Diëlektrische sterkte: definitie en redenen voor de afname

Lichamelijk gevoel

De elektrische veldsterkte neemt toe met toenemende spanning tussen de geleiders, het kan zijn: condensatorplaten of kabeladers (in een individuele wikkeling), op een bepaald moment treedt er een storing op isolatie. De waarde die de spanning kenmerkt op het moment van doorslag wordt de diëlektrische sterkte genoemd en wordt bepaald door de formule:

hier: U - spanning tussen geleiders, d - diëlektrische dikte.

Diëlektrische sterkte wordt gemeten in kV / mm (kV / cm). Deze formule is geldig voor platte geleiders (in de vorm van strips of platen) met een gelijkmatige isolatielaag ertussen, zoals in een papieren condensator.

Kortsluitingen in elektrische apparaten en kabels ontstaan ​​juist vanwege het doorbreken van isolatie, op dit moment is er elektrische boog. Daarom is diëlektrische sterkte een van de belangrijkste kenmerken van isolatie. Eisen aan de diëlektrische sterkte van de isolatie van elektrische apparatuur en elektrische installaties spanning 1 - 750 kV zijn uiteengezet in GOST 55195-2012 en GOST 55192-2012 (testmethoden voor diëlektrische sterkte op de installatieplaats).

Uitsplitsingstypes

Voor homogene diëlektrica worden verschillende soorten doorslag onderscheiden - elektrisch en thermisch. Er is ook nog een ionisatie afbraak, wat een gevolg is van de ionisatie van gasinsluitingen in een vast diëlektricum. De diëlektrische sterkte van diëlektrica is in veel opzichten afhankelijk van de inhomogeniteit van het veld en het optreden van gasionisatieprocessen (intensiteit en aard) of andere chemische veranderingen in het materiaal. Dit leidt ertoe dat doorslag in hetzelfde materiaal optreedt bij verschillende spanningen. Daarom wordt de doorslagspanning bepaald door de gemiddelde waarde op basis van de resultaten van talrijke tests. De afhankelijkheid van de diëlektrische sterkte van het gas van de dichtheid (druk) en de dikte van de gaslaag wordt uitgedrukt door de wet van Paschen: U_NS= f (pA)

Gas en isolatie

Het lijkt erop, hoe is de ionisatie van gassen en de isolatie van elektrische apparatuur gerelateerd? Gas en elektriciteit zijn nauw verwant, omdat het een uitstekend diëlektricum is. En daarom wordt een gasvormig medium gebruikt om hoogspanningsapparatuur te isoleren.

Als diëlektricum gebruikt: lucht, stikstof en SF6. SF6-gas is zwavelhexafluoride, het meest veelbelovende materiaal op het gebied van elektrische isolatie. Voor de distributie en ontvangst van hoogspanningselektriciteit, meer dan 100 kV (stopcontact elektriciteitscentrale, ontvangst) elektriciteit in grote steden, enzovoort), worden complete schakelinstallaties gebruikt (GIS).

Het belangrijkste toepassingsgebied van SF6-gas is juist GIS. Gas kan niet alleen worden gebruikt als elektrische isolatie, maar kan ook ontstaan ​​tijdens de werking van met olie gevulde kabels (of kabels met geïmpregneerde papierisolatie). Omdat er een cyclische verwarming en afkoeling van de kabel is als gevolg van het passeren van spanningen van verschillende groottes.

Voor kabels met geïmpregneerde papierisolatie wordt de term "thermische vernietiging" gebruikt. Pyrolyse van cellulose produceert waterstof, methaan, kooldioxide en koolmonoxide. Tijdens het verouderingsproces van de isolatie veroorzaken de resulterende gasformaties (bij verhoogde spanning) ionisatiedoorslag van de isolatie. Door ionisatieverschijnselen kunnen stroomkabels met met olie geïmpregneerde papierisolatie (viskeus) impregnatie) worden gebruikt in hoogspanningslijnen met een spanning tot 35 kV en worden steeds minder gebruikt in moderne energie.

Redenen voor de afname van de diëlektrische sterkte:

De meest negatieve invloed op de diëlektrische sterkte van de isolatie wordt uitgeoefend door wisselspanning en temperatuur. Bij een wisselspanning, dat wil zeggen een spanning die van tijd tot tijd verandert, levert de energiecentrale bijvoorbeeld 220 kV, door een technische storing of geplande reparatie werd de spanningswaarde verlaagd naar 110 kV, na de reparatie werd het weer 220 kV. Dit is een wisselspanning, dat wil zeggen, die over een bepaalde periode verandert. Vanwege het feit dat in de Russische Federatie 50 procent van de elektrische installaties voor de transmissie van elektriciteit al zijn hun bron hebben uitgeput (en het is 25-30 jaar), dan is de wisselspanning vrij frequent fenomeen. De gemiddelde waarde van deze spanning wordt bepaald met behulp van de grafiek:

Of bepaald door de formule:

De verwarmingstemperatuur van de kabel, als gevolg van de stroom van elektrische stroom, vermindert de levensduur van de geleider aanzienlijk (de zogenaamde veroudering van de isolatie treedt op). De afhankelijkheid van de doorslagsterkte bij verschillende temperaturen is weergegeven in de grafiek:

Elektrische sterkte van stroomkabels

De meest veeleisende productietak op het gebied van diëlektrische sterkte zijn waarschijnlijk kabelproducten. In Rusland zijn met olie gevulde kabels met papierisolatie het belangrijkste type kabels dat in de energiesector wordt gebruikt (ontworpen voor een nominale spanning tot 500 kV).

Bovendien, hoe hoger de nominale spanning waarvoor ze zijn ontworpen, hoe hoger het gewicht van de kabel. Als impregnatie wordt ontgaste en laagviskeuze olie (MH-3, MH-4 en analogen) gebruikt. Een verhoging van de oliedruk leidt tot een verhoging van de diëlektrische sterkte van de olie- en papierisolatie. Kabels met een druk van 10-15 atmosfeer worden gebruikt bij hoge spanning, de sterktewaarde bereikt 15 kV / mm.

In de afgelopen jaren zijn met olie gevulde kabels vervangen door XLPE-kabels. Ze zijn lichter, gemakkelijker te bedienen en de levensduur is hetzelfde. Bovendien zijn PSE's niet zo gevoelig voor temperatuurveranderingen en hebben ze geen extra apparatuur nodig, zoals oliecompensatietanks (om overtollige olie bij verschillende drukken te compenseren). XLPE-kabels zijn eenvoudiger te installeren en gemakkelijker te onderhouden en te onderhouden.

De hele wereld ontwikkelt specifiek XLPE-kabels, dit heeft ertoe geleid dat dergelijke geleiders al merkbaar beter zijn in hun parameters dan met olie gevulde kabels:

Het enige nadeel van persoonlijke beschermingsmiddelen is de intensieve veroudering, maar talloze onderzoeken van alle wereldfabrikanten hebben dit proces vertraagd. De zogenaamde treeings zijn niet langer de redenen voor het kapot gaan van de isolatie. De groei van het energieverbruik in de moderne wereld stimuleert niet alleen de ontwikkeling van stroombronnen, maar ook van kabelproducten en schakelapparatuur. Onderzoek naar de diëlektrische sterkte van isolatie is de belangrijkste focus in energie-energie.

Gerelateerde materialen:

• Bescherming van de kabel tegen mechanische schade
• Meting van kabelisolatieweerstand
• Oorzaken van vermogensverlies over lange afstanden