조성물은 충분히 높은 기계적 강도(기질로 인해) 및 위에서 언급한 운모의 특성 특성을 갖는다.

에폭시 및 폴리에스테르 수지를 기반으로 하는 운모 스트립 및 함침 조성물은 가열 시 연화되지 않고 높은 기계적 및 전기적 강도를 유지하는 열경화성 절연체를 만드는 데 사용됩니다. 우리나라에서 사용되는 열경화성 단열재의 유형은 "mica", "monolith", "monotherm" 등입니다. 열경화성 절연은 공칭 전압이 최대 36kV인 대형 터보 및 수소 발전기, 모터 및 동기 보상기의 고정자 권선에 사용됩니다.

산업 규모의 플라스틱 절연은 최대 220kV 전압용 전원 케이블과 임펄스 케이블에 사용됩니다. 이 경우 주요 유전체 재료는 저밀도 및 고밀도 폴리에틸렌입니다. 후자는 더 나은 기계적 특성을 갖지만 더 높은 연화 온도로 인해 가공성이 떨어집니다.

케이블의 플라스틱 절연체는 탄소 충전 폴리에틸렌으로 만든 반도체 실드 사이에 끼워져 있습니다. 전류가 흐르는 전선의 스크린, 폴리에틸렌 절연체 및 외부 쉴드는 압출(extrusion)에 의해 적용됩니다. 일부 유형의 임펄스 케이블은 불소수지 테이프 중간층을 사용하고 경우에 따라 폴리염화비닐을 보호 케이블 외피로 사용합니다.

가스 절연

고전압 구조물에서 가스 절연을 수행하는 데 사용됩니다. SF6 가스 또는 육불화황… 공기보다 약 5배 무거운 무색, 무취의 가스입니다.질소, 이산화탄소 등 불활성 기체에 비해 강도가 가장 크다.

순수한 SF6 가스는 무해하고 화학적으로 비활성이며 열 발산 능력이 증가하고 매우 우수한 아크 억제 매체입니다. 타거나 연소를 지속하지 않습니다. 정상적인 조건에서 SF6 가스의 절연 내력은 공기의 약 2.5배입니다.

SF6 가스의 높은 유전 강도는 분자가 전자와 쉽게 결합하여 안정적인 음이온을 형성한다는 사실로 설명됩니다. 따라서 방전 발달의 기초가 되는 강한 전기장에서 전자가 증식하는 과정이 어려워진다.

압력이 증가함에 따라 SF6 가스의 유전체 강도는 압력에 거의 비례하여 증가하며 액체 및 일부 고체 유전체보다 높을 수 있습니다. 최고 작동 압력 및 따라서 절연 구조에서 SF6의 최고 수준의 절연 내력은 저온에서 SF6의 액화 가능성에 의해 제한됩니다. 예를 들어 0.3MPa의 압력에서 SF6의 액화 온도는 -45°C입니다. 그리고 0.5 MPa에서 -30 ° C입니다. 꺼진 실외 장비의 이러한 온도는 겨울에 국가의 많은 지역에서 상당히 가능합니다.

캐스트 에폭시 절연체로 만든 절연 지지 구조는 SF6 가스와 함께 충전부를 고정하는 데 사용됩니다.

SF6 가스는 110kV 이상의 전압을 위한 회로 차단기, 케이블 및 밀폐 개폐 장치(GRU)에 사용되며 매우 유망한 절연 재료입니다.

3000 ° C 이상의 온도에서 SF6 가스의 분해는 자유 불소 원자의 방출로 시작될 수 있습니다.기체 독성 물질이 형성됩니다. 큰 단락 전류를 차단하도록 설계된 일부 유형의 스위치에 대한 발생 가능성이 있습니다. 스위치는 밀봉되어 있기 때문에 유독 가스의 방출은 작업자와 환경에 위험하지 않지만 스위치를 수리하고 열 때 특별한 주의를 기울여야 합니다.