Меню

Изоляция электрических установок находящихся под напряжением

Изоляция электроустановок и ее контроль. Применение малых напряжений.

Электрическая изоляция – это слой покрытия диэлектрика или диэлектрик, которым покрывается поверхность токоведущих частей, тоководов, или которыми токоведущие части отделяются друг от друга. Изоляция должна обладать высокими диэлектрическими свойствами, прочностью и сопротивляемостью к изменениям температурно-влажностной среды.
В электроустановках применяются следующие виды изоляции: рабочая, дополнительная, двойная и усиленная.
Рабочая изоляция обеспечивает нормальную работу электроустановок и защиту от поражения электрическим током.
Дополнительная — предусматривается как дополнение к рабочей для защиты от поражения электрическим током, в случаях ее повреждения.
Двойная изоляция состоит из двух независимых одной от другой рабочей и дополнительной изоляции. Рабочую (функциональную) называют основной изоляцией т.к. она должна обеспечить электробезопасность работающих (изоляция обмоток машин, жил тоководов и т.д.). Дополнительной изоляцией может быть пластмассовый корпус машины, изолирующие втулки, блоки и т.д.
При двойной изоляции заземление или зануление металлических частей запрещается, так как этим шунтируется дополнительная изоляция, и ее преимущества сводится на нет. Соединение корпуса машины, имеющей двойную изоляцию с заземляющим устройством недопустимо, так как это снижает безопасность работающего.
Усиленная – это улучшенная рабочая изоляция, которая обеспечивает такой же уровень защиты, как и двойная.
Как правило, двойная изоляция применяется для выключателей, розеток, вилок, патронов ламп, переносных светильников, электрифицированного ручного инструмента, электроизмерительных приборов и некоторых бытовых приборов. Область применения двойной электроизоляции – электроустановки небольшой мощности. Она является действенным защитным средством.
Согласно ПУЭ, сопротивление изоляции электроустановок должно быть не менее 1000Ом на 1В рабочего напряжения. Так для сетей переменного напряжения 380/220В сопротивление изоляции должно быть не менее 380 кОм. Для электросетей напряжением до 1000В сопротивление изоляции токопроводных частей должно быть не ниже 0,5 МОм.
Следует учитывать, что в процессе эксплуатации изоляция претерпевает различные изменения: старение, механические повреждения, растрескивание от перепада температурно-влажностной среды. Поэтому электроизоляция подлежит систематическому осмотру и испытаниям согласно Правилам устройства электроустановок (ПУЭ) и Правилам техники безопасности (ПТБ).
Сопротивление изоляции электрооборудования назначается в зависимости от электрической мощности электроустановки, Ом
(3.4.20)
где, U – напряжение, В; N – мощность, Вт.

В зависимости от вида электроизоляции электротехнические изделия подразделяются на следующие классы:0, 01, І, ІІ, ІІІ при этом:
— к классу 0 относятся изделия, в которых имеется рабочая изоляция, но отсутствует элементы для заземления (если они не относятся к классу ІІ или ІІІ);
— к классу 01 относятся изделия, имеющий рабочую изоляцию и элемент для заземления, а также провод без заземляющей жилы для подсоединения к источнику питания;
— к классу І относятся изделия, имеющие рабочую изоляцию и элемент для заземления, а также провод для подсоединения к источнику питания с заземляющей жилой и вилку с замыкающим контактом;
— к классу ІІ относятся изделия, имеющие двойную или усиленную изоляцию и не имеющие элементов для заземления;
— к классу ІІІ относятся изделия, в которых отсутствуют внутренняя и внешняя электрические цепи с напряжением более 42В.
Изделия, получающие питание от внешнего источника относятся к ІІІ классу в том случае, если они предназначены для присоединения непосредственно к источнику питания с напряжением не выше 42 В.
Электрическое разделение сети. Разветвленные электрические сети большой протяженности имеют значительную электрическую емкость. При этом даже прикосновение к одной фазе является очень опасным. Однако если сеть разделить на ряд небольших сетей такого же напряжения, которые обладают небольшой емкостью и высоким сопротивлением изоляции, то опасность поражения резко снижается.
Электрическое разделение сетей осуществляется путем подключения отдельных электроустановок через разделительные трансформаторы. Область применения защитного разделения сетей – электроустановки напряжением до 1000В, эксплуатация которых связана с повышенной опасностью (в передвижных установках, ручном электрифицированном инструменте и т.д.)
Защитные ограждения.
Важную роль в обеспечении электробезопасности работающих играет вынесение, по возможности, электрооборудования с рабочей зоны: размещение в местах, исключающих контакт, и на недостижимой высоте (в первую очередь, токоведущих частей и приводов).
При этом отдается предпочтение дистанционному управлению технологическими процессами со специально оборудованных пунктов управления. Высоту расположения проводов воздушных линий электропередачи назначают с учетом напряжения (табл.3.4.1)
Для исключения возможного контакта или опасного приближения к неизолированным токоведущим частям предусматриваются стационарные ограждения: сплошные и сетчатые. Сплошные ограждения применяются в электроустановках до 1000В в виде крышек, кожухов и т.д. Сетчатые ограждения имеют двери, которые закрывают на замок.
Часто применяют при ведении профилактических работ переносные ограждения: щиты, изолирующие колпаки, изолирующие накладки. Они также оборудуются дверьми или крышками, которые закрываются на замок или обеспечены защитной блокировкой.
Под блокировкой понимают автоматическое устройство, при помощи которого предотвращается попадание людей под напряжение в результате ошибочных действий. По принципу действия различают: механическую, электромагнитную и электрическую блокировки.

§ Применение малых напряжений

Малое напряжение — номинальное напряжение не более 42 В, применяемое в целях уменьшения опасности поражения электри­ческим током.

Наибольшая степень безопасности достигается при напряже­ниях до 10 В, так как при таком напряжении ток, проходящий через человека, не превысит 1—1,5 мА. В помещениях с повы­шенной опасностью и особо опасных, где сопротивление электрической цепи человека может быть значительно снижено. Однако даже если принять сопротивление тела че­ловека Rch=1кОм, то при напряжении 10 В ток не превышает 10 мА.

На практике применение очень малых безопасных напряже­ний ограничено шахтерскими лампами (2,5 В) и некоторыми бы­товыми приборами. В производственных переносных электроустановках для повышения безопасности применяются малые напряжения 12 и 36 В. В помещениях с повышенной опасностью для переносных электроприемников рекомендуется номинальное напряжение 36В, R тела человека при этом U принимаем 2 кОм и ток, проходящий через че­ловека (2 фазы), мо­жет быть Ih=36/2=18 мА. Такой ток для большинства людей является неотпускающим. ТЕ, 2-фазное прикос­новение при напряжении 36 В опасно. Безопасность обеспечива­ется только при однофазном прикосновении. В особо опасных по­мещениях, где ручной электроинструмент питается от источника напряжением 36 В, а ручные лампы—12 В, ток, проходящий че­рез человека, может быть еще выше.

В европейских и других странах в сетях напряжением до 1 кВ уже много лет широко применяются устройства защитного отключения (УЗО) различных систем.

Функционально УЗО можно определить как быстродействующий защитный выключатель, реагирующий на дифференциальный ток в проводниках, подводящих электроэнергию к защищаемой электроустановке.

В нормальном режиме, при отсутствии дифференциального тока – тока утечки, в силовой цепи по проводникам, проходящим сквозь окно магнитопровода трансформатора тока 1, протекает рабочий ток нагрузки. Эти проводники образуют встречно включенные первичные обмотки дифференциального трансформатора тока. Если обозначить ток, протекающий по направлению к нагрузке, как I1, а от нагрузки как I2, то можно записать равенство: I1 = I2

Равные токи во встречно включенных обмотках наводят в магнитном сердечнике трансформатора тока равные, но векторно встречно направленные магнитные потоки Ф1 и Ф2. Результирующий магнитный поток равен нулю, ток во вторичной обмотке дифференциального трансформатора также равен нулю. Пусковой орган 2 находится в этом случае в состоянии покоя.

При прикосновении человека к открытым токопроводящим частям или к корпусу электроприемника, на который произошел пробой изоляции, по фазному проводнику через УЗО кроме тока нагрузки I1 протекает дополнительный ток – ток утечки ID , являющийся для трансформатора тока дифференциальным (разностным).

6. Электрическое разделение сетей и компенсация емкостных токов замыкания на землю. 3.4. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ РАЗДЕЛЕНИЕ СЕТЕЙ Разветвленная электрическая сеть большой протяженности имеет значительную ем- кость и небольшое емкостное сопротивление изоляции относительно земли. Как показано в § 2.2.1, ток замыкания на землю в такой сети может быть значительным и однофазное прикос- Рис. 3.4. Схема трех вольтметров 43 новение в сети даже с изолированной нейтралью является опасным. Если единую протяжен- ную сеть с большой емкостью и малым сопротивлением изоляции разделить на ряд коротких сетей с небольшой емкостью и высоким сопротивлением изоляции, опасность поражения че- ловека резко снижается. Электрическое разделение протяженных сетей на несколько гальванически не связан- ных коротких участков осуществляет- ся постановкой разделительных трансформаторов, как это показано на рис. 3.5. В разделительных трансформа- торах, предназначенных для электри- ческого разделения сетей, не происхо- дит преобразование энергии, т.к. чис- ло витков и величины напряжений в первичных и вторичных обмотках рав- ны между собой, т.е. коэффициент трансформации Кт равен единице. В представленной на рис. 3.5 схеме установка двух разделительных трансформаторов РТ1 и РТ2 сократила протяженность отдельных участков по сравнению с общей длиной сети в три раза. Соответственно произошло уменьшение емкости и повышение общего сопротивления сети, а следова- тельно, повышение безопасности ее эксплуатации. На практике распространение получила схема питания отдельных электроприемников от разветвленной сети через разделительные трансформаторы (рис.3.6). Защита с помощью разделительных трансформаторов используется для отделения электроприемников от общей сети напряжением 380, 220 и 127 В, в которой могут произойти повреждения изоляции и замыкания на корпус, вызывающие повышенную опасность для че- ловека. НП ФП Uф Rh Рис. 3.5. Электрическое разделение сети: ЛТ – линейные трансформаторы; РТ1, РТ2 – раздели- тельные трансформаторы; l – протяженность сети, км; l/3 – протяженность отдельных участков, км Рис. 3.6. Схема электрической сети с разделительным трансформатором: 1 – разделительный трасформатор; 2 – электроприемник (электродрель); 3 – заземление корпуса трансформатора 44 На рис. 3.6 изображена двухпроводная электрическая сеть с разделительным транс- форматором 1, от которого, согласно «Правил», должен питаться только один электроприем- ник 2. При этом сеть, связывающая трансформатор с электроприемником, (например с элек- тродрелью), как правило, является непротяженной. В этих условиях при прикосновении че- ловека (Rh) к корпусу электроприемника, замкнутого на фазу, через его тело потечет ток, значение которого определяется известной из § 2.1 формулой (2.2): 2/ A., ф из I U R r n = h + Если принять сопротивление тела человека Rh=1000 Ом, а сопротивление изоляции участка сети за разделительным трансформатором rиз=500 кОм, то при фазном напряжении Uф=220 В значение тока Ih будет менее 0,5 мА. Такое значение тока является безопасным, т. к.находится ниже порового ощутимого тока. В случае подсоединения второго электроприемника к разделительному трансформатору опасность поражения человека возрастает в связи с тем, что на обеих установках может произойти замыкание на корпус или пробой изоляции одновременно. При этом одна из установок будет связана с землей напрямую через сверло электродрели, и заземлённым изделием. И в том случае, если вторая установка связана с землей, то ток Ih будет определяться полным напряжением сети и сопротивлением человека Rh. Опасность поражения в данном случае высокая, поэтому в применяемых схемах с раз- делительным трансформаторами при напряжениях 380, 220 и 127 В заземление корпусов электроприемников не допускается. Корпус самого разделительного трансформатора необ- ходимо заземлять. Это объясняется тем, что при пробое изоляции первичной обмотки на корпус трансформатора и при отсутствии заземления ток через человека, прикоснувшемуся к корпусу, замыкается через небольшое емкостное сопротивление протяженной первичной се- ти. Значение этого тока будет опасным. Установка предохранителей в рассматриваемой схе- ме объясняется необходимостью отключения электроприемника в случаях замыкания фазы на корпус установки, соединенной с землей, и повреждения изоляции на другой фазе, а так- же при межфазном коротком замыкании.

Читайте также:  Что такое внутреннее опорное напряжение

3.5. КОМПЕНСАЦИЯ ЕМКОСТНЫХ ТОКОВ ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ

Ток замыкания на землю, а следовательно, и ток через человека в случае прикоснове- ния к фазному проводнику в протяженной сети с изолированной нейтралью зависит не столько от сопротивления изоляции, сколько от величины ёмкости сети относительно земли 45 .При значительной емкости, например С≥0,1 мкФ, ток через человека достигает опасных значений (см. § 2.2.1). Емкость фазных проводников воздушных линий электропередач и от- носительно земли не зависит от каких-либо дефектов в изолированных участках сети. Она определяется главным образом протяженностью сети и геометрическими параметрами: диа- метром самих проводников, расстоянием между ними и высотой подвеса от земли. Поэтому емкость сети в процессе эксплуатации может изменяться лишь за счет отключения или включения отдельных участков, что определяется требованиями электроснабжения потреби- телей . Рис. 3.7. Компенсация емкостных токов утечки: L – индуктивность дросселя; Ih – индуктивный ток; Ic – емкостной ток; Ih – ток через человека, мА; С1=С2=С3=Сф – емкость фазных проводников , мкФ Поскольку невозможно уменьшить емкость всей сети, снижение тока замыкания на землю достигается компенсацией емкостной составляющей индуктивным полем. Для этого в трехфазной сети между нейтралью и землей устанавливается компенсационная катушка: ре- актор или дроссель (рис. 3.7). Величина индуктивности L в компенсирующем дросселе вы- бирается из условий резонанса: ωL=1/ωCФ , отсюда, L=1/ Ф 2 3ω С , Гн. Емкостная и индуктивная составляющие токов IL и Ic находятся в противофазе и при настройке в резонанс взаимно уничтожаются. При этом ток замыкания на землю (ток через человека Ih ) уменьшается и повышается безопасность обслуживания электрических сетей. В случае недокомпенсации или перекомпенсации емкости сети полный ток замыкания на зем- лю или ток через человека также снижается. Компенсация емкостной составляющей приме- няется в сетях напряжением выше 1000 В для уменьшения емкостных токов утечки и сниже- ния возникающих при этом перенапряжений. Правила устройства электроустановок предпи- Rh Rh C1 C2 C3 46 сывают компенсацию, если ток замыкания на землю превышает в сетях напряжение 35 кВ – 10 А, 20 кВ – 15 А, 10 кВ – 20 А и 6,3 кВ – 30А. В схемах энергоблоков с генераторами-трансформаторами напряжением 6,3÷20 кВ компенсация обязательна при токе замыкания на землю более 5 А. При токе замыкания на землю 50 А и более устанавливаются две компенсирующие катушки параллельно. В сетях напряжением до 1000 В компенсация емкостной составляющей тока замыкания на землю применяется лишь в особо опасных помещениях, наружных установках, в подзем- ных сетях шахт и рудников. В этом случае компенсирующая катушка присоединяется к ис- кусственной нулевой точке специального трансформатора.

Источник



Работы под напряжением в электроустановках: методы проведения работ, меры защиты

Эксплуатация электрических сетей, различных устройств, которые обеспечивают электроснабжение всех потребителей, требует как периодических испытаний и ремонтов, так и внеплановых. Наиболее сложной категорией, при этом, считается работа под напряжением. Сложность таких работ заключается в том, что персонал обязан выполнять все манипуляции не снимая напряжения, что, соответственно, повышает риск электротравматизма.

Определение

Работой под напряжением считается такой вариант обслуживания всей или только участка электроустановки, когда с нее не снимается рабочее напряжение, а ремонтные или испытательные операции осуществляются в штатном режиме работы электроустановки. Безопасность работников обеспечивается посредством приспособлений и инструмента из изоляционных материалов, которые призваны внести раздел в цепь между напряжением и землей. В зависимости от места расположения изоляции по отношению к человеку выделяют три метода выполнения работ под напряжением.

Методы проведения работ под напряжением

Методика работы под напряжением, в связи с угрозой поражения персонала электротоком, требует особой бдительности и неукоснительного соблюдения мер безопасности. Так как при замыкании частей электроустановки работником на землю начинается протекание электрического тока, то безопасное выполнение работ может обеспечиваться при условии, что человек будет изолирован от земли, или только от токоведущих частей, или и от того, и от другого одновременно.

Читайте также:  Как проверить напряжение 220 или 380

Изоляция человека от земли

Один из вариантов работы под напряжением – выполнить изоляцию рабочего от заземленных элементов. Наиболее часто применяется на контактной сети городского транспорта и железнодорожных предприятий, питающих линиях, осветительных приборах и т.д. При таком методе профиспытаний или ремонтов линий должно обязательно соблюдаться правило единого потенциала. Это означает, что все члены бригады, инструмент и рабочие площадки должны подводиться к тому же потенциалу, что и линия электропередач.

Изолированная вышка автомотрисы

Рисунок 1: Изолированная вышка автомотрисы

Рассмотрите рисунок 1, здесь приведен пример устройства для изоляции работника на контактной сети т заземленной части. Это вышка автомотрисы, позволяющая работать без снятия напряжения.

На рисунке изображена сама вышка А, переходная площадка Б и изоляторы И. Для обеспечения безопасности вышка приравнивается к потенциалу провода посредством шунтирующей штанги. Это значит, что на нее подается напряжение контактной сети, которое автоматически переходит под ноги работника и человек находится в одном потенциале с токоведущими частями и рабочей площадкой. В то время, как изоляторы И отделяют их от земли и препятствуют протеканию тока, благодаря изоляторам цепь остается разомкнутой и обеспечивается безопасное выполнение работ под напряжением.

Переходная площадка Б в этой ситуации выступает в роли нейтрального элемента, который позволяет переходить с заземленной палубы автомотрисы на площадку, которая находится под напряжением. Направление движения человека показано синей линией. Технология перехода запрещает одновременное движение более одного человека при работе под напряжением. Один человек переходит сначала с палубы на площадку Б, а затем с нее на рабочую площадку А.

В случае аварийной ситуации (пробоя изолятора И, падения провода на землю, перекрытия изоляции площадки), персоналу ничего не будет угрожать. Так как при наличии шунтирующего элемента ток не будет протекать через работника.

В данном случае рассмотрен лишь частный способ выравнивания потенциалов. Но помимо него существуют и другие приспособления:

  • В электрических сетях для этой цели применяются автовышки, изолированные лестницы.
  • На железной дороге, помимо уже рассмотренных автомотрис – лейтер.
  • Для воздушных линий 330 – 750 кВ могут использоваться вертолеты.

Все вышеперечисленные способы работ под напряжением должны выполняться только лицами, которые прошли проверку знаний отраслевых инструкций.

Изоляция человека от токоведущих частей, при этом, не изолируя от земли

Такая работа под напряжением предусматривает, что работник будет находиться непосредственно на земле или на постоянно заземленной конструкции. А все манипуляции, которые он производит на распределительных устройствах или на линии обязательно выполняются при помощи электрозащитных средств. Они отделяют работника от тех элементов, которые находятся под напряжением и должны выбираться ответственным руководителем в соответствии с классом напряжения, на который рассчитана электроустановка.

Примеры работ.

В качестве примера рассмотрите работу под напряжением по замене предохранителя, которая может производиться как для устройств до 1 кВ, так и свыше, в зависимости от ситуации.

Замена предохранителя под напряжением

Рисунок 2: Замена предохранителя под напряжением

Как видите на рисунке 2, показана работа под напряжением во время замены предохранителя в устройстве более 1 кВ. При этом работник обязан соблюдать такие требования безопасности:

  • Использовать диэлектрические перчатки;
  • Применять специальный щиток, предотвращающий попадание искр в лицо и глаза, на случай возникновения таковых;
  • Держать клещи до ограничительных колец на вытянутых руках;
  • Пользоваться только испытанным и пригодным для работы инструментом.

Достаточно часто под напряжением выполняется замена предохранителей до 1 кВ в цепях управления, их оперативное удаление при проведении каких-либо плановых или аварийных работ. При этом меры безопасности отличаются от работ в цепях свыше 1 кВ – применять лицевой щиток не требуется, а клещи выбираются для определенного класса напряжения, и могут быть без ограничительных колец, но при этом обязательно применяется отделение человека от земли изолирующей подставкой, обувью или ковриком.

Еще одним примером может послужить работа оперативной штангой. При этом работник может без труда совершать какие-либо манипуляции с теми же однополюсными разъединителями и прочие операции.

Работа изолирующей штангой

Рисунок 3: Работа изолирующей штангой

Здесь, при техническом обслуживании электроустановок выше 1 кВ, применяются куда более жесткие меры безопасности. Согласно технологических карт работник обязан надеть диэлектрические перчатки и щиток. Проверить на изолирующей штанге работу вращающегося механизма. При выполнении манипуляций без отключения линии должен строго соблюдать положение рук относительно ограничительного кольца.

Еще один вариант – работа с указателем напряжения в сетях 6 — 110 кВ. Это устройство позволяет при отключении потребителя убедиться, что на токоведущих элементах отсутствует напряжение. Но предварительно, ремонтный персонал обязан проверить его на работоспособность, что осуществляется посредством прикосновения щупом к тем шинам или элементам, которые заведомо находятся под напряжением.

Опробование указателя напряжения

Рисунок 4: Опробование указателя напряжения

Как видите, на рисунке 4 показано касание щупом одной из шин переменного тока на фазе С, которое обозначено буквой А. В случае наличия напряжения в сигнализаторе Б будет видно горение лампы. Такая работа также выполняется в диэлектрических перчатках, обязательно соблюдается отметка ограничительного кольца.

Изоляция рабочего от токоведущих частей и земли

Данные работы под напряжением при эксплуатации электроустановок требуют выполнения специальных инструкций. Человек, в такой ситуации, подлежит одновременному ограждению изолирующими элементами и от земли, и от токоведущих частей. Следует отметить, что в различных видах работ изоляция от земли может выполняться с целью ограждения от шагового напряжения, а иногда выполняется, как дополнительная или основная преграда на пути протекания тока.

В качестве примера работы под напряжением в сетях до 1 кВ можно рассмотреть чистку панелей электрических двигателей под нагрузкой, испытания изоляторов и прочие.

Испытание исправности изолятора

Рисунок 5: Испытание исправности изолятора

Как видите, данная работа под напряжением выполняется с изолирующей съемной вышки (лейтера) Л. При такой манипуляции человек обязательно должен ограждаться от токоведущих частей, из-за того, что испытание одновременно задействует и токоведущую и заземленную часть изолятора. Персонал, при этом, пользует диэлектрические рукавицы и специальную штангу для измерения с целью оградить себя от напряжения. Но перчатки и штанга являются лишь дополнительными защитными средствами, а вот лейтер выполняет функции основного средства изоляции работника от земли.

Используемые в работе электрозащитные средства

Все защитные приспособления по своей способности обезопасить человека от вредного воздействия тока подразделяются на основные и дополнительные средства. Так, при работе в устройствах до 1 кВ те же перчатки будут выступать в роли основного, а вот в распределительных сетях выше 1 кВ, уже как дополнительное. Потому что в одиночку они не способны полностью устранить токи утечки или могут подвергнуться пробою. А вот диэлектрический коврик во всех случаях является исключительно дополнительным средством.

Посмотрите, в таблицах ниже приведено разделение средств защиты в соответствии с классом напряжения.

Таблица 2. Дополнительные электрозащитные средства для работы в электроустановках:

Обязательные требования к средствам защиты

В процессе эксплуатации защитные средства могут утрачивать свойства, обеспечивающие выполнение ними поставленных задач. Чтобы предотвратить какие-либо несчастные случаи, некоторые средства должны проходить периодические испытания и осмотры, а остальные только осмотры. Все процедуры фиксируются в соответствующих журналах, а информация о пригодности после испытания на самом средстве защиты.

Читайте также:  Контрольные кабели напряжение испытания

Перед началом работ ответственное лицо производит обязательную проверку пригодности изоляционного инструмента или средства. И в случае:

  • просроченной даты;
  • отсутствия информации об испытаниях;
  • наличии повреждений более установленных правилами;

изымает такие средства для ремонта и внеплановой проверки.

Это видео в дополнение темы статьи


Источник

Изоляция электрических установок

Изоляция электрических установок разделяется на внешнюю и внутреннюю.

К внешней изоляции установок высокого напряжения относят изоляционные промежутки между электродами (проводами линий электропередачи (ЛЭП), шинами распределительных устройств (РУ), наружными токоведущими частями электрических аппаратов и т.д.), в которых роль основного диэлектрика выполняет атмосферный воздух. Изолируемые электроды располагаются на определенных расстояниях друг от друга и от земли (или заземленных частей электроустановок) и укрепляются в заданном положении с помощью изоляторов.

К внутренней изоляции относится изоляция обмоток трансформаторов и электрических машин, изоляция кабелей, конденсаторов, герметизированная изоляция вводов, изоляция между контактами выключателя в отключенном состоянии, т.е. изоляция герметически изолированная от воздействия окружающей среды корпусом, оболочкой, баком и т.д. Внутренняя изоляция как правило представляет собой комбинацию различных диэлектриков (жидких и твердых, газообразных и твердых).

изоляция силового трансформатора

Важной особенностью внешней изоляции является ее способность восстанавливать свою электрическую прочность после устранения причины пробоя. Однако электрическая прочность внешней изоляции зависит от атмосферных условий: давления, температуры и влажности воздуха. На электрическую прочность изоляторов наружной установки влияют также загрязнения их поверхности и атмосферные осадки.

Особенностью внутренней изоляции электрооборудования является старение, т.е. ухудшение электрических характеристик в процессе эксплуатации. Вследствие диэлектрических потерь изоляция нагревается. Может произойти чрезмерный нагрев изоляции, который приведет к ее тепловому пробою. Под действием частичных разрядов, возникающих в газовых включениях, изоляция разрушается и загрязняется продуктами разложения.

Пробой твердой и комбинированной изоляции — явление необратимое, приводящее к выходу из строя электрооборудования. Жидкая и внутренняя газовая изоляция самовосстанавливается, но ее характеристики ухудшаются. Необходимо постоянно контролировать состояние внутренней изоляции в процессе ее эксплуатации, чтобы выявить развивающийся в ней дефекты и предотвратить аварийный отказ электрооборудования.

Внешняя изоляция электроустановок

При нормальных атмосферных условиях электрическая прочность воздушных промежутков относительно невелика (в однородном поле при межэлектродных расстояниях около 1 см ≤ 30 кВ/см). В большинстве изоляционных конструкций при приложении высокого напряжения создается резконеоднородное электрическое поле. Электрическая прочность в таких полях при расстоянии между электродами 1-2 м составляет приблизительно 5 кВ/см, а при расстояниях 10-20 м снижается до 2,5-1,5 кВ/см. В связи с этим габариты воздушных ЛЭП и РУ при увеличении номинального напряжения быстро возрастают.

изоляция воздушной линии электропередачи

Целесообразность использования диэлектрических свойств воздуха в энергетических установках разных классов напряжения объясняется меньшей стоимостью и сравнительной простотой создания изоляции, а также способностью воздушной изоляции полностью восстанавливать электрическую прочность после устранения причины пробоя разрядного промежутка.

Для внешней изоляции характерна зависимость электрической прочности от метеорологических условий (давления p, температуры Т , абсолютной влажности Н воздуха, вида и интенсивности атмосферных осадков), а также от состояния поверхностей изоляторов, т.е. количества и свойства загрязнений на них. В связи с этим воздушные изоляционные промежутки выбирают так, чтобы они имели требуемую электрическую прочность при неблагоприятных сочетаниях давления, температуры и влажности воздуха.

Электрическую прочность вдоль изоляторов наружной установки измеряют в условиях, соответствующих разным механизмам разрядных процессов, а именно, когда поверхности изоляторов чистые и сухие, чистые и смачиваются дождем, загрязнены и увлажнены. Разрядные напряжения, измеренные при указанных состояниях, называю соответственно сухоразрядными, мокроразрядными и грязе- или влагоразрядными.

Основной диэлектрик внешней изоляции — атмосферный воздух — не подвержен старению, т.е. независимо от воздействующих на изоляцию напряжений и режимов работы оборудования его средние характеристики остаются неизменными во времени.

полимерные изоляторы

Регулирование электрических полей во внешней изоляции

При резконеоднородных полях во внешней изоляции возможен коронный разряд у электродов с малым радиусом кривизны. Появление короны вызывает дополнительные потери энергии и интенсивные радиопомехи. В связи с этим большое значение имеют меры по уменьшению степени неоднородности электрических полей, которые позволяют ограничить возможность возникновения короны, а также несколько увеличить разрядные напряжения внешней изоляции.

Регулирование электрических полей во внешней изоляции осуществляется с помощью экранов на арматуре изоляторов, которые увеличивают радиус кривизны электродов, что и повышает разрядные напряжения воздушных промежутков. На воздушных ЛЭП высоких классов напряжений используются расщепленные провода.

Внутренняя изоляция электроустановок

Внутренней изоляцией называются части изоляционной конструкции, в которых изолирующей средой являются жидкие, твердые или газообразные диэлектрики или их комбинации, не имеющие прямых контактов с атмосферным воздухом.

Целесообразность или необходимость применения внутренней изоляции, а не окружающего нас воздуха обусловлена рядом причин. Во-первых, материалы для внутренней изоляции обладают значительно более высокой электрической прочностью (в 5-10 раз и более), что позволяет резко сократить изоляционные расстояния между проводниками и уменьшить габариты оборудования. Это важно с экономической точки зрения. Во-вторых, отдельные элементы внутренней изоляции выполняют функцию механического крепления проводников, жидкие диэлектрики в ряде случает значительно улучшают условия охлаждения всей конструкции.

Элементы внутренней изоляции в высоковольтных конструкциях в процессе эксплуатации подвергаются сильным электрическим, тепловым и механическим воздействиям. Под влиянием этих воздействий диэлектрические свойства изоляции ухудшаются, изоляция “стареет” и утрачивает свою электрическую прочность.

Механические нагрузки опасны для внутренней изоляции тем, что в твердых диэлектриках, входящих в ее состав, могут появиться микротрещины, в которых затем под действие сильного электрического поля возникнут частичные разряды и ускорится старение изоляции.

разрушение изоляции

Особая форма внешнего воздействия на внутреннюю изоляцию обусловлена контактами с окружающей средой и возможностью загрязнения и увлажнения изоляции при нарушении герметичности установки. Увлажнение изоляции ведет к резкому уменьшению сопротивления утечки и росту диэлектрических потерь.

Внутренняя изоляция должна обладать более высоким уровнем электрической прочности, чем внешняя изоляция , т.е. таким уровнем, при котором пробой полностью исключаются в течение всего срока службы.

Необратимость повреждения внутренней изоляции сильно осложняет накопление экспериментальных данных для новых видов внутренней изоляции и для вновь разрабатываемых крупных изоляционных конструкций оборудования высокого и сверхвысокого напряжения. Ведь каждый экземпляр крупной дорогостоящей изоляции можно испытать на пробой только один раз.

Диэлектрические материалы должны также:

обладать хорошими технологическими свойствами, т.е. должны быть пригодными для высокопроизводительных процессов изготовления внутренней изоляции;

удовлетворять экологическим требованиям, т.е. не должны содержать или образовывать в процессе эксплуатации токсичные продукты, а после отработки всего ресурса они должны поддаваться переработке или уничтожению без загрязнения окружающей среды;

не быть дефицитными и иметь такую стоимость, при которой изоляционная конструкция получается экономически целесообразной.

изоляция электродвигателяВ ряде случаев к указанным выше требованиям могут добавляться и другие, обусловленные спецификой того или иного вида оборудования. Например материалы для силовых конденсаторов должны иметь повышенную диэлектрическую проницаемость, материалы для камер выключателей — высокую стойкость к термоударам и воздействиям электрической дуги.

Длительная практика создания и эксплуатации различного высоковольтного оборудования показывает, что во многих случаях весь комплекс требований наилучшим образом удовлетворяется при использовании в составе внутренней изоляции комбинации из нескольких материалов, дополняющих друг друга и выполняющих несколько различные функции.

Так, только твердые диэлектрические материалы обеспечивают механическую прочность изоляционной конструкции. Обычно они имеют и наиболее высокую электрическую прочность. Детали из твердого диэлектрика, обладающего высокой механической прочностью, могут выполнять функцию механического крепления проводников.

Использование жидких диэлектриков позволяет в ряде случаев значительно улучшить условия охлаждения за счет естественной или принудительной циркуляции изоляционной жидкости.

Источник