Dielektrisk styrke: definisjon og årsaker til nedgangen

Fysisk sans

Den elektriske feltstyrken øker med økende spenning mellom lederne, det kan være kondensatorplater eller kabelkjerner (i en individuell vikling), oppstår et sammenbrudd på et bestemt tidspunkt isolering. Verdien som kjennetegner spenningen i sammenbruddstidspunktet kalles dielektrisk styrke og bestemmes av formelen:

her: U - spenning mellom ledere, d - dielektrisk tykkelse.

Dielektrisk styrke måles i kV / mm (kV / cm). Denne formelen er gyldig for flate ledere (i form av strimler eller plater) med et jevnt lag isolasjon mellom dem, for eksempel i en papirkondensator.

Kortslutninger i elektriske enheter og kabler oppstår nettopp på grunn av nedbrytning av isolasjon, for øyeblikket er det elektrisk lysbue. Derfor er dielektrisk styrke en av de viktigste egenskapene til isolasjon. Krav til dielektrisk styrke til isolasjon av elektrisk utstyr og elektriske installasjoner spenning 1 - 750 kV er angitt i GOST 55195-2012 og GOST 55192-2012 (testmetoder for dielektrisk styrke på installasjonsstedet).

Fordelingstyper

For homogen dielektrik skiller man flere typer sammenbrudd - elektrisk og termisk. Det er også en annen ionisering sammenbrudd, som er en konsekvens av ioniseringen av gassinneslutninger i et fast dielektrikum. Den dielektriske styrken til dielektrikum avhenger i mange henseender av feltets inhomogenitet og forekomsten av gassioniseringsprosesser (intensitet og natur) eller andre kjemiske endringer i materialet. Dette fører til at sammenbrudd i det samme materialet oppstår ved forskjellige spenninger. Derfor er nedbrytningsspenningen bestemt av gjennomsnittsverdien basert på resultatene fra mange tester. Avhengigheten av gassens dielektriske styrke av tettheten (trykket) og tykkelsen på gasslaget uttrykkes ved Paschens lov: U_NS= f (pA)

Gass og isolasjon

Det virker som om ioniseringen av gasser og isolasjon av elektrisk utstyr er relatert? Gass og elektrisitet er nært beslektet, fordi det er et utmerket dielektrikum. Og derfor brukes et gassformet medium for å isolere høyspenningsutstyr.

Som et dielektrikum brukt: luft, nitrogen og SF6. SF6 gass er svovelheksafluorid, det mest lovende materialet når det gjelder elektrisk isolasjon. For distribusjon og mottak av høyspent elektrisitet, mer enn 100 kV (kraftuttak, mottak strøm i store byer og så videre), brukes komplette koblingsutstyr (GIS).

Hovedbruksområdet for SF6 -gass er nettopp GIS. Gass, i tillegg til å bli brukt som elektrisk isolasjon, kan oppstå under drift av oljefylte kabler (eller kabler med impregnert papirisolasjon). Siden det er en syklisk oppvarming og avkjøling av kabelen som et resultat av passering av spenninger av forskjellige størrelser.

For kabler med impregnert papirisolasjon brukes begrepet "termisk ødeleggelse". Pyrolyse av cellulose produserer hydrogen, metan, karbondioksid og karbonmonoksid. Under aldringsprosessen for isolasjonen forårsaker de resulterende gassformasjonene (ved økt spenning) ioniseringsnedbrytning av isolasjonen. På grunn av ioniseringsfenomener, strømkabler med oljeimpregnert papirisolasjon (viskøs impregnering) brukes i kraftledninger med spenning på opptil 35 kV og brukes mindre og mindre i moderne energi.

Årsaker til nedgang i dielektrisk styrke

Den mest negative påvirkningen på isolasjonens dielektriske styrke utøves av vekslende spenning og temperatur. Med en vekselspenning, det vil si en spenning som endres fra tid til annen, for eksempel gir kraftverket 220 kV, på grunn av en teknisk feil eller planlagt reparasjon, ble spenningsverdien redusert til 110 kV, etter reparasjonen ble den 220 igjen kV. Dette er en vekslende spenning, det vil si endring over en viss tidsperiode. På grunn av det faktum at i Russland er 50 prosent av elektriske installasjoner for overføring av elektrisitet allerede har oppbrukt sin ressurs (og det er 25-30 år), så er vekslingsspenningen ganske hyppig fenomen. Gjennomsnittsverdien av denne spenningen bestemmes ved hjelp av grafen:

Eller bestemt av formelen:

Varmetemperaturen på kabelen, på grunn av strømmen av elektrisk strøm, reduserer lederens levetid betydelig (den såkalte aldringen av isolasjonen forekommer). Avhengigheten av nedbrytningsstyrken ved forskjellige temperaturer er vist i grafen:

Elektrisk styrke til strømkabler

Den mest krevende industrien når det gjelder dielektrisk styrke er sannsynligvis kabelprodukter. I Russland er hovedtypen kabler som brukes i kraftindustrien (designet for merkespenning opptil 500 kV) oljefylte kabler med papirisolasjon.

Dessuten, jo høyere merkespenning de er designet for, jo høyere vekt er kabelen. Avgasset olje med lav viskositet (MH-3, MH-4 og analoger) brukes som impregnering. En økning i oljetrykket fører til en økning i den dielektriske styrken til olje- og papirisolasjonen. Kabler med et trykk på 10-15 atmosfærer brukes ved høy spenning, styrkeverdien når 15 kV / mm.

De siste årene har oljefylte kabler blitt erstattet av XLPE-kabler. De er lettere, lettere å betjene, og levetiden er den samme. I tillegg er PSE ikke så følsomme for temperaturendringer og trenger ikke ekstra utstyr, for eksempel oljekompenseringstanker (for å kompensere for overflødig olje ved forskjellige trykk). XLPE -kabler er enklere å installere og lettere å vedlikeholde og vedlikeholde.

Hele verden utvikler spesielt XLPE-kabler, dette har ført til at slike ledere allerede er merkbart bedre i sine parametere enn oljefylte kabler:

Den eneste ulempen med PPE er intensiv aldring, men mange studier av alle verdensprodusenter har bremset denne prosessen. De såkalte treingene er ikke lenger årsakene til isolasjonsbrudd. Veksten i energiforbruket i den moderne verden stimulerer utviklingen av ikke bare strømkilder, men også kabelprodukter og koblingsutstyr. Forskning på isolasjonens dielektriske styrke er hovedfokuset i kraftenergi.

Relaterte materialer:

• Beskyttelse av kabelen mot mekanisk skade
• Måling av kabelisoleringsmotstand
• Årsaker til strømtap over lange avstander