חוזק דיאלקטרי: הגדרה וסיבות לירידה

חוש פיזי

חוזק השדה החשמלי עולה עם עלייה במתח בין המוליכים, זה יכול להיות צלחות קבלים או ליבות כבלים (בהתפתלות בודדת), ברגע מסוים מתרחשת התמוטטות בידוד. הערך המאפיין את המתח ברגע הפירוק נקרא חוזק דיאלקטרי ונקבע על ידי הנוסחה:

כאן: מתח U בין מוליכים, d - עובי דיאלקטרי.

חוזק דיאלקטרי נמדד ב- kV / mm (kV / cm). נוסחה זו תקפה עבור מוליכים שטוחים (בצורה של רצועות או פלטות) עם שכבה בידוד אחידה ביניהם, כגון בקבל נייר.

קצרים במכשירים חשמליים וכבלים מתרחשים בדיוק בגלל התמוטטות הבידוד, ברגע זה יש

סוגי פירוט

עבור דיאלקטריה הומוגנית, נבדלים מספר סוגים של התמוטטות - חשמלי ו תֶרמִי. יש גם אחרת יינון התמוטטות, שהיא תוצאה של יינון של תכלילי גז בדיאלקטרי מוצק. החוזק הדיאלקטרי של הדיאלקטריות, בהיבטים רבים, תלוי באי הומוגניות של השדה ובהתרחשות תהליכי יינון גזים (עוצמה וטבע) או שינויים כימיים אחרים בחומר. זה מוביל לכך שהתמוטטות באותו חומר מתרחשת במתח שונה. לכן, מתח הפירוק נקבע לפי הערך הממוצע המבוסס על תוצאות של בדיקות רבות. התלות של החוזק הדיאלקטרי של הגז בצפיפות (הלחץ) ובעובי שכבת הגז באה לידי ביטוי בחוק פסכן: U_NS= f (pA)

גז ובידוד

נראה, כיצד קשור יינון גזים ובידוד ציוד חשמלי? גז וחשמל קשורים קשר הדוק, מכיוון שהוא דיאלקטרי מצוין. ולכן, משתמשים באמצעי גזי לבידוד ציוד במתח גבוה.

כמשמש דיאלקטרי: אוויר, חנקן ו- SF6. גז SF6 הוא גופרית הקספלואוריד, החומר המבטיח ביותר מבחינת בידוד חשמלי. להפצה וקליטה של ​​חשמל במתח גבוה, יותר מ -100 קילו וולט (שקע תחנת כוח, קליטה חשמל בערים גדולות וכן הלאה), משתמשים במתגים מלאים (GIS).

תחום היישום העיקרי של גז SF6 הוא בדיוק GIS. גז, בנוסף לשימוש כבידוד חשמלי, יכול להתעורר במהלך הפעלת כבלים מלאים בשמן (או כבלים עם בידוד נייר ספוג). מכיוון שיש חימום וקירור מחזוריים של הכבל כתוצאה ממעבר של מתחים בגדלים שונים.

עבור כבלים עם בידוד נייר ספוג, מוחל המונח "פירוק תרמי". פירוליזה של תאית מייצרת מימן, מתאן, פחמן דו חמצני ופחמן חד חמצני. במהלך תהליך ההזדקנות של הבידוד, תצורות הגז המתקבלות (במתח מוגבר) גורמות להתמוטטות יינון של הבידוד. בשל תופעות יינון, כבלי חשמל עם בידוד נייר ספוג שמן (צמיג הספגה) משמשים בקווי מתח עם מתח של עד 35 קילו וולט והם פחות ופחות בשימוש במודרני אֵנֶרְגִיָה.

סיבות לירידה בחוזק הדיאלקטרי

ההשפעה השלילית ביותר על חוזק הדיאלקטרי של הבידוד מופעלת על ידי מתח וטמפרטורה מתחלפים. עם מתח לסירוגין, כלומר מתח שמשתנה מעת לעת, למשל, תחנת הכוח יוצאת 220 kV, עקב תקלה טכנית או תיקון מתוכנן, ערך המתח הופחת ל -110 קילו וולט, לאחר התיקון הוא הפך שוב ל -220 kV. זהו המתח לסירוגין, כלומר משתנה לאורך פרק זמן מסוים. בשל העובדה שבפדרציה הרוסית 50 אחוזים ממתקני החשמל להעברת חשמל הם כבר מיצו את המשאב שלהם (וזה 25-30 שנה), אז המתח לסירוגין הוא די תכוף תופעה. הערך הממוצע של מתח זה נקבע באמצעות הגרף:

או נקבע לפי הנוסחה:

טמפרטורת החימום של הכבל, בשל זרימת הזרם החשמלי, מפחיתה משמעותית את חיי השירות של המנצח (מה שמכונה הזדקנות הבידוד מתרחשת). התלות של חוזק הפירוק בטמפרטורות שונות מוצגת בגרף:

חוזק חשמלי של כבלי חשמל

התעשייה התובענית ביותר מבחינת חוזק דיאלקטרי היא כנראה מוצרי כבלים. ברוסיה, הסוג העיקרי של הכבלים המשמשים בתעשיית החשמל (המיועד למתח מדורג עד 500 קילו וולט) הוא כבלים מלאים בשמן עם בידוד נייר.

יתר על כן, ככל שהמתח המדורג שלשמו הם מיועדים גבוה יותר, משקל הכבל גבוה יותר. שמן מעוגל וצמיגות נמוכה (MH-3, MH-4 ואנלוגים) משמש כהספגה. עלייה בלחץ השמן מביאה לעלייה בחוזק הדיאלקטרי של בידוד השמן והנייר. כבלים עם לחץ של 10-15 אטמוספרות משמשים במתח גבוה, ערך הכוח מגיע ל -15 קילו וולט / מ"מ.

בשנים האחרונות הוחלפו כבלים מלאים בשמן בכבלי XLPE. הם קלים יותר, קלים יותר לתפעול, וחיי השירות זהים. בנוסף, PSE אינם רגישים כל כך לשינויי טמפרטורה ואינם זקוקים לציוד נוסף, כגון מיכלי פיצוי שמן (כדי לפצות על עודפי שמן בלחצים שונים). כבלי XLPE קלים יותר להתקנה וקלים יותר לתחזוקה ולתחזוקה.

כל העולם מפתח כבלי XLPE במיוחד, זה הוביל לכך שמוליכים כאלה כבר טובים יותר באופן ניכר בפרמטרים שלהם מאשר כבלים מלאים בשמן:

החיסרון היחיד של PPE הוא הזדקנות אינטנסיבית, אולם מחקרים רבים של כל יצרני העולם האטו את התהליך הזה. מה שנקרא עצים אינם עוד הסיבות להתמוטטות הבידוד. הגידול בצריכת האנרגיה בעולם המודרני מעורר התפתחות לא רק של מקורות כוח, אלא גם של מוצרי כבלים ומתגים. מחקר על חוזק הדיאלקטרי של הבידוד הוא המוקד העיקרי באנרגיית הספק.

חומרים קשורים:

• הגנה על הכבל מפני נזקים מכניים
• מדידת עמידות בפני בידוד הכבלים
• סיבות לאובדן חשמל למרחקים ארוכים