Теоретическая часть. Поражение человека электрическим током обусловливается попаданием его под разность потенциалов, а также значением протекающего через тело человека тока.

Поражение человека электрическим током обусловливается попаданием его под разность потенциалов, а также значением протекающего через тело человека тока.

Одним из основных средств, препятствующих возникновению этих опас­ных ситуаций, является надежная электрическая изоляция элементов, находя­щихся под напряжением.

Изоляция электрическая (и.э) предназначена для предотвращения образования электрического контакта или электрического пробоя между частями электротехнической установки, находящимися под различными электрическими потенциалами то есть для разделение проводников с током слоем диэлектрика или вакуумным промежутком обеспечивающими такое разделение. Изоляция электрическая характеризуется электрической прочностью, объёмным и поверхностным электрическими сопротивлениями, диэлектрическими потерями, короностойкостью, нагрево- и морозостойкостью, механической прочностью и др.

Различают электроизоляционные материалы твердые (бумаги, слюды, лакоткани и т. д.), жидкие (напр., трансформаторные масла) и газообразные (воздух, элегаз и др.).Выбор диэлектриков для изоляции электрической (И.э.) зависит от условий её эксплуатации. Например, для изоляции электрических машин (генераторов, двигателей) определяющее значение имеет нагревостойкость; в этом случае И. э. чаще всего изготавливают из Слюды. Для изоляции воздушных линий электропередачи особенно важны влагостойкость и механическая прочность, наиболее подходящие материалы — Фарфор и Стекло. В радиотехнических устройствах И. э. выполняется обычно из материалов, обладающих минимальными диэлектрическими потерями и максимальным объёмным и поверхностным электрическими сопротивлениями. В трансформаторах, электрических конденсаторах и кабелях применяют комбинированную И. э., состоящую из минерального масла и пропитанной им целлюлозы (бумаги, электрокартона, прессшпона).

Габариты изоляционной конструкции определяются рабочим напряжением установки и длительной прочностью И. э. при заданном сроке службы. Если на установке могут возникать перенапряжения, то конструкция и габариты И. э. определяются также амплитудой возможных перенапряжений и кратковременной электрической прочностью.

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).

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.

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 А 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, называют 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.

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.

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.

В 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. Согласно ГОСТ 12.1.009 электрическая изоляция подразделяется на сле­дующие виды:

- рабочая изоляция - обеспечивает нормальную работу электроустановки и защиту от поражения электрическим током;

- дополнительная изоляция - предусматривается дополнительно к рабочей изоляции для защиты от поражения электрическим током в случае повреждения

рабочей изоляции;

- двойная изоляция - изоляция частей электроустановки, нормально не на­ходящихся под напряжением, или наличие рабочей и дополнительной изоля­ции;

- усиленная изоляция - улучшенная рабочая изоляция, обеспечивающая такую же степень защиты от поражений электрическим током, как и двойная

изоляция.

Состояние изоляции в значительной мере определяет степень безопасности эксплуатации электроустановок. В процессе эксплуатации электроустановок изоляция оборудования стареет, в результате чего изменяются ее наиболее важные свойства. Основными при­чинами, вызывающими старение изоляции, являются:

- нагревание рабочими и пусковыми токами, токами короткого замыкания, теплотой от посторонних источников, от солнечного излучения и т.д.;

- динамические усилия, которым подвергается изоляция в результате элек­тромагнитного взаимодействия между проводниками с током;

- коммутационные и атмосферные перенапряжения.

Ухудшение изоляции также может быть в результате механических повре­ждений (изгибы, растягивание, вибрации), загрязненности, повышенной темпе­ратуры, влажности и наличия агрессивных сред в помещениях.

Для обеспечения надежности изоляции осуществляется контроль изоля­ции: периодический и постоянный [4]. Под периодическим контролем изоляции понимают измерение ее сопротивления в установленные правилами сроки. Измерение проводится на отключенной электроустановке или сети. Определяется сопротивление изоляции отдельных участков сети, электрических аппаратов, трансформаторов, электродвигателей и т.п.

Измеряется сопротивление изоляции каждой фазы относительно земли и между каждой парой фаз на каждом участке сети.

Под участком сети подразумевается участок цепи (сети) между двумя по­следовательно установленными аппаратами защиты или за последним защит­ным аппаратом (автоматическим выключателем, плавким предохранителем). Нормы на сопротивление изоляции и сроки измерений регламентированы в Правилах устройства электроустановок, Правилах эксплуатации электроуста­новок потребителей и Правилах техники безопасности при эксплуатации элек­троустановок потребителей (ПУЭ, ПЭЭП и ПТБ). Сопротивление изоляции каждого участка в сетях напряжением до 1000 В должно быть не ниже 0,5 МОм на фазу [Приложение2]. В качестве примера изоляции до 1000 в на рисунке 1 приведён пример конструкции кабельной линии напряжением до 1000в.

Рисунок 1. Конструкция кабельной линии напряжения до 1000 в.

Конструкция:

1. Токопроводящая жила, скрученная из медных или медных лужённых проволок

2. Обмотка из полиэтилентерефталатной плёнки

3. Изоляция из резины на основе натурального и бутадиенового каучуков маркировка жил: цифровая 1,2,3,4,5, жила заземления -0; цветовая голубой, чёрный, коричневый, жила заземления жёлто-зеленоватая

4. Обмотка из полиэтилентерефталатной плёнки

5. Оболочка из резины на основе изопренового и бутадиенового каучуков

Измерение сопротивления изоляции производится мегаомметром. Ранее

выпускались мегаомметры М 1101 и МС-06, в настоящее время они заменены на мегаомметры М 4100/1 - М 4100/5 с диапазоном измерений 0 - 2000 кОм, 0 -1000 МОм и на напряжения 100, 250, 500, 1000, 2500 В, которые выбираются в зависимости от рабочего напряжения сети [Приложение 2]. Указанные мегаомметры имеют встроенный генератор, приводимый во вращение от руки.

Выпускается мегаомметр М 4101, который не имеет встроенного генератора, а пи­тается от сети переменного тока напряжения 220 и 127 В.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: