Co to jest wytrzymałość dielektryczna?
Znaczenie fizyczne
Natężenie pola elektrycznego rośnie wraz ze wzrostem napięcia między przewodnikami, może to być płytka kondensatora lub rdzenia kabla (w pojedynczym uzwojeniu), w pewnym momencie dochodzi do przebicia izolacji. Wartość charakteryzująca napięcie w momencie awarii nazywana jest siłą elektryczną i jest określona wzorem:
tutaj: U to napięcie między przewodnikami, d to grubość dielektryka.
Wytrzymałość dielektryczna jest mierzona w kV / mm (kV / cm). Ta formuła obowiązuje dla płaskich przewodów (w postaci taśm lub płyt) z jednolitą warstwą izolacji między nimi, jak na przykład w kondensatorze papierowym.
Zwarcie w aparacie elektrycznym i kablach występują właśnie z powodu uszkodzenia izolacji, w tym momencie powstaje łuk elektryczny. Dlatego wytrzymałość dielektryczna jest jedną z najważniejszych cech izolacji. Wymagania dotyczące wytrzymałości dielektrycznej izolacji urządzeń elektrycznych i instalacji elektrycznych o napięciu 1 - 750 kV opisano w GOST 55195-2012 i GOST 55192-2012 (metody badania wytrzymałości elektrycznej w miejscu instalacji).
Rodzaje awarii
W jednorodnych dielektrykach wyróżnia się kilka rodzajów podziału - elektryczny i termiczne. Istnieje również jonizacja rozpad, który jest konsekwencją jonizacji wtrąceń gazu w stałym dielektryku. Wytrzymałość elektryczna dielektryków pod wieloma względami zależy od niejednorodności pola i przebiegu procesów jonizacji gazu (intensywności i natury) lub innych zmian chemicznych w materiale. Prowadzi to do tego, że rozpad tego samego materiału występuje przy różnych napięciach. Dlatego napięcie przebicia jest określane przez średnią wartość zgodnie z wynikami licznych testów. Zależność siły elektrycznej gazu od gęstości (ciśnienia) i grubości warstwy gazu wyraża prawo Paschena: Upr= f (pA)
Gaz i izolacja
Wydaje się, w jaki sposób wiąże się jonizacja gazów i izolacja urządzeń elektrycznych? Gaz i elektryczność są połączone w najbliższy sposób, ponieważ jest to doskonały dielektryk.Dlatego do izolacji urządzeń wysokiego napięcia stosuje się medium gazowe.
Jako zastosowany dielektryk: powietrze, azot i gaz. Elegaz to sześciofluorek siarki, najbardziej obiecujący materiał pod względem izolacji elektrycznej. Do dystrybucji i odbioru energii elektrycznej o wysokim napięciu stosuje się ponad 100 kV (usuwanie elektrowni, odbiór energii elektrycznej w dużych miastach itp.), Kompletne rozdzielnice (GIS).
Głównym obszarem zastosowania gazu SF6 jest właśnie rozdzielnica. Podczas pracy kabli wypełnionych olejem (lub kabli z impregnowaną papierową izolacją) może pojawić się gaz, który może być stosowany również jako izolacja elektryczna. Ponieważ cykliczne nagrzewanie i chłodzenie kabla następuje w wyniku przejścia napięcia o różnych rozmiarach.
Termin „degradacja termiczna” dotyczy kabli z impregnowaną papierową izolacją. Piroliza celulozy wytwarza wodór, metan, dwutlenek węgla i tlenek węgla. Podczas starzenia się izolacji powstałe formacje gazowe (o podwyższonym napięciu) powodują rozpad izolacji jonizacyjnej. Właśnie z powodu zjawisk jonizacji kable elektroenergetyczne z izolacją wykonaną z papieru nasiąkniętego olejem (z impregnacją lepką) są stosowane w liniach elektroenergetycznych o napięciu do 35 kV i coraz rzadziej są wykorzystywane w nowoczesnej energii.
Przyczyny spadku wytrzymałości dielektrycznej
Najbardziej negatywny wpływ na wytrzymałość dielektryczną izolacji ma napięcie przemienne i temperatura. W przypadku napięcia przemiennego, to znaczy napięcia, które zmienia się od czasu do czasu, na przykład elektrownia emituje 220 kV do linii, z powodu awarii technicznej lub planowej naprawy, wartość napięcia zmniejsza się do 110 kV, a po naprawie staje się ponownie 220 kV. Jest to napięcie przemienne, to znaczy zmieniające się w pewnym okresie czasu. Napięcie przemienne jest dość powszechne. Średnia wartość tego napięcia jest określana za pomocą wykresu:
Lub określony przez wzór:
Temperatura nagrzewania kabla, ze względu na przepływ prądu elektrycznego, znacznie skraca żywotność przewodnika (występuje tzw. Starzenie się izolacji). Zależność intensywności rozkładu w różnych temperaturach pokazano na wykresie:
Wytrzymałość elektryczna kabli zasilających
Najbardziej wymagającym przemysłem energii elektrycznej są prawdopodobnie produkty kablowe. Głównym rodzajem kabli stosowanych w energetyce (przeznaczonych na napięcie znamionowe do 500 kV) są kable olejowe z izolacją papierową.
Co więcej, im wyższe napięcie znamionowe, dla którego są zaprojektowane, tym większa masa kabla. Olej stosuje się jako impregnację odgazowaną i o niskiej lepkości (MN-3, MN-4 i analogi). Wzrost ciśnienia oleju prowadzi do wzrostu wytrzymałości dielektrycznej izolacji papierowo-olejowej. Kable o ciśnieniu 10-15 atmosfer są stosowane przy wysokim napięciu, wartość wytrzymałości osiąga 15 kV / mm.
W ostatnich latach kable wypełnione olejem zostały zastąpione przez usieciowane kable polietylenowe (kable SPE). Są lżejsze, łatwiejsze w obsłudze, a żywotność jest taka sama. Ponadto SPE nie są tak wrażliwe na zmiany temperatury i nie potrzebują dodatkowego wyposażenia, takiego jak zbiorniki kompensujące olej (w celu kompensacji nadmiaru oleju przy różnych ciśnieniach). Usieciowane kable polietylenowe są znacznie łatwiejsze do zainstalowania, zakończenia i złącza są łatwiejsze w utrzymaniu.
Cały świat rozwija kable SPE (kable XLPE), co doprowadziło do tego, że takie przewodniki są już zauważalnie lepsze pod względem parametrów niż kable wypełnione olejem:
Jedyną wadą SPE jest intensywne starzenie, jednak liczne badania wszystkich światowych producentów spowolniły ten proces. Tak zwane próby nie są już przyczyną uszkodzenia izolacji.Wzrost zużycia energii we współczesnym świecie stymuluje rozwój nie tylko źródeł energii elektrycznej, ale także produktów kablowych i rozdzielnic. Badania wytrzymałości elektrycznej izolacji są głównym przedmiotem w energetyce.
Powiązane materiały:
Ładowanie ...
