Inhalt:
- Körperlicher Sinn
- Aufschlüsselungsarten
- Gas und Isolierung
- Gründe für die Abnahme der Spannungsfestigkeit
- Spannungsfestigkeit von Starkstromkabeln
Körperlicher Sinn
Die elektrische Feldstärke nimmt mit steigender Spannung zwischen den Leitern zu, sie kann Kondensatorplatten oder Kabeladern (in einer einzelnen Wicklung), zu einem bestimmten Zeitpunkt tritt ein Durchschlag auf Isolation. Der die Spannung im Moment des Durchbruchs charakterisierende Wert wird als Durchschlagsfestigkeit bezeichnet und wird durch die Formel bestimmt:
hier: U - Spannung zwischen den Leitern, d - Dicke des Dielektrikums.
Die Durchschlagsfestigkeit wird in kV/mm (kV/cm) gemessen. Diese Formel gilt für Flachleiter (in Form von Streifen oder Platten) mit einer gleichmäßigen Isolationsschicht dazwischen, wie z. B. in einem Papierkondensator.
Kurzschlüsse in elektrischen Geräten und Kabeln entstehen gerade durch den Durchschlag der Isolierung, in diesem Moment gibt es Lichtbogen. Daher ist die Durchschlagsfestigkeit eine der wichtigsten Eigenschaften der Isolierung. Anforderungen an die Spannungsfestigkeit der Isolierung elektrischer Betriebsmittel und elektrischer Anlagen Spannung 1 - 750 kV sind in GOST 55195-2012 und GOST 55192-2012 (Prüfverfahren für die Spannungsfestigkeit am Installationsort) festgelegt.
Aufschlüsselungsarten
Bei homogenen Dielektrika werden mehrere Arten von Durchschlägen unterschieden - elektrisch und Thermal-. Es gibt auch noch einen Ionisation Durchschlag, der eine Folge der Ionisierung von Gaseinschlüssen in einem festen Dielektrikum ist. Die Spannungsfestigkeit von Dielektrika hängt in vielerlei Hinsicht von der Inhomogenität des Feldes und dem Auftreten von Gasionisationsprozessen (Intensität und Art) oder anderen chemischen Veränderungen im Material ab. Dies führt dazu, dass ein Durchschlag im gleichen Material bei unterschiedlichen Spannungen auftritt. Daher wird die Durchbruchspannung durch den Durchschnittswert basierend auf den Ergebnissen zahlreicher Tests bestimmt. Die Abhängigkeit der Spannungsfestigkeit des Gases von der Dichte (Druck) und der Dicke der Gasschicht wird durch das Paschensche Gesetz ausgedrückt: Uetc= f (pA)
Gas und Isolierung
Es scheint, wie hängen die Ionisation von Gasen und die Isolierung von elektrischen Geräten zusammen? Gas und Elektrizität sind eng verwandt, weil es ein ausgezeichnetes Dielektrikum ist. Daher wird ein gasförmiges Medium verwendet, um Hochspannungsgeräte zu isolieren.
Als Dielektrikum verwendet: Luft, Stickstoff und SF6. SF6-Gas ist Schwefelhexafluorid, das vielversprechendste Material in Bezug auf die elektrische Isolierung. Für die Verteilung und den Empfang von Hochspannungsstrom über 100 kV (Kraftwerkssteckdose, Empfang Strom in Großstädten usw.), kommen komplette Schaltanlagen zum Einsatz (GIS).
Das Hauptanwendungsgebiet von SF6-Gas ist gerade GIS. Beim Betrieb von ölgefüllten Kabeln (oder Kabeln mit imprägnierter Papierisolierung) kann neben der Verwendung als elektrische Isolierung auch Gas entstehen. Denn es kommt zu einer zyklischen Erwärmung und Abkühlung des Kabels infolge des Durchgangs von Spannungen unterschiedlicher Höhe.
Bei Kabeln mit imprägnierter Papierisolierung wird der Begriff „thermische Degradation“ verwendet. Bei der Pyrolyse von Cellulose entstehen Wasserstoff, Methan, Kohlendioxid und Kohlenmonoxid. Beim Alterungsprozess der Isolierung kommt es durch die entstehenden Gasbildungen (bei erhöhter Spannung) zu einem Ionisationsdurchschlag der Isolierung. Aufgrund von Ionisationsphänomenen können Stromkabel mit ölimprägnierter Papierisolierung (viskose Imprägnierung) werden in Starkstromleitungen mit Spannungen bis 35 kV eingesetzt und werden in modernen Energie.
Gründe für die Abnahme der Spannungsfestigkeit
Den negativsten Einfluss auf die Spannungsfestigkeit der Isolierung haben Wechselspannung und Temperatur. Bei einer Wechselspannung, also beispielsweise einer sich von Zeit zu Zeit ändernden Spannung, gibt das Kraftwerk 220 kV, aufgrund einer technischen Störung oder einer geplanten Reparatur wurde der Spannungswert auf 110 kV reduziert, nach der Reparatur wurde es wieder 220 kV. Dies ist eine Wechselspannung, die sich über einen bestimmten Zeitraum ändert. Aufgrund der Tatsache, dass in der Russischen Föderation bereits 50 Prozent der Elektroinstallationen zur Übertragung von Strom are ihre Ressourcen erschöpft haben (und es sind 25-30 Jahre), dann ist die Wechselspannung ziemlich häufig Phänomen. Der Mittelwert dieser Spannung wird anhand des Diagramms bestimmt:
Oder bestimmt nach der Formel:
Die Erwärmung des Kabels durch den elektrischen Stromfluss reduziert die Lebensdauer des Leiters erheblich (es tritt die sogenannte Alterung der Isolierung auf). Die Abhängigkeit der Durchschlagsfestigkeit bei verschiedenen Temperaturen ist in der Grafik dargestellt:
Spannungsfestigkeit von Starkstromkabeln
Der anspruchsvollste Produktionszweig in Bezug auf die Spannungsfestigkeit sind wohl Kabelprodukte. In Russland werden in der Energiewirtschaft (ausgelegt für Nennspannungen bis 500 kV) hauptsächlich ölgefüllte Kabel mit Papierisolierung verwendet.
Je höher die Nennspannung, für die sie ausgelegt sind, desto höher ist zudem das Gewicht des Kabels. Als Imprägnierung wird entgastes und dünnflüssiges Öl (MH-3, MH-4 und Analoga) verwendet. Eine Erhöhung des Öldrucks führt zu einer Erhöhung der Spannungsfestigkeit der Öl- und Papierisolierung. Kabel mit einem Druck von 10-15 Atmosphären werden bei hoher Spannung verwendet, der Festigkeitswert erreicht 15 kV / mm.
In den letzten Jahren wurden ölgefüllte Kabel durch XLPE-Kabel ersetzt. Sie sind leichter, einfacher zu bedienen und die Lebensdauer ist gleich. Darüber hinaus sind PSEs nicht so empfindlich gegenüber Temperaturänderungen und benötigen keine zusätzliche Ausrüstung wie Ölausgleichstanks (zum Ausgleich von überschüssigem Öl bei unterschiedlichen Drücken). XLPE-Kabel sind einfacher zu installieren und einfacher zu warten und zu warten.
Die ganze Welt entwickelt speziell VPE-Kabel, dies hat dazu geführt, dass solche Leiter in ihren Parametern bereits merklich besser sind als ölgefüllte Kabel:
Der einzige Nachteil von PSA ist die intensive Alterung, jedoch haben zahlreiche Studien aller Welthersteller diesen Prozess verlangsamt. Die sogenannten Treeings sind nicht mehr die Gründe für Isolationsversagen. Das Wachstum des Energieverbrauchs in der modernen Welt stimuliert die Entwicklung nicht nur von Stromquellen, sondern auch von Kabelprodukten und Schaltanlagen. Die Erforschung der Spannungsfestigkeit von Isolationen steht im Mittelpunkt der Leistungsenergie.
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