Лекция 2. Твердые диэлектрики. Материалы для изоляторов

Внутренняя изоляция имеет ряд особенностей по сравнению с наружной изоляцей.

После пробоя (перекрытия) внешней изоляции и отключения источника напряжения электрическая прочность изоляции восста­навливается до исходного уровня. Такую изоляцию называют са­мовосстанавливающейся. Пробой внутренней изоляции, как прави­ло, представляет собой необратимое разрушение, и после него неизбежен дорогостоящий капитальный ремонт или замена изоля­ции, а иногда и всего аппарата. Внутренняя изоляция является несамовосстанавливающейся, поэтому она должна иметь большие за­пасы прочности, чем внешняя изоляция.

Электрическую прочность внешней изоляции можно опре­делить без ее повреждения. Электрическую прочность внутренней изоляции можно определить только с некоторой вероятностью по ряду косвенных показателей.

Атмосферный воздух, являющийся частью внешней изоляции, не подвержен старению, он непрерывно обновляется естественным образом. Поэтому старение внешней изоляции может наблюдать­ся только на тех участках, где разряд развивается по поверхности твердых диэлектриков. Внутренняя изоляция в процессе эксплуа­тации неизбежно стареет.

К диэлектрикам, используемым для изготовления внутрен­ней изоляции высоковольтного оборудования, предъявляется ряд жестких требований. Они должны обеспечивать высокую крат­ковременную и длительную электрическую прочность изоляцион­ной конструкции. Кратковременная электрическая прочность — это величина пробивного напряжения при грозовых или коммутацион­ных перенапряжениях. Длительная электрическая прочность — это напряжение, которое может быть приложено к изоляции в течение всего срока службы без ее повреждения. Длительная электричес­кая прочность внутренней изоляции зависит не только от прочно­сти диэлектрического материала, но и от конструкции изоляции. Изоляционные материалы для внутренней изоляции должны иметь малые диэлектрические потери, малую проводимость и обладать высокой термической стойкостью. Часто внутренняя изоляция выполняет еще и роль теплоотводящей среды, поэтому она долж­на обладать высокой теплопроводностью.

Внутренняя изоляция в процессе эксплуатации в большин­стве случаев испытывает механические воздействия: статические, ударные, вибрационные. Поэтому твердые диэлектрики должны иметь достаточную механическую прочность. Диэлектрики, пред­назначенные для внутренней изоляции, не должны быть токсич­ными, горючими, взрывоопасными. Изготовление изоляции дол­жно допускать применение современных прогрессивных техноло­гий и иметь невысокую стоимость.

Как показывает опыт, во многих случаях ни один отдельно взятый диэлектрик не может удовлетворить в полной мере всему перечню предъявляемых требований, и наилучшее решение получа­ется при использовании комбинации из нескольких диэлектриков, которые выполняют различные функции и дополняют друг друга. Например, высокопрочные жидкие диэлектрики, заполняя объем изоляции так, чтобы в нем не оставалось пустот и воздушных вклю­чений, придают изоляции однородность и тем самым обеспечива­ют высокую длительную электрическую прочность изоляции.

Понятие «внутренняя изоляция» объединяет различные по уст­ройству и выполняемым функциям изоляционные конструкции. Од­нако закономерности протекающих в них физических процессов, от которых зависит поведение изоляции в эксплуатации, во многом яв­ляются общими. Поэтому для исследования и испытания внутренней изоляции различных высоковольтных устройств применяют одина­ковые методы и измерительные средства. Рассмотрим конструкцию внутренней изоляции различных электротехнических установок.