Статьи

Наиболее известные способы изолирования высоковольтного напряжения  04.06.2015 03:46

Перед тем, как рассматривать специфические особенности каждого изолирующего материала, следует обратить внимание на пару аспектов, применимых ко всем материалам.  Во-первых, необходимо, чтобы изолирующий материал был однородным. Это дает гарантию постоянства диэлектрической константы по всему материалу. В результате, имеет место практически постоянный градиент снижения силы электрического поля.
Кроме того, при наличии любых воздушных карманов могут появляться коронарные разряды или локализованные дуги. Последствиями этого могут быть, как быстрый отказ изоляции, так и постепенное, длительное ее разрушение. Поэтому желательно использовать какой-то метод удаления воздуха из любого герметика.
Одним из выводов требования однородности является нежелательность использования более одного изолирующего материала. "Поочередное" наложение двух материалов способно принести больше вреда, чем пользы.
Далее, очень важно ограничить диэлектрическую прочность изоляции, которая часто выражается в вольтах на тысячу. Величина ограничения зависит от формы проводников (вопрос "острых точек"), толщины, и однородности изолятора.
Обычно, ограничение диэлектрической прочности понижается по мере увеличения толщины материала. Для многих изолирующих материалов можно найти уравнения, описывающие отношения между толщиной и диэлектрической прочностью.

Ниже приводятся семь наиболее распространенных и известных материалов, применяемых в качестве высоковольтной изоляции в электрических конструкциях. Для них указываются аспекты, требующие специального внимания.

1 Воздух

Выключатели с воздушной изоляцией

Определенно, воздух бесплатен, и это обеспечивает ему значительные преимущества влияния на затраты. Однако воздух обладает наихудшей диэлектрической прочностью из всех рассматриваемых здесь изоляционных материалов. Поэтому при заданной геометрии расстояния должны быть самыми большими. 
Кроме того, поверхности должны оставаться чистыми, и не покрываться пылью в течение долгого времени, чтобы на поверхности не образовывалась дуга.

2. Гексафторид серы (SF6)

Элегазовые выключатели на трансформаторной подстанции

Это прекрасный изолятор, сохраняющий поверхности чистыми, что облегчает работу с конструкцией выключателя, сразу после того, как его корпус открыт, и элегаз заменен воздухом. Одна из сложностей использования SF6, заключается в том, что корпус должен быть герметически закрытым. 
Существует два аспекта, связанных с безопасностью. Во-первых, при возникновении дуги образуются ядовитые газы. Кроме того, газ очень опасен при вдыхании. Он плотнее воздуха, и будет оседать в нижней части легких, приводя к удушению. Поскольку он не имеет цвета и запаха, его обычно не замечают. Для того чтобы избежать вдыхания элегаза, необходимо соблюдать крайние меры предосторожности.

3. Эпоксидная смола

Примеры изолирующих компонентов из эпоксидной смолы

Эпоксидная смола обладает хорошими температурными характеристиками, и прекрасным сцеплением. Но если в процессе производства изоляции, ее не использовать правильным образом, она способна повредить компоненты высоковольтного оборудования за счет напряжений в процессе затвердевания.
Кроме того, температурные нагрузки во время работы оборудования также способны повредить компоненты из-за неравномерного температурного расширения и сжатия. Наконец, процесс отвердения смолы обладает высокой экзотермичностью, и отдельные компоненты могут быть повреждены от тепла, создаваемого при затвердении смолы. 
Модули, изготовленные из эпоксидной смолы, не подлежат ремонту, поэтому при наличии отказа, вся конструкция подлежит утилизации.
Еще одним затруднением является то, что анализ отказа очень ограничен, что затрудняет получение информации при появлении любых проблем.

4. Разъемный силиконовый изолятор (из двух частей)

Как и эпоксидная смола, силиконовое покрытие широко используется в отрасли высоких напряжений. Возможно, основным недостатком силиконов является плохое сцепление. Однако этот недостаток можно ослабить, предварительно подготавливая поверхность. На некоторые виды силиконов неблагоприятно влияют определенные материалы. В присутствии этих материалов процесс отвердевания затормаживается, и силикон может не приобрести твердость.
Кроме того, большинство силиконовых изоляторов не обладают хорошей теплопроводностью, как многие виды эпоксидной смолы.

5. Неразъемный силиконовый изолятор

Силиконовые изоляторы такого типа доступны в двух вариантах - "само-выравнивающийся" и триксотропный (с переменой вязкостью).  Триксотропные материалы не текут, и сохраняют ту форму, которая была им придана при нанесении. В каком-то смысле, они напоминают крем для бритья. Перед затвердеванием, триксотропному силиконовому покрытию можно придать требуемую форму. Так как в триксотропных силиконах остаются пузырьки воздуха, то их использование ограничено.
Следует обратить внимание и на то, что некоторых неразъемные силиконовые изоляторы могут вызывать коррозию металлических конструкций.

6. Масло

Трансформаторное масло является широко распространенным изолятором, частично потому, что его стоимость относительно невысока, и оно обладает хорошими температурными характеристиками.
До 1977 года некоторые виды масел были опасны в применении в связи с включением в их состав полихлордифенилов, но теперь, это проблема далекого прошлого. Основное внимание сейчас уделяется обеспечению герметичности корпуса и наличию демпферной емкости для расширения и сжатия масла.
Масло легко загрязняется в результате появления дуги, и с накоплением посторонних материалов. Кроме того, работать с маслом может быть не очень удобно.

7. Фторированные жидкости

Одна торговая марка, связанная со фторированными жидкостями - это FluorinertTM.  Это чистые жидкости, не имеющие цвета и запаха. Их вязкость близка к вязкости воды. При их использовании необходимо обеспечивать герметичность корпуса и демпферные емкости для расширения и сжатия жидкости.
В ряде случаев, эти жидкости испаряются настолько быстро, что почти видно, как счета за них улетают в воздух!