Rigidez dieléctrica: definición y motivos de la disminución.

Sentido fisico

La intensidad del campo eléctrico aumenta con el aumento de voltaje entre los conductores, puede ser placas de condensadores o núcleos de cables (en un devanado individual), en un momento determinado se produce una avería aislamiento. El valor que caracteriza el voltaje en el momento de la ruptura se llama rigidez dieléctrica y está determinado por la fórmula:

aquí: U - voltaje entre conductores, d - espesor dieléctrico.

La rigidez dieléctrica se mide en kV / mm (kV / cm). Esta fórmula es válida para conductores planos (en forma de tiras o placas) con una capa uniforme de aislamiento entre ellos, como en un condensador de papel.

Corto circuitos en dispositivos eléctricos y cables ocurren precisamente por la ruptura del aislamiento, en este momento hay arco eléctrico. Por tanto, la rigidez dieléctrica es una de las características más importantes del aislamiento. Requisitos para la rigidez dieléctrica del aislamiento de equipos eléctricos e instalaciones eléctricas voltaje 1-750 kV se establecen en GOST 55195-2012 y GOST 55192-2012 (métodos de prueba para la rigidez dieléctrica en el sitio de instalación).

Tipos de averías

Para dieléctricos homogéneos, se distinguen varios tipos de descomposición: eléctrico y térmico. También hay otro ionización ruptura, que es una consecuencia de la ionización de inclusiones de gas en un dieléctrico sólido. La rigidez dieléctrica de los dieléctricos, en muchos aspectos, depende de la falta de homogeneidad del campo y la aparición de procesos de ionización de gas (intensidad y naturaleza) u otros cambios químicos en el material. Esto lleva al hecho de que la ruptura en el mismo material ocurre a diferentes voltajes. Por lo tanto, la tensión de ruptura está determinada por el valor promedio basado en los resultados de numerosas pruebas. La dependencia de la rigidez dieléctrica del gas de la densidad (presión) y el espesor de la capa de gas se expresa mediante la ley de Paschen: U_NS= f (pA)

Gas y aislamiento

Parecería, ¿cómo se relaciona la ionización de gases y el aislamiento de equipos eléctricos? El gas y la electricidad están estrechamente relacionados, porque es un excelente dieléctrico. Y por lo tanto, se utiliza un medio gaseoso para aislar equipos de alto voltaje.

Como dieléctrico utilizado: aire, nitrógeno y SF6. El gas SF6 es hexafluoruro de azufre, el material más prometedor en términos de aislamiento eléctrico. Para la distribución y recepción de electricidad de alta tensión, más de 100 kV (toma de planta, recepción electricidad en las grandes ciudades, etc.), se utilizan aparamentas completas (GIS).

El principal campo de aplicación del gas SF6 es precisamente el GIS. El gas, además de usarse como aislamiento eléctrico, puede surgir durante el funcionamiento de cables llenos de aceite (o cables con aislamiento de papel impregnado). Dado que hay un calentamiento y enfriamiento cíclico del cable como consecuencia del paso de tensiones de diferentes magnitudes.

Para cables con aislamiento de papel impregnado, se aplica el término "degradación térmica". La pirólisis de celulosa produce hidrógeno, metano, dióxido de carbono y monóxido de carbono. Durante el proceso de envejecimiento del aislamiento, las formaciones de gas resultantes (a un voltaje aumentado) provocan la ruptura por ionización del aislamiento. Debido a los fenómenos de ionización, los cables de alimentación con aislamiento de papel impregnado de aceite (viscosos impregnación) se utilizan en líneas eléctricas con voltaje de hasta 35 kV y cada vez se utilizan menos en los energía.

Razones de la disminución de la rigidez dieléctrica.

La influencia más negativa sobre la rigidez dieléctrica del aislamiento la ejercen la tensión y la temperatura alternas. Con una tensión alterna, es decir, una tensión que cambia de vez en cuando, por ejemplo, la planta de energía produce 220 kV, debido a un mal funcionamiento técnico o reparación planificada, el valor de voltaje se redujo a 110 kV, después de la reparación volvió a ser 220 kV. Este es un voltaje alterno, es decir, que cambia durante un cierto período de tiempo. Debido al hecho de que en la Federación de Rusia el 50 por ciento de las instalaciones eléctricas para la transmisión de electricidad ya están han agotado su recurso (y son 25-30 años), entonces la tensión alterna es bastante frecuente fenómeno. El valor medio de esta tensión se determina mediante el gráfico:

O determinado por la fórmula:

La temperatura de calentamiento del cable, debido al flujo de corriente eléctrica, reduce significativamente la vida útil del conductor (se produce el llamado envejecimiento del aislamiento). La dependencia de la resistencia a la rotura a diferentes temperaturas se muestra en el gráfico:

Resistencia eléctrica de los cables de potencia

La industria más exigente en términos de rigidez dieléctrica es probablemente la de productos de cable. En Rusia, el principal tipo de cables utilizados en la industria de la energía (diseñados para un voltaje nominal de hasta 500 kV) son cables llenos de aceite con aislamiento de papel.

Además, cuanto mayor sea la tensión nominal para la que están diseñados, mayor será el peso del cable. Como impregnación se utiliza aceite desgasificado y de baja viscosidad (MH-3, MH-4 y análogos). Un aumento de la presión del aceite conduce a un aumento de la rigidez dieléctrica del aislamiento de aceite y papel. Los cables con una presión de 10-15 atmósferas se utilizan a alta tensión, el valor de resistencia alcanza los 15 kV / mm.

En los últimos años, los cables llenos de aceite han sido reemplazados por cables XLPE. Son más livianos, más fáciles de operar y la vida útil es la misma. Además, los PSE no son tan sensibles a los cambios de temperatura y no necesitan equipo adicional, como tanques de compensación de aceite (para compensar el exceso de aceite a diferentes presiones). Los cables XLPE son más fáciles de instalar y más fáciles de mantener y mantener.

El mundo entero está desarrollando específicamente cables XLPE, esto ha llevado al hecho de que dichos conductores ya son notablemente mejores en sus parámetros que los cables llenos de aceite:

El único inconveniente de los EPI es el envejecimiento intensivo, sin embargo, numerosos estudios de todos los fabricantes mundiales han ralentizado este proceso. Los llamados arbolitos ya no son la causa de la rotura del aislamiento. El crecimiento del consumo de energía en el mundo moderno estimula el desarrollo no solo de fuentes de energía, sino también de productos de cable y aparamenta. La investigación sobre la rigidez dieléctrica del aislamiento es el foco principal de la energía eléctrica.

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