Бумажно-масляная конденсаторная изоляция

Бумажно-масляная конденсаторная изоляция (БМКИ) выполняется намоткой бумаги на изолируемую деталь до получения бумажного слоя заданной толщины и наложением поверх этого слоя проводящей или полу проводящей обкладки. Затем снова наматывается бумажный слой и поверх него обкладка и т. д. Таким образом, толща бумажной изоляции оказывается разделенной проводящими (полупроводящими) обкладками на отдельные слои. К последней внешней обкладке, подлежащей заземлению, припаивается гибкий проводник. Затем на эту обкладку по всей ее длине наматывается несколько слоев бумаги. В дальнейшем производится сушка и пропитка маслом.

Каждая пара обкладок и расположенный между ними слой БМИ представляют собой конденсатор. Вся изоляция в целом представляет собой систему таких последовательно соединенных конденсаторов. Отсюда и название изоляции — конденсаторная. При такой изоляции электрическое поле получается более однородным как в радиальном, так и в аксиальном направлении по сравнению с ЧБМИ. Задаваясь размерами обкладок и толщиной слоя бумаги между ними, можно рассчитать напряжение, приходящееся на каждый частичный конденсатор, и определить напряженность электрического поля в каждом слое.

Проектируя бумажно-масляную конденсаторную изоляцию, можно задать габариты обкладок и толщину изоляционных слоев такими, чтобы все частичные конденсаторы имели одинаковую емкость. Тогда к каждому изолирующему слою будет приложено одно и то же напряжение.

Для конденсаторных обкладок используются: а) фольга (алюминиевая или медная по); б) сетка (медная, латунная или бронзовая); в) полупроводящая бумага. Фольга, идущая на обкладки, обычно перфорируется с целью ускорения сушки и пропитки бумаги маслом. При перфорации фольги в ней прокалывают отверстия диаметром 1—1,5 мм на расстоянии 10—15 мм друг от друга. На фольге недопустимы заусенцы и надрывы, так как они понижают начальное напряжение ионизации в изолирующем материале. Поэтому после перфорации фольга прокатывается между полированными стальными валками.

Электрическая прочность бумажно-масляной конденсаторной изоляции между конденсаторными обкладками вдали от краев оказывается значительно более высокой, чем вблизи от краев. Края обкладок являются слабым местом в изоляции, так как на них раньше начинают развиваться ионизация и скользящие разряды. Защита краев конденсаторных обкладок во всех видах бумажно-масляной конденсаторной изоляции имеет существенное значение, так как определяет надежность самой изоляции. В бумажно-масляной конденсаторной изоляции внешние слои изоляции электрически более нагружены, чем внутренние.

По выполнению бумажно-масляная конденсаторная изоляция разделяется на мелкоступенчатую, в которой применяются тонкие изоляционные слои (1—4 мм) и большое число конденсаторных обкладок; грубоступенчатую, в которой применяются толстые изоляционные слои (4,5—8 мм) при небольшом числе конденсаторных обкладок, и экранированную одноступенчатую.

Мелкоступенчатая бумажно-масляная конденсаторная изоляция позволяет получить наиболее однородное поле и благоприятные условия для повышения начального напряжения ионизации на краях конденсаторных обкладок.

Грубоступенчатая бумажно-масляная конденсаторная изоляция облегчает процесс намотки изоляции. Однако допустимые напряженности в изоляции несколько уменьшаются. Повышение допустимой напряженности на краю обкладки в грубоступенчатой изоляции достигается дополнительными кольцами или манжетами.

Экранированная бумажно-масляная конденсаторная изоляция приближается к чисто бумажно-масляной изоляции. Имеется две обкладки, между которыми существует внутреннее цилиндрическое поле, независимое от находящихся рядом заземленных конструктивных частей. Благодаря этому исключаются местные перегрузки и пробой окружающей масляной среды. Однако защита края внешней заземленной обкладки здесь приобретает еще большую значимость, так как все напряжения прикладывается к одному-единственному слою.

Ослабление напряженности поля у края конденсаторных обкладок достигается:

1. Разделением посредством конденсаторных обкладок толстого изоляционного слоя на несколько более тонких слоев (рис. 1, а). При этом существует естественный предел уменьшения толщины слоев, который обусловлен трудоемкостью изготовления, временем сушки и пропитки, а также толщиной бумаги. Обычно толщина слоя меньше 1 мм не применяется.

Для уменьшения трудоемкости изготовления бумажно-масляной конденсаторной изоляции с большим числом слоев возможно часть основных конденсаторных обкладок заменить манжетами (дополнительными обкладками) шириной 150—250 мм из фольги, расположенными только между краями основных конденсаторных обкладок. Тем самым уменьшается число основных обкладок. Толщина слоя между основными обкладками может быть принята А = 5-1-8 мм. Большое число манжет обеспечивает достаточно высокую напряженность начала ионизации.

Рис. 1. Способы уменьшения напряженности на краях конденсаторных обкладок

Конденсаторные обкладки в БМКИ могут располагаться:

а) между главными электродами (т. е. между токоведущим стержнем и заземленной обкладкой) в области основной изоляции — для регулирования поля преимущественно в радиальном направлении;

б) между краями главных электродов — для регулирования в аксиальном направлении поля между краями этих электродов;

в) одновременно как в толще основной изоляции, так и между краями главных электродов — для регулирования поля в радиальном и аксиальном направлениях.

Равномерное распределение напряжения как в радиальном, так и в аксиальном направлении достигается только двумя системами обкладок.

Проектирование бумажно-масляной конденсаторной изоляции

При проектировании бумажно-масляной конденсаторной изоляции путем изменения радиусов и длин конденсаторных обкладок можно в широких пределах регулировать поле между главными электродами, добиваясь: 1) постоянства радиальной составляющей напряженности, 2) постоянства аксиальной составляющей напряженности; 3) распределения Ег и Ег с заданной неравномерностью.

При реальном проектировании бумажно-масляной конденсаторной изоляции приходится несколько отступать от полной равномерности распределения напряжения в радиальном и аксиальном направлениях, так как проектировщик часто бывает связан конструктивными размерами токоведущего стержня и заземленного фланца. Обычно бумажно-масляная конденсаторная изоляция выполняется: а) с одинаковой толщиной слоев и одинаковой длиной уступов и б) с различной толщиной слоев и одинаковой длиной уступов.

Расчет конденсаторной изоляции с одинаковой толщиной слоев и одинаковой длиной уступов начинается с выбора толщины слоя изоляции Асл между двумя конденсаторными обкладками (обычно 1—4 мм). При намотке изоляции из широкого рулонного материала толщина ее составляет 1—1,5 мм (например, проходные изоляторы), а при наложении ленточной изоляции толщина слоя увеличивается до 2 мм и более. Увеличение толщины слоя с применением манжет ускоряет процесс сушки и пропитки конденсаторной изоляции.