Papier Izolacja papierowa - zastosowania, zalety i wady
Izolacja z papieru olejowego składa się z warstw papieru impregnowanego olejem oraz warstw oleju wypełniających szczeliny między warstwami papieru. Papierową warstwę izolacyjną można zbudować z litych arkuszy papieru, na przykład w izolacji kondensatora w worku lub rolce, lub przez nawinięcie taśmy papierowej z zakładką dodatnią lub ujemną (rysunek 1).
Do izolowania zwojów stosowana jest taśma izolacyjna z zakładką dodatnią transformatory mocy, izolacja przekładniki prądowe, napięcie i inne urządzenia. Taśma nawijana jest z co najmniej pełnym zakładem ręcznie lub maszynowo z maksymalnym możliwym naprężeniem, zapewniającym wysoką gęstość przylegania warstw.
Kable elektroenergetyczne są zwinięte ze szczeliną (ujemne zachodzenie na siebie), aby zapewnić niezbędną elastyczność kabla. Szerokość szczeliny jest proporcjonalna do szerokości taśmy i zwykle wynosi 1,5 - 3,5 mm przy szerokości taśmy 15 - 30 mm, grubość taśm papierowych to 14 - 120 mikronów.Mają tendencję do toczenia się w taki sposób, że aby uniknąć nakładania się szczelin, dopuszczalna liczba pasujących szczelin jest znormalizowana, ponieważ warstwy oleju o znacznej grubości są obszarami o zmniejszonej wytrzymałości elektrycznej.
Ryż. 1. Izolacja z papieru olejowego z zakładką dodatnią i ujemną
Izolacja papierowa olejna jest impregnowana próżniowo, przed impregnacją gotowy produkt jest dokładnie suszony w komorach próżniowych w podwyższonej temperaturze (do 130°C). Ciśnienie resztkowe podczas impregnacji i suszenia zapewnia eliminację pustek w papierze i prawie całkowite odgazowanie oleju. Powietrze, które pozostaje w oleju, stanowi mniej niż jedną setną ilości powietrza rozpuszczonego w oleju w stanie równowagi w normalnych warunkach (rozpuszczalność powietrza w oleju), co odpowiada objętościowo 10-11%.
Izolacja olejowo-papierowa ma bardzo dużą wytrzymałość krótkotrwałą Epr, równą 50 - 120 kV/mm przy napięciu przemiennym i 100 - 250 kV/mm przy napięciu stałym, dlatego stosowana jest w konstrukcjach o dużym natężeniu pola elektrycznego.
Wytrzymałość elektryczna izolacji z papieru olejnego zależy od liczby warstw papieru. W przypadku izolacji arkuszowej wykonanej z papieru kondensatorowego początkowo wraz ze wzrostem liczby warstw wytrzymałość wzrasta, ponieważ prawdopodobieństwo koincydencji słabych, wadliwych miejsc w arkuszu maleje, a następnie maleje w miarę pogarszania się oddawania ciepła i powstaje możliwość przebicia termicznego, a także zwiększa się efekt niejednorodności pola na krawędziach elektrod. Maksymalne naprężenie zrywające obserwuje się przy 6-10 warstwach papieru (rys. 2).
Ryż. 2.Zależność wytrzymałości na zerwanie papieru 10 mikronów od grubości izolacji
Wytrzymałość izolacji papieru kablowego w polach jednorodnych i lekko niejednorodnych zależy od maksymalnego natężenia pola i zależy trochę od grubości d... W polach wysoce niejednorodnych, na przykład na ostrej krawędzi elektrody, zmniejsza się wytrzymałość na przebicie wraz ze wzrostem grubości izolacji.
Pod napięciem przemiennym rozpad wielowarstwowego dielektryka papier-olej zawsze zaczyna się od częściowego rozpadu warstw oleju. Dlatego projektując izolację dąży się do tego, aby warstwy oleju były cieńsze, ponieważ przy cienkich warstwach wzrasta napięcie przebicia w oleju.Osiąga się to poprzez zwiększenie gęstości uzwojenia, karbikowania, a przede wszystkim zmniejszenie grubości papieru. Zastosowanie cienkiego papieru prowadzi do zauważalnego wzrostu wytrzymałości dielektrycznej izolacji (rys. 3).
Ryż. 3. Zależność wytrzymałości na zerwanie od grubości papieru przy częstotliwości zasilania
Zwiększenie gęstości papieru prowadzi do zwiększenia wytrzymałości dielektrycznej arkuszy papieru. Dlatego krótkotrwała wytrzymałość izolacji z papieru olejowego wzrasta wraz z gęstością papieru, ale jednocześnie zwiększa się naprężenie w oleju, co prowadzi do zmniejszenia wytrzymałości i skrócenia żywotności izolacji przy długotrwałym naprężeniu efekty związane z wyładowaniami niezupełnymi w warstwach oleju.
Krótkoterminowa i długoterminowa wytrzymałość izolacji z papieru olejnego znacznie wzrasta wraz ze wzrostem ciśnienia.Wraz ze wzrostem ciśnienia zwiększa się wytrzymałość oleju w przekładkach, a ponadto powstawanie wyładowań w wtrąceniach powietrza staje się trudniejsze.
Podczas zwilżania obserwuje się zauważalny spadek krótko- i długoterminowej wytrzymałości elektrycznej izolacji papierowo-olejowej. Wilgoć jest szczególnie silna w podwyższonych temperaturach.
Siła impulsów izolacji papieru olejowego wzrasta wraz ze zmniejszaniem się czasu trwania impulsu. Wpływ gęstości papieru, grubości i liczby warstw papieru na siłę impulsu izolacji z papieru olejowego jest taki sam, jak napięcie o częstotliwości sieciowej. Zwiększenie ciśnienia znacznie zwiększa jednak napięcie przebicia dla standardowych impulsów aperiodycznych.
Krótkotrwała wytrzymałość izolacji papierowo-olejowej podczas rozwoju wyładowania warstwowego jest 2-3 razy mniejsza niż przy napięciach pola normalnych do powierzchni stałego dielektryka.
Do impregnacji papieru zamiast oleju można użyć innych płynów. Do impregnacji kondensatorów stosuje się chlorowane bifenyle. Polichlorowane bifenyle (sovol, sovtol) i oparte na nich specjalne mieszanki impregnujące są kompatybilne z papierem, mają podwyższoną stałą dielektryczną i wystarczająco wysoką wytrzymałość dielektryczną. Przy częstotliwości przemysłowej pole między warstwami papieru i cieczy jest w tym przypadku rozłożone bardziej równomiernie niż w podobnych konstrukcjach izolacji impregnowanej olejem. Główne ograniczenia w stosowaniu płynów chlorowanych związane są z ich wysoką toksycznością.
Do impregnacji izolacja kabla stosuje się również syntetyczne węglowodory ciekłe (oktol, dodekbenzen itp.).Ponadto zamiast papieru w kablach i kondensatorach stosuje się folie syntetyczne lub kompozytowe folie izolacyjne z papieru impregnowane olejem lub innymi płynami izolacyjnymi. W takich systemach papier pełni rolę knota wciągającego masę impregnującą w głąb ocieplenia. Impregnacja czystych folii polimerowych jest utrudniona ze względu na ich słabą zwilżalność.