Dielektrična čvrstoća: definicija i razlozi pada

Fizički osjećaj

Jačina električnog polja raste s povećanjem napona između vodiča, to može biti kondenzatorske ploče ili jezgre kabela (u pojedinačnom namotu), u određenom trenutku dolazi do kvara izolacija. Vrijednost koja karakterizira napon u trenutku proboja naziva se dielektrična čvrstoća i određuje se formulom:

ovdje: U - napon između vodiča, d - debljina dielektrika.

Dielektrična čvrstoća mjeri se u kV / mm (kV / cm). Ova formula vrijedi za ravne vodiče (u obliku traka ili ploča) s ravnomjernim slojem izolacije između njih, primjerice u papirnatom kondenzatoru.

Kratki spojevi u električnim uređajima i kablovima dolazi upravo zbog kvara izolacije, u ovom trenutku postoji električni luk. Stoga je dielektrična čvrstoća jedna od najvažnijih karakteristika izolacije. Zahtjevi za dielektričnu čvrstoću izolacije električne opreme i električnih instalacija napona 1 - 750 kV navedene su u GOST 55195-2012 i GOST 55192-2012 (metode ispitivanja dielektrične čvrstoće na mjestu ugradnje).

Vrste kvarova

Za homogene dielektrike razlikuje se nekoliko vrsta kvarova - električni i toplinski. Postoji i druga ionizacije kvar, koji je posljedica ionizacije plinskih uključaka u krutom dielektriku. Dielektrična čvrstoća dielektrika u mnogo čemu ovisi o nehomogenosti polja i pojavi procesa ionizacije plina (intenzitet i priroda) ili drugih kemijskih promjena u materijalu. To dovodi do činjenice da se kvar u istom materijalu događa pri različitim naponima. Stoga je probojni napon određen prosječnom vrijednošću na temelju rezultata brojnih ispitivanja. Ovisnost dielektrične čvrstoće plina o gustoći (tlaku) i debljini sloja plina izražena je Paschenovim zakonom: U_NS= f (pA)

Plin i izolacija

Čini se kako su povezane ionizacija plinova i izolacija električne opreme? Plin i električna energija usko su povezani, jer je izvrstan dielektrik. Stoga se plinski medij koristi za izolaciju visokonaponske opreme.

Kao dielektrik koriste se: zrak, dušik i SF6. SF6 plin je sumpor -heksafluorid, materijal koji najviše obećava u smislu električne izolacije. Za distribuciju i prijem visokonaponske električne energije, više od 100 kV (utičnica elektrane, prijem struje u velikim gradovima i tako dalje), koriste se kompletna rasklopna postrojenja (GIS).

Glavno područje primjene plina SF6 je upravo GIS. Osim što se koristi kao električna izolacija, plin može nastati tijekom rada kabela napunjenih uljem (ili kabela s izolacijom od impregniranog papira). Budući da dolazi do cikličnog zagrijavanja i hlađenja kabela kao posljedica prolaska napona različitih veličina.

Za kabele s impregniranom papirnom izolacijom primjenjuje se izraz "toplinsko uništavanje". Pirolizom celuloze nastaju vodik, metan, ugljični dioksid i ugljikov monoksid. Tijekom procesa starenja izolacije, nastale plinske formacije (pri povećanom naponu) uzrokuju ionizacijski kvar izolacije. Zbog pojava ionizacije, energetski kabeli s izolacijom papira impregniranom uljem (viskozni impregnacija) koriste se u dalekovodima napona do 35 kV i sve se manje koriste u suvremenim energije.

Razlozi za smanjenje dielektrične čvrstoće

Najnegativniji utjecaj na dielektričnu čvrstoću izolacije ima izmjenični napon i temperatura. Naizmjeničnim naponom, odnosno naponom koji se s vremena na vrijeme mijenja, na primjer, elektrana daje 220 kV, zbog tehničkog kvara ili planiranog popravka, vrijednost napona smanjena je na 110 kV, nakon popravka ponovno je postala 220 kV. Ovo je naizmjenični napon, odnosno mijenja se u određenom vremenskom razdoblju. Zbog činjenice da je u Ruskoj Federaciji već 50 posto električnih instalacija za prijenos električne energije su iscrpili svoje resurse (a to je 25-30 godina), tada je izmjenični napon prilično čest fenomen. Prosječna vrijednost ovog napona određuje se pomoću grafikona:

Ili određeno formulom:

Temperatura zagrijavanja kabela, zbog protoka električne struje, značajno smanjuje vijek trajanja vodiča (dolazi do tzv. Starenja izolacije). Ovisnost probojne čvrstoće pri različitim temperaturama prikazana je na grafikonu:

Električna čvrstoća kablova za napajanje

Najzahtjevnija industrija s obzirom na dielektričnu čvrstoću vjerojatno su kabelski proizvodi. U Rusiji su glavna vrsta kabela koji se koriste u elektroenergetici (projektirani za nazivni napon do 500 kV) kabeli napunjeni uljem s papirnatom izolacijom.

Štoviše, što je nazivniji napon za koji su projektirani veća je težina kabela. Degazirano ulje i ulje niske viskoznosti (MH-3, MH-4 i analozi) koristi se kao impregnacija. Povećanje tlaka ulja dovodi do povećanja dielektrične čvrstoće izolacije ulja i papira. Kablovi s tlakom od 10-15 atmosfera koriste se pri visokoj napetosti, vrijednost čvrstoće doseže 15 kV / mm.

Posljednjih godina kabeli napunjeni uljem zamijenjeni su XLPE kabelima. Lakši su, lakši za rad, a vijek trajanja im je isti. Osim toga, PSE nisu toliko osjetljivi na promjene temperature i ne trebaju dodatnu opremu, poput spremnika za kompenzaciju ulja (za kompenzaciju viška ulja pri različitim tlakovima). XLPE kabeli su lakši za instalaciju i lakši za održavanje i održavanje.

Cijeli svijet razvija posebno XLPE kabele, što je dovelo do činjenice da su takvi vodiči već znatno bolji u svojim parametrima od kabela napunjenih uljem:

Jedini nedostatak OZO -a je intenzivno starenje, međutim, brojne studije svih svjetskih proizvođača usporile su ovaj proces. Takozvana stabla više nisu razlog kvara izolacije. Rast potrošnje energije u suvremenom svijetu potiče razvoj ne samo izvora energije, već i kabelskih proizvoda i rasklopnih uređaja. Istraživanje dielektrične čvrstoće izolacije glavni je fokus energije energije.

Povezani materijali:

• Zaštita kabela od mehaničkih oštećenja
• Mjerenje otpora izolacije kabela
• Uzroci gubitka energije na velikim udaljenostima