Бумажно-масляная изоляция

Бумажно-масляная изоляция (БМИ) является неоднородным слоистым диэлектриком, представляющим собой слон бумаги, пропитанной минеральным маслом, и масляные прослойки, заполняющие зазоры между слоями бумаги. В конструкциях с бумажно-масляной изоляцией применяется два варианта исполнения изоляционного слоя, накладываемого на изолируемую деталь: 1) листовой, когда слой изоляции выполняется путем намотки сплошных, по длине детали, листов бумаги, и 2) ленточный, когда слой изоляции образуется намоткой на деталь по спирали бумажных лент или полос.

Листовая изоляция применяется в проходных изоляторах, длина которых не превышает ширины бумажных рулонов, а также для барьеров и отбортовок в изоляции ТН. Ленточная изоляция применяется в тех случаях, когда необходимо обеспечить гибкость изоляции при монтаже, в процессе которого она должна накладываться на изолируемые элементы сложной конфигурации, особенно в местах изгибов малого радиуса, или когда размеры изолируемых элементов превосходят ширину бумажных рулонов, выпускаемых промышленностью. Лента может быть узкой (шириной 12—35 мм) или широкой (120—180 мм). Для устранения надрывов ленты применяется так называемая сложенная лента, т. е. бумажная лента, края которой загнуты на 180°. Она напоминает в сечении сплющенную букву С.

Бумажная лента накладывается на изолируемые части последовательными слоями по спирали с положительным или отрицательным перекрытием. При положительном перекрытии одна лента перекрывает не менее половины ширины другой (полнахлеста), а при отрицательном зазор между краями соседних лент в слое составляет 0,5—2 мм для узких лент и 10—15 мм для широких. Узкая лента при отрицательном перекрытии накладывается на предыдущий слой таким образом, чтобы ленты следующего слоя перекрывали не менее двух третей ширины ленты предыдущего слоя.

Одинаковая толщина намотки и ее однородность достижима только при наложении ленты (листа) на протяженные цилиндрические детали с достаточным натяжением, например на токоведущий стержень проходного изолятора. Однако в ряде АВН, например в ТТ, изолируемые детали изогнуты, имеют форму кольца или выполнены в виде двух колец, входящих одно в другое и повернутых относительно друг друга на 90°. В этих случаях расчетная толщина изоляции выдерживается со стороны меньшего радиуса (у кольца это внутренний радиус). При наложении же на наружную часть криволинейной детали ленты с положительным перекрытием, например вполнахлеста, на внутренней стороне этой детали перекрытие будет существенно больше. Также и при отрицательном перекрытии на внешней поверхности детали перекрытие на ее внутренней поверхности будет положительным. Таким образом, толщина изоляции на внутренней части изогнутой детали (кольца) оказывается больше, чем на внешней. Для доведения толщины изоляции на внешней поверхности криволинейной детали до расчетной на эту поверхность накладываются широкие полосы бумаги с надрезанными краями (так называемые шубы) и плотно к ней прижимаются при последующей намотке ленты. В зависимости от общей толщины изоляции в нее может быть заложено несколько шуб.

Шубы хотя и выравнивают толщину изоляции, однако нарушают ее структуру, так как приводят к многочисленным масляным прослойкам.

При намотке ленты (широкой полосы) между ее отдельными слоями всегда остаются зазоры, которые затем заполняются маслом. В ленточных слоях число и размеры масляных прослоек зависят от толщины бумаги, степени перекрытия лент и плотности намотки. Размеры масляных прослоек в листовых слоях зависят в основном от плотности прилегания листов бумаги друг к другу и к изолируемым элементам.

Для изготовления бумажно-масляной изоляции применяются бумаги: конденсаторная, кабельная, телефонная, крепированная и гофрироваиная. Гофры позволяют лучше накладывать изоляцию в местах изгибов относительно малого радиуса.

Электрическая прочность непропитанной бумаги из-за значительного количества воздушных включений при 50 Гц составляет 10—20 кВ/мм. Заполнение воздушных включений в бумаге минеральным маслом, обладающим значительно более высокой электрической прочностью, чем воздух, существенно повышает ее электрическую прочность. В процессе пропитки происходит не только простое заполнение пор и объемов между волокнами бумаги, но и всасывание масла в капилляры ее волокон. Время пропитки определяется удельной воздухопроницаемостью и плотностью бумаги, вязкостью масла, давлением, при котором производится сушка и пропитка, а также размерами и формой бумажной изоляции.

Качество бумажно-масляной изоляции существенно зависит от режима сушки и пропитки изоляции, а также от качества масла. Сушка бумажно-масляной изоляции может производиться: 1) наружным обогревом в паровых, электрических или других печах за счет внешнего теплоносителя, подводимого к поверхности изоляции через пространство, которое окружает эту изоляцию; 2) комбинированным обогревом (одновременно внутренний и наружный); при этом внутренний обогрев осуществляется теплотой, выделяющейся в объеме изолированной детали под действием электрического тока, составляющего (0,8— 1.0) Iном. Комбинированный обогрев позволяет сократить время сушки бумажно-масляной изоляции примерно в пять раз.

Сушка бумажно-масляной изоляции производится под вакуумом при остаточном давлении (1,4—53)* 102 Па (1—40 мм рт. ст.) для негерметизированных конструкций и 1,4-(10-1—10-2) Па для герметизированных. Вакуумная сушка сокращает длительность процесса, понижает остаточное влагосодержание бумаги и tg изоляции, повышает стабильность tg изоляции при изменении ее температуры, а также значительно снижает содержание воздуха и влаги в масле. Сушка аппаратной бумажно-масляной изоляции продолжается 100—150 ч в зависимости от толщины изоляции.

В начале в вакуумной камере (печи) сушится деталь с намотанной на нее бумажной изоляцией. Затем производится сборка АВН, вакуумирование его, заливка трансформаторным маслом и вакуумирование аппарата, залитого маслом; такой режим применяется в маслонаполненных проходных изоляторах и некоторых ТТ.

Производится полная сборка АВН, а затем его вакуумная сушка и заливка трансформаторным маслом. Такой режим применяется в некоторых ТТ.

Характерные области в бумажно-масляной изоляции: область основной изоляции, удаленная от краев электродов, и область изоляции вблизи краев электродов. В области основной изоляции силовые линии электрического поля направлены, как правило, поперек слоев бумаги, тогда как в области краев электродов из-за неоднородности поля помимо поперечных составляющих возникают значительные составляющие напряженности, направленные вдоль слоев бумаги. Электрическая прочность поперек слоев бумаги в 10—20 раз больше прочности вдоль слоев. Наличие продольных составляющих облегчает развитие местных разрядов вдоль слоев бумаги.