Dielektrinen lujuus: määritelmä ja syyt vähenemiseen

Fyysinen mieli

Sähkökentän voimakkuus kasvaa johtimien välisen jännitteen kasvaessa, se voi olla kondensaattorilevyihin tai kaapelijohtimiin (yksittäisessä käämityksessä), tiettynä hetkenä tapahtuu rikkoutuminen eristäytyminen. Arvoa, joka kuvaa jännitettä rikkoutumishetkellä, kutsutaan dielektriseksi lujuudeksi ja määritetään kaavalla:

tässä: U - jännite johtimien välillä, d - dielektrinen paksuus.

Dielektrinen lujuus mitataan kV / mm (kV / cm). Tämä kaava pätee litteisiin johtimiin (nauhoina tai levyinä), joiden välissä on tasainen eristekerros, kuten paperikondensaattorissa.

Oikosulku sähkölaitteissa ja kaapeleissa esiintyy juuri eristyksen rikkoutumisen vuoksi, tällä hetkellä sähkökaari. Siksi eristyslujuus on yksi eristyksen tärkeimmistä ominaisuuksista. Vaatimukset sähkölaitteiden ja sähkölaitteiden eristyksen eristyslujuudelle 1 - 750 kV on esitetty standardeissa GOST 55195-2012 ja GOST 55192-2012 (eristyslujuuden testausmenetelmät asennuspaikassa).

Jakautumistyypit

Homogeenisille dielektrikoille erotetaan useita hajoamistyyppejä - sähköinen ja lämpö. On myös toinen ionisaatio hajoaminen, joka on seurausta kaasun sulkeumien ionisaatiosta kiinteässä eristeessä. Eristeen dielektrinen lujuus riippuu monessa suhteessa kentän epähomogeenisuudesta ja kaasun ionisaatioprosessien esiintymisestä (voimakkuus ja luonne) tai muista kemiallisista muutoksista materiaalissa. Tämä johtaa siihen, että hajoaminen samassa materiaalissa tapahtuu eri jännitteillä. Siksi jakojännite määräytyy keskiarvon perusteella, joka perustuu lukuisten testien tuloksiin. Kaasun dielektrisen lujuuden riippuvuus kaasukerroksen tiheydestä (paineesta) ja paksuudesta ilmaistaan ​​Paschenin lailla: U_jne= f (pA)

Kaasu ja eristys

Näyttää siltä, ​​miten kaasujen ionisaatio ja sähkölaitteiden eristys liittyvät toisiinsa? Kaasu ja sähkö liittyvät läheisesti toisiinsa, koska se on erinomainen dielektrisyys. Siksi korkeajännitelaitteiden eristämiseen käytetään kaasumaista väliainetta.

Käytetään dielektrisenä: ilma, typpi ja SF6. SF6 -kaasu on rikkiheksafluoridi, lupaavin materiaali sähköeristyksen kannalta. Suurjännitteisen sähkön jakeluun ja vastaanottamiseen, yli 100 kV (voimalaitoksen pistorasia, vastaanotto sähkö suurissa kaupungeissa ja niin edelleen), käytetään täydellisiä kytkinlaitteita (GIS).

SF6 -kaasun pääasiallinen käyttöalue on nimenomaan GIS. Sen lisäksi, että kaasua käytetään sähköeristyksenä, sitä voi syntyä öljyllä täytettyjen kaapeleiden (tai kaapeleiden, joissa on kyllästetty paperieriste) käytön aikana. Koska kaapelin lämmitys ja jäähdytys tapahtuu jaksottaisesti eri suuruusluokkien jännitteiden kulun seurauksena.

Kaapeleissa, joissa on kyllästetty paperieriste, käytetään termiä "lämpöhajoaminen". Selluloosan pyrolyysi tuottaa vetyä, metaania, hiilidioksidia ja hiilimonoksidia. Eristyksen ikääntymisprosessin aikana syntyvät kaasumuodostumat (suuremmalla jännitteellä) aiheuttavat eristyksen ionisaatiohajoamisen. Ionisaatioilmiöiden vuoksi virtajohdot, joissa on öljykyllästetty paperieriste (viskoosi kyllästystä) käytetään voimajohdoissa, joiden jännite on enintään 35 kV, ja niitä käytetään nykyään yhä harvemmin energiaa.

Syyt dielektrisen lujuuden heikkenemiseen

Negatiivisin vaikutus eristeen dielektrisyyteen on vaihteleva jännite ja lämpötila. Vaihtojännitteellä eli jännitteellä, joka muuttuu ajoittain, esimerkiksi voimalaitos tuottaa 220 kV, teknisen vian tai suunnitellun korjauksen vuoksi jännitearvo laski 110 kV: iin, korjauksen jälkeen siitä tuli jälleen 220 kV. Tämä on vaihtojännite, eli muuttuu tietyn ajan kuluessa. Koska Venäjän federaatiossa 50 prosenttia sähkönsiirtoon tarkoitetuista sähkölaitteista on jo olemassa ovat käyttäneet resurssejaan (ja se on 25-30 vuotta), sitten vaihtojännite on melko yleinen ilmiö. Tämän jännitteen keskiarvo määritetään kaavion avulla:

Tai määritetään kaavalla:

Kaapelin lämmityslämpötila pienentää sähkövirran vuoksi merkittävästi johtimen käyttöikää (eristyksen ns. Vanheneminen tapahtuu). Hajoamislujuuden riippuvuus eri lämpötiloissa esitetään kaaviossa:

Virtakaapelien sähköinen lujuus

Dielektrisen lujuuden kannalta vaativin teollisuus on luultavasti kaapelituotteet. Venäjällä pääteollisuuden kaapeleita, joita käytetään sähköteollisuudessa (suunniteltu nimellisjännitteelle enintään 500 kV), ovat öljyllä täytetyt kaapelit, joissa on paperieriste.

Lisäksi mitä korkeampi nimellisjännite, johon ne on suunniteltu, sitä suurempi on kaapelin paino. Kyllästettynä käytetään kaasuttamatonta ja matalan viskositeetin öljyä (MH-3, MH-4 ja analogit). Öljynpaineen nousu lisää öljy- ja paperieristeen eristyslujuutta. Kaapeleita, joiden paine on 10–15 ilmakehää, käytetään suurella jännityksellä, lujuusarvo saavuttaa 15 kV / mm.

Viime vuosina öljyllä täytetyt kaapelit on korvattu XLPE-kaapeleilla. Ne ovat kevyempiä, helpompia käyttää ja käyttöikä on sama. Lisäksi PSE: t eivät ole niin herkkiä lämpötilan muutoksille eivätkä tarvitse lisälaitteita, kuten öljyn kompensointisäiliöitä (ylimääräisen öljyn kompensoimiseksi eri paineissa). XLPE -kaapelit on helpompi asentaa ja helpompi huoltaa ja ylläpitää.

Koko maailma kehittää erityisesti XLPE-kaapeleita, mikä on johtanut siihen, että tällaiset johtimet ovat jo huomattavasti parempia parametreissaan kuin öljyllä täytetyt kaapelit:

Henkilönsuojainten ainoa haittapuoli on intensiivinen ikääntyminen, mutta lukuisat tutkimukset kaikista maailman valmistajista ovat hidastaneet tätä prosessia. Niin kutsutut puunpuut eivät enää ole syitä eristyksen hajoamiseen. Energiankulutuksen kasvu nykymaailmassa stimuloi virtalähteiden lisäksi myös kaapelituotteiden ja kytkentälaitteiden kehitystä. Eristyksen dielektrisen lujuuden tutkimus on pääenergiaenergian painopiste.

Aiheeseen liittyviä materiaaleja:

• Kaapelin suojaus mekaanisilta vaurioilta
• Kaapelin eristysresistanssin mittaus
• Syitä virran katkeamiseen pitkillä matkoilla