2.2 Диэлектрические потери

2.2.1 Диэлектрические потери

Под действием переменного напряжения часть электрической энергии в диэлектрике преобразуется в тепловую. Эта часть энергии называется диэлектрическими потерями. Они в основном вызваны проводимостью и медленной релаксационной поляризацией, а также являются основной причиной электрического пробоя диэлектрика. Энергия, потребляемая за единицу времени, обычно называется мощностью диэлектрических потерь.

2.2.2 Формы диэлектрических потерь

Подразделяются на: свободные потери, дипольные потери, потери проводимости, потери в неоднородном диэлектрике

2.3 Старение изоляции

2.3.1 Понятие старения изоляции

В процессе эксплуатации электрооборудования под воздействием различных факторов в течение длительного времени в изоляционном материале происходят необратимые химические и физические изменения, приводящие к ухудшению электрических и механических свойств. Эти необратимые изменения обычно называют старением.

Старение изоляции подразделяется на тепловое, экологическое и электрическое. Факторами, вызывающими старение, являются тепло, электричество, свет, кислород, излучение и микроорганизмы.

2.3.2 Тепловое старение

Старение изоляционных материалов под воздействием тепла называется тепловым старением. В процессе теплового старения полимерные изоляционные материалы часто подвергаются термическому разложению, образованию или выделению низкомолекулярных веществ. Электрические и механические свойства изоляционного материала снижаются.

2.3.3 Электрическое старение

В электрооборудовании свойства изоляционных материалов под действием электрического поля изменяются необратимо до выхода из строя. Этот процесс называется электрическим старением. Основной причиной электрического старения изоляционных материалов является частичный разряд. Из-за частичного разряда образуется озон, который является сильным окислителем, вызывающим реакции присоединения макромолекул с двойными связями и озонное растрескивание материала.

2.3.4 Экологическое старение

Экологическое старение относится к загрязняющим химическим реакциям, вызванным воздействием света, кислорода, излучения, кислотно-щелочных факторов и других факторов на изоляционные материалы, среди которых ультрафиолетовые лучи солнечного света являются основным фактором. 3 Твердый изоляционный материал

Твердый изоляционный материал, используемый в трансформаторах, относится к изоляционному материалу, который является твердым по своей природе или становится твердым в результате химических реакций и физических изменений. Существует множество видов твердых изоляционных материалов для трансформаторов, таких как изоляционная бумага, изоляционный картон, лента Nomex, клейкая бумага, электротехническая слоистая древесина, эпоксидная стеклоткань, ламинат с низкими диэлектрическими потерями, изоляционная краска, изоляционный клей, хлопковая лента, стягивающая лента, сетчатая полиэфирная лента без утка и так далее. В данном обучении будут представлены основные твердые изоляционные материалы, используемые в трансформаторах.

3.1 Изоляционная бумага

Изоляционная бумага, описанная здесь, относится к чистой сульфатной древесной целлюлозной бумаге, а другие виды изоляционной бумаги включают синтетическую волокнистую бумагу (например, бумагу NOMEX), утолщенную изоляционную бумагу (например, бумагу Denison) и так далее.

3.1.1 Изоляционная бумага подразделяется на две категории: растительная волокнистая бумага и синтетическая волокнистая бумага.

3.1.2 Связь между молекулярной структурой целлюлозы и характеристиками изоляционной бумаги

3.1.2.1 Пропитка

Поскольку молекулярная структура целлюлозы состоит из гидроксильных групп и первичных спиртов, целлюлоза обладает хорошей гигроскопичностью. Если целлюлоза помещена во влажный воздух, молекулы воды проникают между макромолекулами целлюлозы, увлажняя капилляры в структуре целлюлозы. Поэтому изоляционная бумага обладает определенной пропитываемостью. Пропитка изоляционной бумаги тесно связана с процессами варки, размола и изготовления бумаги. С точки зрения варки, чем чище получается целлюлоза, тем лучше качество и выше пропитываемость.

3.1.2.2 Механические свойства

Механическая прочность бумаги в первую очередь зависит от молекулярной массы целлюлозы. Чем выше молекулярная масса, тем выше прочность. Исходя из этой базовой концепции, если требуется изоляционная бумага с более высокой прочностью, можно использовать древесину в качестве сырья вместо конопляного или хлопкового волокна, поскольку молекулярная масса хлопкового и конопляного волокна значительно выше, чем у древесного волокна.

3.1.2.3 Электрические характеристики

3.1.3 Основная изоляционная бумага для масляных трансформаторов

В масляных трансформаторах часто используются следующие виды изоляционной бумаги: силовая кабельная бумага, высоковольтная кабельная бумага и межвитковая изоляционная бумага трансформатора. Их характеристики приведены ниже.

3.1.3.1 Силовая кабельная бумага

Силовая кабельная бумага используется для изоляции силовых кабелей и трансформаторов или других электротехнических изделий напряжением до 35 кВ. Продукция подразделяется на три класса: DLZ-V, DLZ-A и DLZB, а толщина — на три типа: 80 мкм, 130 мкм и 170 мкм. Эта кабельная бумага является рулонной.

3.1.3.2 Высоковольтная кабельная бумага

Высоковольтная кабельная бумага предназначена для трансформаторов 110–330 кВ и также является рулонной.

3.1.3.3 Межвитковая изоляционная бумага трансформатора

Межвитковая изоляционная бумага трансформатора также является разновидностью высоковольтной кабельной бумаги, но обладает лучшими характеристиками. Она может использоваться для трансформаторов, трансформаторов и реакторов напряжением до 550 кВ. Существует три формы содержания воды в изоляционной бумаге и картоне: 1. Химически связанная вода. 2. Физико-химически связанная вода (адсорбционная вода). 3. Физико-механически связанная вода.

Среди них химически связанная вода имеет самую сильную связь, и ее содержание обычно составляет менее 0,1%. Если при сушке трансформатора обрабатывать связанную воду, степень полимеризации изоляционного картона снизится, и материал состарится. Для сверхвысоковольтных трансформаторов содержание воды в высушенном материале составляет от 0,2% до 0,3%.

Физико-химически связанная вода относится к физически адсорбированной воде, основанной на молекулярном взаимодействии между материалом и водой. Благодаря внутренней и внешней активности целлюлозных волокон жидкость адсорбируется физико-химическими силами. Содержание влаги, поглощенной физико-химическим способом, составляет от 8% до 9%.

Физико-механически связанная вода относится к свободной воде. Благодаря поверхностному натяжению жидкости в капиллярах материала она присутствует в крупной капиллярной системе, то есть в полостях клеток и межклеточных промежутках, и материал физико-механически связан. При производстве изоляционной бумаги и картона свободная вода сначала удаляется в процессе сушки, затем частично адсорбируется, и ее содержание контролируется на уровне около 6%.

3.1.3.4 Телефонная бумага

Телефонная бумага изготавливается из небеленой сульфатной древесной целлюлозы и в основном используется при производстве телефонных кабелей. Некоторые заводы по производству трансформаторов также используют ее в производстве трансформаторов. Телефонная бумага также используется в качестве основы для изоляционной крепированной бумаги.

Телефонная бумага подразделяется на три категории по качеству: A, B и C, из которых A и B используются для изготовления кабелей связи. Телефонная бумага выпускается в двух спецификациях: DH-50 и DH-75.

Телефонная бумага является рулонной.

3.1.3.5 Конденсаторная бумага

Конденсаторная бумага подразделяется на категории A и B. Категория A используется для металлизированных бумажных диэлектрических конденсаторов в электронной промышленности, а категория B — для стандартной конденсаторной бумаги для силовых конденсаторов, которая характеризуется высокой плотностью и малой толщиной.

3.1.3.6 Рулонная изоляционная бумага

Рулонная изоляционная бумага используется в качестве основы для клейкой бумаги (клейкая бумага бывает односторонней, двусторонней и сетчатой, и используется для обмотки изоляционных трубок и емкостных втулок). Характеристика рулонной изоляционной бумаги заключается в том, что ее водопоглощение выше, чем у кабельной бумаги, но ниже, чем у пропитанной бумаги. Ее толщина составляет 0,07 мм и 0,09 мм.

3.1.3.7 Пропитанная изоляционная бумага

Пропитанная изоляционная бумага — это изоляционная бумага, используемая для изготовления ламинированных изделий после пропитки смолой. В зависимости от назначения ламинированных изделий пропитанная изоляционная бумага подразделяется на: сульфатную древесную целлюлозную бумагу, сульфитную древесную целлюлозную бумагу. Основная особенность пропитанной изоляционной бумаги — хорошие пропитывающие свойства, ее водопоглощение является самым высоким среди изоляционных бумаг, и пропитанная изоляционная бумага является нейтральной.

3.2 Изоляционная крепированная бумага

Изоляционная крепированная бумага изготавливается из электротехнической изоляционной бумаги путем крепирования. Вдоль ее поперечного направления имеются складки, которые растягиваются при натяжении. В зависимости от различных процедур крепирования можно изготовить крепированную бумагу с различным удлинением. Толщина изоляционной бумаги обычно составляет 0,05–0,12 мм, а диапазон удлинения — 5–200%. Изоляционная крепированная бумага обычно используется в обмоточной изоляции масляных трансформаторов, например, для изоляционной обмотки головок обмоток, выводов и изоляционных экранов.

3.3 Бумага Denison

Модифицированная изоляционная бумага превращается в нитриловую бумагу, и в процессе производства в целлюлозу добавляются бис-нитрил амин, этиленцианид и другие вещества. Производится компанией Denison в США, характеризуется тем, что после крепирования и каландрирования бумага обладает хорошей механической прочностью и соответствующим удлинением, является идеальным материалом для изоляции обмоток крупных трансформаторов. Может использоваться для обмотки перекрестных проводов, обеспечивая плотность без явления разбухания.