Dielektrická pevnost: definice a důvody poklesu

Fyzický smysl

Síla elektrického pole se zvyšuje s rostoucím napětím mezi vodiči, může být kondenzátorové desky nebo kabelová jádra (v individuálním vinutí), v určitém okamžiku dojde k poruše izolace. Hodnota charakterizující napětí v okamžiku poruchy se nazývá dielektrická pevnost a je určena vzorcem:

zde: U - napětí mezi vodiči, d - tloušťka dielektrika.

Dielektrická pevnost se měří v kV / mm (kV / cm). Tento vzorec platí pro ploché vodiče (ve formě pásů nebo desek) s rovnoměrnou vrstvou izolace mezi nimi, například v papírovém kondenzátoru.

Zkraty v elektrických zařízeních a kabelech dochází právě kvůli poruše izolace, v tuto chvíli existuje elektrický oblouk. Proto je dielektrická pevnost jednou z nejdůležitějších charakteristik izolace. Požadavky na dielektrickou pevnost izolace elektrických zařízení a napětí elektrických instalací 1 - 750 kV jsou stanoveny v GOST 55195-2012 a GOST 55192-2012 (zkušební metody dielektrické pevnosti v místě instalace).

Typy členění

U homogenních dielektrik se rozlišuje několik typů členění - elektrický a tepelný. Existuje také další ionizace rozpad, který je důsledkem ionizace plynových inkluzí v pevném dielektriku. Dielektrická pevnost dielektrika v mnoha ohledech závisí na nehomogenitě pole a výskytu procesů ionizace plynu (intenzita a povaha) nebo jiných chemických změn v materiálu. To vede k tomu, že k rozpadu stejného materiálu dochází při různých napětích. Proto je průrazné napětí určeno průměrnou hodnotou na základě výsledků mnoha testů. Závislost dielektrické pevnosti plynu na hustotě (tlaku) a tloušťce plynové vrstvy vyjadřuje Paschenův zákon: U_NS= f (pA)

Plyn a izolace

Zdá se, jak souvisí ionizace plynů a izolace elektrických zařízení? Plyn a elektřina spolu úzce souvisí, protože je to vynikající dielektrikum. A proto se k izolaci vysokonapěťových zařízení používá plynné médium.

Jako dielektrikum se používá: vzduch, dusík a SF6. Plyn SF6 je fluorid sírový, nejslibnější materiál z hlediska elektrické izolace. Pro distribuci a příjem vysokonapěťové elektřiny více než 100 kV (zásuvka elektrárny, příjem elektřina ve velkých městech atd.), používají se kompletní rozváděče (GIS).

Hlavní oblastí použití plynu SF6 je právě GIS. Plyn, kromě toho, že se používá jako elektrická izolace, může vznikat při provozu kabelů naplněných olejem (nebo kabelů s izolací z impregnovaného papíru). Protože dochází k cyklickému ohřívání a chlazení kabelu v důsledku průchodu napětí různých velikostí.

Pro kabely s izolací z impregnovaného papíru se používá termín „tepelná degradace“. Pyrolýzou celulózy vzniká vodík, metan, oxid uhličitý a oxid uhelnatý. Během procesu stárnutí izolace způsobují vznikající plynové formace (při zvýšeném napětí) ionizační rozpad izolace. Kvůli ionizačním jevům napájecí kabely s papírovou izolací impregnovanou olejem (viskózní impregnace) se používají v elektrických vedeních s napětím do 35 kV a v moderním provozu se používají stále méně energie.

Důvody poklesu dielektrické pevnosti

Nejnegativnější vliv na dielektrickou pevnost izolace má střídavé napětí a teplota. Při střídavém napětí, tj. Napětí, které se čas od času mění, například elektrárna vydá 220 kV, kvůli technické poruše nebo plánované opravě byla hodnota napětí snížena na 110 kV, po opravě se opět stala 220 kV. Toto je střídavé napětí, to znamená, že se mění v určitém časovém období. Vzhledem k tomu, že v Ruské federaci je již 50 procent elektrických zařízení pro přenos elektřiny vyčerpali svůj zdroj (a je to 25–30 let), pak je střídavé napětí poměrně časté jev. Průměrná hodnota tohoto napětí je určena pomocí grafu:

Nebo určeno podle vzorce:

Teplota ohřevu kabelu vlivem toku elektrického proudu výrazně snižuje životnost vodiče (dochází k tzv. Stárnutí izolace). Závislost pevnosti v rozkladu při různých teplotách je znázorněna na grafu:

Elektrická pevnost silových kabelů

Nejnáročnějším odvětvím z hlediska dielektrické pevnosti jsou pravděpodobně kabelové výrobky. V Rusku jsou hlavním typem kabelů používaných v energetice (určené pro jmenovité napětí do 500 kV) kabely naplněné olejem s papírovou izolací.

Navíc, čím vyšší je jmenovité napětí, pro které jsou určeny, tím vyšší je hmotnost kabelu. Odplyněný a nízkoviskózní olej (MH-3, MH-4 a analogy) se používá jako impregnace. Zvýšení tlaku oleje vede ke zvýšení dielektrické pevnosti olejové a papírové izolace. Při vysokém napětí se používají kabely s tlakem 10-15 atmosfér, hodnota pevnosti dosahuje 15 kV / mm.

V posledních letech byly kabely naplněné olejem nahrazeny kabely XLPE. Jsou lehčí, snáze se ovládají a životnost je stejná. Kromě toho nejsou PSE tak citlivé na změny teploty a nepotřebují další zařízení, jako jsou nádrže pro kompenzaci oleje (pro kompenzaci přebytečného oleje při různých tlacích). XLPE kabely se snadněji instalují a snadněji se udržují a udržují.

Celý svět vyvíjí speciálně kabely XLPE, což vedlo k tomu, že tyto vodiče jsou již ve svých parametrech znatelně lepší než kabely naplněné olejem:

Jedinou nevýhodou OOP je intenzivní stárnutí, nicméně četné studie všech světových výrobců tento proces zpomalily. Takzvané stromové porosty již nejsou důvodem rozpadu izolace. Růst spotřeby energie v moderním světě stimuluje rozvoj nejen zdrojů energie, ale také kabelových produktů a rozváděčů. Výzkum dielektrické pevnosti izolace je hlavním zaměřením energetické energie.

Související materiály:

• Ochrana kabelu před mechanickým poškozením
• Měření izolačního odporu kabelu
• Příčiny ztráty výkonu na dlouhé vzdálenosti