Rezistența dielectrică: definiția și motivele scăderii

Simț fizic

Puterea câmpului electric crește odată cu creșterea tensiunii între conductori, poate fi plăcile condensatorului sau miezurile cablurilor (într-o înfășurare individuală), la un moment dat apare o defecțiune izolare. Valoarea care caracterizează tensiunea în momentul defectării se numește rezistență dielectrică și este determinată de formula:

aici: U - tensiune între conductori, d - grosime dielectrică.

Rezistența dielectrică este măsurată în kV / mm (kV / cm). Această formulă este valabilă pentru conductoarele plate (sub formă de benzi sau plăci) cu un strat uniform de izolație între ele, cum ar fi într-un condensator de hârtie.

Scurtcircuite în dispozitivele electrice și cablurile apar tocmai din cauza defectării izolației, în acest moment există arc electric. Prin urmare, rezistența dielectrică este una dintre cele mai importante caracteristici ale izolației. Cerințe pentru rezistența dielectrică a izolației echipamentelor electrice și a instalațiilor electrice de tensiune 1 - 750 kV sunt stabilite în GOST 55195-2012 și GOST 55192-2012 (metode de testare a rezistenței electrice la locul de instalare).

Tipuri de defalcare

Pentru dielectricele omogene, se disting mai multe tipuri de defalcare - electric și termic. Mai există și un altul ionizare defalcare, care este o consecință a ionizării incluziunilor de gaze într-un dielectric solid. Puterea dielectrică a dielectricilor, în multe privințe, depinde de neomogenitatea câmpului și de apariția proceselor de ionizare a gazelor (intensitate și natură) sau de alte modificări chimice ale materialului. Acest lucru duce la faptul că defectarea aceluiași material are loc la tensiuni diferite. Prin urmare, tensiunea de avarie este determinată de valoarea medie pe baza rezultatelor a numeroase teste. Dependența puterii dielectrice a gazului de densitate (presiune) și grosimea stratului de gaz este exprimată prin legea lui Paschen: U_etc.= f (pA)

Gaz și izolație

Se pare, cum este legată ionizarea gazelor și izolarea echipamentelor electrice? Gazul și electricitatea sunt strâns legate, deoarece este un dielectric excelent. Prin urmare, un mediu gazos este utilizat pentru izolarea echipamentelor de înaltă tensiune.

Ca dielectric utilizat: aer, azot și SF6. Gazul SF6 este hexafluorura de sulf, cel mai promițător material în ceea ce privește izolarea electrică. Pentru distribuția și recepția energiei electrice de înaltă tensiune, mai mult de 100 kV (priză centrală, recepție electricitate în orașele mari și așa mai departe), se folosesc tablouri complete (GIS).

Domeniul principal de aplicare a gazului SF6 este tocmai GIS. Gazul, pe lângă faptul că este utilizat ca izolație electrică, poate apărea în timpul funcționării cablurilor umplute cu ulei (sau a cablurilor cu izolație de hârtie impregnată). Deoarece există o încălzire și răcire ciclică a cablului ca urmare a trecerii tensiunilor de diferite magnitudini.

Pentru cablurile cu izolație de hârtie impregnată, se aplică termenul „distrugere termică”. Piroliza celulozei produce hidrogen, metan, dioxid de carbon și monoxid de carbon. În timpul procesului de îmbătrânire a izolației, formațiunile gazoase rezultate (la tensiune crescută) provoacă defectarea ionizării izolației. Datorită fenomenelor de ionizare, cablurile de alimentare cu izolație de hârtie impregnată cu ulei (vâscoasă impregnare) sunt utilizate în liniile electrice cu tensiune de până la 35 kV și sunt din ce în ce mai puțin utilizate în modernitate energie.

Motive pentru scăderea rezistenței dielectrice

Cea mai negativă influență asupra rezistenței dielectrice a izolației se exercită prin tensiune alternativă și temperatură. Cu o tensiune alternativă, adică o tensiune care se schimbă din când în când, de exemplu, centrala electrică scoate 220 kV, din cauza unei defecțiuni tehnice sau a unei reparații planificate, valoarea tensiunii a fost redusă la 110 kV, după ce reparația a redevenit 220 kV. Aceasta este o tensiune alternativă, adică se schimbă într-o anumită perioadă de timp. Datorită faptului că în Federația Rusă 50 la sută din instalațiile electrice pentru transportul energiei electrice sunt deja și-au epuizat resursa (și sunt 25-30 de ani), atunci tensiunea alternativă este destul de frecventă fenomen. Valoarea medie a acestei tensiuni este determinată folosind graficul:

Sau determinat de formula:

Temperatura de încălzire a cablului, datorită fluxului de curent electric, reduce semnificativ durata de viață a conductorului (are loc așa-numita îmbătrânire a izolației). Dependența puterii de rupere la diferite temperaturi este prezentată în grafic:

Rezistența electrică a cablurilor de alimentare

Cea mai solicitantă industrie în ceea ce privește rezistența dielectrică este probabil produsele din cablu. În Rusia, principalul tip de cabluri utilizate în industria energiei electrice (proiectate pentru tensiuni nominale de până la 500 kV) sunt cablurile umplute cu ulei cu izolație din hârtie.

Mai mult, cu cât este mai mare tensiunea nominală pentru care sunt proiectate, cu atât este mai mare greutatea cablului. Uleiul degazat și cu vâscozitate redusă (MH-3, MH-4 și analogi) este utilizat ca impregnare. O creștere a presiunii uleiului duce la o creștere a rezistenței dielectrice a izolației uleiului și a hârtiei. Cablurile cu o presiune de 10-15 atmosfere sunt utilizate la tensiune ridicată, valoarea rezistenței atingând 15 kV / mm.

În ultimii ani, cablurile umplute cu ulei au fost înlocuite cu cabluri XLPE. Sunt mai ușoare, mai ușor de operat, iar durata de viață este aceeași. În plus, PSE-urile nu sunt atât de sensibile la schimbările de temperatură și nu au nevoie de echipamente suplimentare, cum ar fi rezervoarele de compensare a uleiului (pentru a compensa excesul de ulei la diferite presiuni). Cablurile XLPE sunt mai ușor de instalat și mai ușor de întreținut și întreținut.

Întreaga lume dezvoltă în mod special cabluri XLPE, ceea ce a dus la faptul că astfel de conductori sunt deja semnificativ mai buni în parametrii lor decât cablurile umplute cu ulei:

Singurul dezavantaj al EIP este îmbătrânirea intensivă, cu toate acestea, numeroase studii ale tuturor producătorilor mondiali au încetinit acest proces. Așa-numitele arbori nu mai sunt motivele defectării izolației. Creșterea consumului de energie în lumea modernă stimulează dezvoltarea nu numai a surselor de energie, ci și a produselor prin cablu și a aparatelor de distribuție. Cercetarea privind rezistența dielectrică a izolației este principalul accent pe energia energetică.

Materiale conexe:

• Protejarea cablului împotriva deteriorării mecanice
• Măsurarea rezistenței izolației cablurilor
• Cauze ale pierderii de putere pe distanțe mari