Rigidez dielétrica: definição e razões para a diminuição

Sentido físico

A intensidade do campo elétrico aumenta com o aumento da tensão entre os condutores, pode ser placas de capacitor ou núcleos de cabos (em um enrolamento individual), em um determinado momento ocorre uma avaria isolamento. O valor que caracteriza a tensão no momento da ruptura é denominado rigidez dielétrica e é determinado pela fórmula:

aqui: U - tensão entre os condutores, d - espessura dielétrica.

A rigidez dielétrica é medida em kV / mm (kV / cm). Esta fórmula é válida para condutores planos (em forma de tiras ou placas) com uma camada uniforme de isolamento entre eles, como em um capacitor de papel.

Curto circuitos em aparelhos elétricos e cabos ocorrem justamente por causa da quebra de isolação, neste momento há arco eletrico. Portanto, a rigidez dielétrica é uma das características mais importantes do isolamento. Requisitos para a rigidez dielétrica do isolamento de equipamentos elétricos e tensão de instalações elétricas 1 - 750 kV são apresentados em GOST 55195-2012 e GOST 55192-2012 (métodos de teste para rigidez dielétrica no local de instalação).

Tipos de repartição

Para dielétricos homogêneos, vários tipos de avaria são distinguidos - elétrico e térmico. Também tem outro ionizacao quebra, que é uma consequência da ionização das inclusões de gás em um dielétrico sólido. A rigidez dielétrica dos dielétricos, em muitos aspectos, depende da não homogeneidade do campo e da ocorrência de processos de ionização de gás (intensidade e natureza) ou outras alterações químicas no material. Isso leva ao fato de que a ruptura no mesmo material ocorre em tensões diferentes. Portanto, a tensão de ruptura é determinada pelo valor médio com base nos resultados de vários testes. A dependência da rigidez dielétrica do gás com a densidade (pressão) e a espessura da camada de gás é expressa pela lei de Paschen: U_NS= f (pA)

Gás e isolamento

Ao que parece, como está relacionada a ionização de gases e o isolamento de equipamentos elétricos? O gás e a eletricidade estão intimamente relacionados, pois é um excelente dielétrico. E, portanto, um meio gasoso é usado para isolar o equipamento de alta tensão.

Como dielétrico utilizado: ar, nitrogênio e SF6. O gás SF6 é o hexafluoreto de enxofre, o material mais promissor em termos de isolamento elétrico. Para a distribuição e recepção de eletricidade de alta tensão, mais de 100 kV (saída da usina, recepção eletricidade em grandes cidades e assim por diante), interruptores completos são usados (GIS).

O principal campo de aplicação do gás SF6 é precisamente o GIS. O gás, além de ser utilizado como isolante elétrico, pode surgir durante a operação de cabos cheios de óleo (ou cabos com isolamento de papel impregnado). Pois existe um aquecimento e resfriamento cíclico do cabo em decorrência da passagem de tensões de diferentes magnitudes.

Para cabos com isolamento de papel impregnado, o termo "destruição térmica" é aplicado. A pirólise da celulose produz hidrogênio, metano, dióxido de carbono e monóxido de carbono. Durante o processo de envelhecimento do isolamento, as formações de gás resultantes (no aumento da tensão) causam a quebra de ionização do isolamento. Devido a fenômenos de ionização, cabos de alimentação com isolamento de papel impregnado de óleo (viscoso impregnação) são usados ​​em linhas de transmissão com tensão de até 35 kV e são cada vez menos usados ​​nas modernas energia.

Razões para a diminuição da rigidez dielétrica

A influência mais negativa na rigidez dielétrica do isolamento é exercida pela alternância de tensão e temperatura. Com uma tensão alternada, ou seja, uma tensão que muda de tempos em tempos, por exemplo, as saídas da usina 220 kV, devido a uma avaria técnica ou reparação planeada, o valor da tensão foi reduzido para 110 kV, após a reparação voltou a ser 220 kV. Esta é uma tensão alternada, ou seja, mudando ao longo de um determinado período de tempo. Devido ao fato de que na Federação Russa 50 por cento das instalações elétricas para a transmissão de eletricidade já estão esgotaram seus recursos (e é 25-30 anos), então a tensão alternada é bastante frequente fenômeno. O valor médio desta tensão é determinado usando o gráfico:

Ou determinado pela fórmula:

A temperatura de aquecimento do cabo, devido ao fluxo de corrente elétrica, reduz significativamente a vida útil do condutor (ocorre o chamado envelhecimento da isolação). A dependência da resistência à ruptura em diferentes temperaturas é mostrada no gráfico:

Força elétrica dos cabos de alimentação

A indústria mais exigente em termos de rigidez dielétrica é provavelmente a de produtos de cabo. Na Rússia, o principal tipo de cabo usado na indústria de energia (projetado para tensão nominal de até 500 kV) são cabos cheios de óleo com isolamento de papel.

Além disso, quanto maior a tensão nominal para a qual foram projetados, maior será o peso do cabo. Óleo desgaseificado e de baixa viscosidade (MH-3, MH-4 e análogos) é usado como uma impregnação. Um aumento na pressão do óleo leva a um aumento na rigidez dielétrica do isolamento de óleo e papel. Cabos com pressão de 10-15 atmosferas são usados ​​em alta tensão, o valor de resistência chega a 15 kV / mm.

Nos últimos anos, os cabos cheios de óleo foram substituídos por cabos XLPE. Eles são mais leves, fáceis de operar e a vida útil é a mesma. Além disso, os PSEs não são tão sensíveis às mudanças de temperatura e não precisam de equipamentos adicionais, como tanques de compensação de óleo (para compensar o excesso de óleo em diferentes pressões). Os cabos XLPE são mais fáceis de instalar e manter e manter.

O mundo inteiro está desenvolvendo cabos XLPE especificamente, o que levou ao fato de que tais condutores já são visivelmente melhores em seus parâmetros do que cabos preenchidos com óleo:

A única desvantagem do EPI é o envelhecimento intensivo; no entanto, vários estudos de todos os fabricantes mundiais retardaram esse processo. As chamadas árvores já não são a causa da quebra do isolamento. O crescimento do consumo de energia no mundo moderno estimula o desenvolvimento não apenas de fontes de energia, mas também de produtos de cabos e interruptores. A pesquisa sobre a rigidez dielétrica do isolamento é o foco principal em energia elétrica.

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