Isolation des installations électriques

L'isolation des installations électriques est divisée en externe et interne.

Pour l'isolation externe, les installations à haute tension comprennent des espaces isolants entre les électrodes (fils lignes électriques (lignes électriques), pneus de distribution (RU), parties sous tension externes appareils électriques etc.), dans lequel le rôle du principal diélectrique effectue de l'air atmosphérique. Les électrodes isolées sont situées à certaines distances les unes des autres et du sol (ou des parties mises à la terre des installations électriques) et sont fixées dans une certaine position à l'aide d'isolateurs.

L'isolation interne comprend l'isolation des enroulements des transformateurs et des machines électriques, l'isolation des câbles, des condensateurs, l'isolation compactée des traversées, l'isolation entre les contacts de l'interrupteur à l'état bloqué, c'est-à-dire isolant, hermétiquement isolé de l'environnement par une enveloppe, un carter, un réservoir, etc. L'isolation interne est généralement une combinaison de différents diélectriques (liquide et solide, gazeux et solide).

Une caractéristique importante de l'isolation externe est sa capacité à restaurer sa rigidité électrique après élimination de la cause du dommage. Cependant, la tenue diélectrique de l'isolant extérieur dépend des conditions atmosphériques : pression, température et humidité. La rigidité diélectrique des isolants externes est également affectée par la contamination de surface et les précipitations.

La particularité de l'isolation interne des équipements électriques est le vieillissement, c'est-à-dire détérioration des caractéristiques électriques pendant le fonctionnement. Les pertes diélectriques chauffent l'isolant. Un échauffement excessif de l'isolant peut se produire, entraînant une panne thermique. Sous l'influence des décharges partielles se produisant dans les inclusions de gaz, l'isolation est détruite et contaminée par des produits de décomposition.

Dégradation des isolants solides et composites — un phénomène irréversible entraînant des dommages aux équipements électriques. L'isolation liquide et gazeuse interne est auto-cicatrisante, mais ses caractéristiques se détériorent. Il est nécessaire de surveiller en permanence l'état de l'isolation interne pendant son fonctionnement afin d'identifier les défauts qui s'y développent et de prévenir les dommages d'urgence de l'équipement électrique.

Isolation extérieure des installations électriques

Dans des conditions atmosphériques normales, la rigidité diélectrique des entrefers est relativement faible (en champ uniforme avec des distances interélectrodes de l'ordre de 1 cm ≤ 30 kV/cm). Dans la plupart des constructions d'isolation, lorsqu'une haute tension est appliquée, très inhomogène champ électrique… La force électrique dans de tels champs à une distance entre les électrodes de 1 à 2 m est d'environ 5 kV / cm et à des distances de 10 à 20 m, elle diminue à 2,5 à 1,5 kV / cm.À cet égard, la taille des lignes de transmission aériennes et des appareillages de commutation augmente rapidement à mesure que la tension nominale augmente.

L'opportunité d'utiliser les propriétés diélectriques de l'air dans les centrales électriques avec différentes classes de tension s'explique par le moindre coût et la simplicité relative de la création d'une isolation, ainsi que par la capacité de l'isolation de l'air à restaurer complètement la rigidité diélectrique après avoir éliminé la cause de la décharge. échec de l'écart.

L'isolation extérieure est caractérisée par la dépendance de la rigidité diélectrique aux conditions météorologiques (pression p, température T, humidité absolue H de l'air, type et intensité des précipitations), ainsi qu'à l'état des surfaces des isolateurs, c'est-à-dire quantité et propriétés des impuretés sur eux. A cet égard, les entrefers sont choisis pour avoir la rigidité diélectrique requise sous des combinaisons défavorables de pression, de température et d'humidité.

La rigidité diélectrique sur les isolateurs de l'installation extérieure est mesurée dans des conditions correspondant à différents mécanismes des processus de décharge, à savoir lorsque les surfaces isolateurs propre et sec, propre et mouillé de pluie, sale et humide. Les tensions de décharge mesurées dans les conditions spécifiées sont respectivement appelées décharge sèche, décharge humide et saleté ou tensions de décharge d'humidité.

Le diélectrique principal de l'isolation externe est l'air atmosphérique - il n'est pas sujet au vieillissement, c'est-à-dire quelles que soient les tensions agissant sur l'isolement et les modes de fonctionnement de l'équipement, ses caractéristiques moyennes restent inchangées dans le temps.

Régulation des champs électriques en isolation extérieure

Avec des champs très inhomogènes dans l'isolation externe, une décharge corona est possible au niveau des électrodes avec un petit rayon de courbure. L'apparition de la couronne provoque des pertes d'énergie supplémentaires et des interférences radio intenses. À cet égard, les mesures visant à réduire le degré d'inhomogénéité des champs électriques sont d'une grande importance, ce qui permet de limiter la possibilité de formation de corona, ainsi que d'augmenter légèrement les tensions de décharge de l'isolation externe.

La régulation des champs électriques dans l'isolation extérieure s'effectue à l'aide d'écrans sur le renfort des isolants, qui augmentent le rayon de courbure des électrodes, ce qui augmente les tensions de décharge des entrefers. Les conducteurs divisés sont utilisés sur les lignes de transmission aériennes des classes haute tension.

Isolation intérieure des installations électriques

L'isolation interne fait référence aux parties d'une structure isolante dans lesquelles le milieu isolant est un diélectrique liquide, solide ou gazeux, ou des combinaisons de ceux-ci, qui n'ont pas de contact direct avec l'air atmosphérique.

L'opportunité ou la nécessité d'utiliser une isolation interne plutôt que l'air qui nous entoure est due à un certain nombre de raisons. Premièrement, les matériaux d'isolation internes ont une résistance électrique nettement supérieure (5 à 10 fois ou plus), ce qui peut réduire considérablement les distances d'isolation entre les fils et réduire la taille de l'équipement. C'est important d'un point de vue économique. Deuxièmement, les éléments individuels de l'isolation interne remplissent la fonction de fixation mécanique des fils; les diélectriques liquides améliorent dans certains cas de manière significative les conditions de refroidissement de l'ensemble de la structure.

Les éléments isolants internes des structures à haute tension sont exposés à de fortes charges électriques, thermiques et mécaniques pendant le fonctionnement. Sous l'effet de ces influences, les propriétés diélectriques de l'isolant se détériorent, l'isolant « vieillit » et perd sa rigidité diélectrique.

Les charges mécaniques sont dangereuses pour l'isolation interne, car des microfissures peuvent apparaître dans les diélectriques solides qui la composent, où alors, sous l'influence d'un fort champ électrique, des décharges partielles se produiront et le vieillissement de l'isolation s'accélérera.

Une forme particulière d'influence externe sur l'isolation interne est causée par les contacts avec l'environnement et la possibilité de contamination et d'humidité de l'isolation en cas de rupture de l'herméticité de l'installation. Le mouillage de l'isolant entraîne une forte diminution de la résistance de fuite et une augmentation des pertes diélectriques.

L'isolation intérieure doit avoir une rigidité diélectrique plus élevée que l'isolation extérieure, c'est-à-dire un niveau auquel la panne est complètement exclue pendant toute la durée de vie.

L'irréversibilité des dommages à l'isolation interne complique considérablement l'accumulation de données expérimentales pour les nouveaux types d'isolation interne et pour les grandes structures d'isolation nouvellement développées des équipements haute et ultra-haute tension. Après tout, chaque morceau d'isolant volumineux et coûteux ne peut être testé qu'une seule fois.

Les matériaux diélectriques doivent également :

• avoir de bonnes propriétés technologiques, c'est-à-dire doit être adapté aux processus d'isolement interne à haut débit ;

• répondre aux exigences environnementales, c'est-à-direils ne doivent pas contenir ou former de produits toxiques lors de leur exploitation et après épuisement de la totalité de la ressource, ils doivent subir une transformation ou une destruction sans polluer l'environnement ;

• ne pas être rare et avoir un prix tel que la structure d'isolement soit économiquement viable.

Dans certains cas, d'autres exigences peuvent être ajoutées aux exigences ci-dessus en raison des spécificités d'un type particulier d'équipement. Par exemple, les matériaux pour les condensateurs de puissance doivent avoir une constante diélectrique accrue, les matériaux pour les chambres de commutation - une résistance élevée aux chocs thermiques et aux arcs électriques.

De nombreuses années de pratique dans la création et l'exploitation de divers matériel haute tension montre que dans de nombreux cas, l'ensemble des exigences est mieux satisfait lorsqu'une combinaison de plusieurs matériaux est utilisée dans la composition de l'isolation interne, se complétant et remplissant des fonctions légèrement différentes.

Ainsi, seuls des matériaux diélectriques solides assurent la tenue mécanique de la structure isolante. Ils ont généralement la rigidité diélectrique la plus élevée. Les pièces constituées d'un diélectrique solide à haute résistance mécanique peuvent servir d'ancrage mécanique pour les fils.

Usage diélectriques liquides permet dans certains cas d'améliorer sensiblement les conditions de refroidissement grâce à la circulation naturelle ou forcée du liquide isolant.