Rigidità dielettrica: definizione e ragioni della diminuzione

senso fisico

L'intensità del campo elettrico aumenta con l'aumentare della tensione tra i conduttori, può essere piastre del condensatore o nuclei del cavo (in un singolo avvolgimento), ad un certo momento si verifica un guasto isolamento. Il valore che caratterizza la tensione al momento della rottura è chiamato rigidità dielettrica ed è determinato dalla formula:

qui: U - tensione tra i conduttori, d - spessore dielettrico.

La rigidità dielettrica si misura in kV/mm (kV/cm). Questa formula è valida per conduttori piatti (sotto forma di strisce o piastre) con uno strato uniforme di isolamento tra di loro, come in un condensatore di carta.

Corto circuiti nei dispositivi elettrici e nei cavi si verificano proprio a causa della rottura dell'isolamento, in questo momento non c'è arco elettrico. Pertanto, la rigidità dielettrica è una delle caratteristiche più importanti dell'isolamento. Requisiti per la rigidità dielettrica dell'isolamento delle apparecchiature elettriche e degli impianti elettrici tensione 1 - 750 kV sono stabiliti in GOST 55195-2012 e GOST 55192-2012 (metodi di prova per la rigidità dielettrica nel sito di installazione).

Tipi di guasto

Per i dielettrici omogenei si distinguono diversi tipi di rottura: elettrico e termico. C'è anche un altro ionizzazione rottura, che è una conseguenza della ionizzazione delle inclusioni di gas in un dielettrico solido. La rigidità dielettrica dei dielettrici, per molti aspetti, dipende dalla disomogeneità del campo e dal verificarsi di processi di ionizzazione del gas (intensità e natura) o altri cambiamenti chimici nel materiale. Ciò porta al fatto che la rottura dello stesso materiale si verifica a tensioni diverse. Pertanto, la tensione di rottura è determinata dal valore medio in base ai risultati di numerosi test. La dipendenza della rigidità dielettrica del gas dalla densità (pressione) e dallo spessore dello strato di gas è espressa dalla legge di Paschen: U_NS= f (pA)

Gas e isolamento

Sembrerebbe, come è collegata la ionizzazione dei gas e l'isolamento delle apparecchiature elettriche? Gas ed elettricità sono strettamente correlati, perché è un ottimo dielettrico. E quindi, un mezzo gassoso viene utilizzato per isolare le apparecchiature ad alta tensione.

Come dielettrico utilizzato: aria, azoto e SF6. Il gas SF6 è l'esafluoruro di zolfo, il materiale più promettente in termini di isolamento elettrico. Per la distribuzione e ricezione di energia elettrica ad alta tensione, oltre 100 kV (presa centrale, ricezione elettricità nelle grandi città e così via), vengono utilizzati quadri completi (GIS).

Il principale campo di applicazione del gas SF6 è proprio il GIS. Il gas, oltre ad essere utilizzato come isolante elettrico, può formarsi durante il funzionamento di cavi ad olio (o cavi con isolamento in carta impregnata). Poiché si ha un riscaldamento e un raffreddamento ciclici del cavo a seguito del passaggio di tensioni di diversa grandezza.

Per i cavi con isolamento in carta impregnata si applica il termine "degrado termico". La pirolisi della cellulosa produce idrogeno, metano, anidride carbonica e monossido di carbonio. Durante il processo di invecchiamento dell'isolamento, le formazioni di gas risultanti (a tensione aumentata) provocano la rottura di ionizzazione dell'isolamento. A causa di fenomeni di ionizzazione, i cavi di potenza con isolamento in carta impregnata d'olio (viscoso impregnazione) sono utilizzati nelle linee elettriche con tensione fino a 35 kV e sono sempre meno utilizzati nelle moderne energia.

Ragioni della diminuzione della rigidità dielettrica

L'influenza più negativa sulla rigidità dielettrica dell'isolamento è esercitata dall'alternanza di tensione e temperatura. Con una tensione alternata, cioè una tensione che cambia di volta in volta, ad esempio, la centrale produce 220 kV, a causa di un malfunzionamento tecnico o di una riparazione programmata, il valore della tensione è stato ridotto a 110 kV, dopo la riparazione è tornato a 220 kV. Questa è una tensione alternata, cioè cambia in un certo periodo di tempo. A causa del fatto che nella Federazione Russa il 50 percento degli impianti elettrici per la trasmissione di elettricità è già hanno esaurito la loro risorsa (e sono 25-30 anni), quindi la tensione alternata è abbastanza frequente fenomeno. Il valore medio di questa tensione è determinato utilizzando il grafico:

O determinato dalla formula:

La temperatura di riscaldamento del cavo, dovuta al flusso di corrente elettrica, riduce significativamente la durata del conduttore (si verifica il cosiddetto invecchiamento dell'isolamento). La dipendenza della resistenza alla rottura a diverse temperature è mostrata nel grafico:

Resistenza elettrica dei cavi di alimentazione

L'industria più esigente in termini di rigidità dielettrica è probabilmente quella dei cavi. In Russia, il principale tipo di cavi utilizzati nell'industria energetica (progettati per tensioni nominali fino a 500 kV) sono cavi riempiti d'olio con isolamento in carta.

Inoltre, maggiore è la tensione nominale per la quale sono progettati, maggiore è il peso del cavo. Come impregnante viene utilizzato olio degasato e a bassa viscosità (MH-3, MH-4 e analoghi). Un aumento della pressione dell'olio porta ad un aumento della rigidità dielettrica dell'olio e dell'isolamento della carta. I cavi con una pressione di 10-15 atmosfere vengono utilizzati ad alta tensione, il valore di resistenza raggiunge i 15 kV / mm.

Negli ultimi anni, i cavi riempiti d'olio sono stati sostituiti da cavi XLPE. Sono più leggeri, più facili da usare e la durata è la stessa. Inoltre, i PSE non sono così sensibili alle variazioni di temperatura e non necessitano di attrezzature aggiuntive, come i serbatoi di compensazione dell'olio (per compensare l'olio in eccesso a pressioni diverse). I cavi XLPE sono più facili da installare e da mantenere e mantenere.

Il mondo intero sta sviluppando specificamente cavi XLPE, questo ha portato al fatto che tali conduttori sono già notevolmente migliori nei loro parametri rispetto ai cavi riempiti d'olio:

L'unico inconveniente dei DPI è l'invecchiamento intensivo, tuttavia numerosi studi di tutti i produttori mondiali hanno rallentato questo processo. Le cosiddette alberature non sono più le ragioni della rottura dell'isolamento. La crescita del consumo di energia nel mondo moderno stimola lo sviluppo non solo di fonti di energia, ma anche di prodotti per cavi e quadri. La ricerca sulla rigidità dielettrica dell'isolamento è l'obiettivo principale dell'energia elettrica.

Materiali correlati:

• Protezione del cavo da danni meccanici
• Misura della resistenza di isolamento del cavo
• Cause di perdita di potenza su lunghe distanze