Co je dielektrická pevnost?

Dielektrikum je látka, která nevede elektrický proud (nebo je velmi špatně vodivá). Jednoduše řečeno existuje „izolační porucha“, když dielektrikum začne vést elektřinu (to znamená, že se stane vodičem), dojde k poruše. Porucha nastane, pokud je překročena určitá hodnota elektrického pole látky. To je pouze hodnota síly elektrického pole, při které k tomu dochází, a je to hodnota elektrické síly, pro každou látku existuje určitý práh. V tomto článku řekneme čtenářům webu Elecroexpert jaká je dielektrická pevnost izolace a proč se může snižovat.

Obsah:

Fyzický význam
Typy poruch
Plyn a izolace
Důvody pro snížení dielektrické pevnosti
Elektrická síla silových kabelů

Fyzický význam

Intenzita elektrického pole se zvyšuje se zvyšujícím se napětím mezi vodiči, může to být deska kondenzátoru nebo kabelového jádra (v jednotlivém vinutí), v určitém okamžiku dochází k poškození izolace. Hodnota charakterizující napětí v době poruchy se nazývá elektrická pevnost a je určena vzorcem:

zde: U je napětí mezi vodiči, d je tloušťka dielektrika.

Dielektrická pevnost se měří v kV / mm (kV / cm). Tento vzorec platí pro ploché vodiče (ve formě pásek nebo desek) s rovnoměrnou izolační vrstvou mezi nimi, například v papírovém kondenzátoru.

Zkrat v elektrických přístrojích a kabelech dochází právě v důsledku poruchy izolace, v tuto chvíli dochází elektrický oblouk. Dielektrická pevnost je proto jednou z nejdůležitějších vlastností izolace. Požadavky na dielektrickou pevnost izolace elektrických zařízení a elektrických instalací s napětím 1 - 750 kV jsou popsány v GOST 55195-2012 a GOST 55192-2012 (metody zkoušení elektrické síly v místě instalace).

Typy poruch

V homogenní dielektrice se rozlišuje několik typů členění - elektrický a tepelný. Také existuje ionizace porucha, která je důsledkem ionizace plynných inkluzí v pevném dielektriku. Elektrická síla dielektrik v mnoha ohledech závisí na nehomogenitě pole a výskytu procesů ionizace plynů (intenzita a povaha) nebo jiných chemických změn v materiálu. To vede ke skutečnosti, že k rozpadu ve stejném materiálu dochází při různých napětích. Proto je průrazné napětí určeno průměrnou hodnotou podle výsledků četných testů. Závislost elektrické síly plynu na hustotě (tlaku) a tloušťce vrstvy plynu je vyjádřena Paschenovým zákonem: U_atd= f (pA)

Plyn a izolace

Zdá se, jak souvisí ionizace plynů a izolace elektrických zařízení? Plyn a elektřina jsou spojeny nejblíže, protože je to vynikající dielektrikum.A proto se k izolaci vysokonapěťového zařízení používá plynné médium.

Jako dielektrikum se používá vzduch, dusík a plyn. Elegaz je fluorid sírový, nejslibnější materiál z hlediska elektrické izolace. Pro distribuci a příjem vysokonapěťové elektřiny se používá více než 100 kV (odstranění elektráren, příjem elektřiny ve velkých městech atd.), Kompletní rozváděče (GIS).

Hlavní oblastí použití plynu SF6 je právě rozváděč. Plyn, kromě toho, že se používá jako elektrická izolace, může nastat při provozu kabelů naplněných olejem (nebo kabelů s impregnovanou papírovou izolací). Protože cyklické zahřívání a chlazení kabelu nastává v důsledku průchodu napětí různých velikostí.

Termín „tepelná degradace“ se vztahuje na kabely s impregnovanou papírovou izolací. Pyrolýza celulózy produkuje vodík, metan, oxid uhličitý a oxid uhelnatý. Během procesu stárnutí izolace způsobují výsledné plynové útvary (při vysokém napětí) ionizační rozpad izolace. Právě kvůli ionizačním jevům se v silových vedeních s napětím do 35 kV používají napájecí kabely s izolací vyrobenou z oleje nasáklého papíru (s viskózní impregnací) a stále méně se používají v moderní energii.

Důvody pro snížení dielektrické pevnosti

Nejnepříznivější účinek na dielektrickou pevnost izolace je způsoben střídavým napětím a teplotou. Se střídavým napětím, tj. Napětím, které se čas od času mění, například elektrárna vydává na vedení 220 kV, v důsledku technické poruchy nebo plánované opravy se hodnota napětí sníží na 110 kV, po opravě se opět stane 220 kV. Jedná se o střídavé napětí, to znamená, že se mění po určitou dobu. Střídavé napětí je docela běžné. Průměrná hodnota tohoto napětí je stanovena pomocí grafu:

Nebo podle vzorce:

Teplota ohřevu kabelu v důsledku proudu elektrického proudu významně snižuje životnost vodiče (dochází k tzv. Stárnutí izolace). Závislost intenzity rozkladu při různých teplotách je zobrazena v grafu:

Elektrická síla silových kabelů

Nejnáročnějším průmyslem elektrické pevnosti jsou pravděpodobně kabelové výrobky. Hlavními typy kabelů používaných v energetice (určené pro jmenovité napětí do 500 kV) jsou olejové kabely s papírovou izolací.

Čím vyšší je jmenovité napětí, pro které jsou navrženy, tím vyšší je hmotnost kabelu. Olej se používá jako impregnace odplyněná a nízká viskozita (MN-3, MN-4 a analogy). Zvýšení tlaku oleje vede ke zvýšení dielektrické pevnosti izolace olej-papír. Při vysokém napětí se používají kabely o tlaku 10 až 15 atmosfér, hodnota pevnosti dosahuje 15 kV / mm.

V posledních letech byly kabely naplněné olejem nahrazeny zesítěnými polyethylenovými kabely (kabely SPE). Jsou lehčí, snadněji ovladatelné a životnost je stejná. Kromě toho nejsou SPE tak citlivé na změny teploty a nepotřebují další vybavení, jako jsou nádrže na vyrovnávání oleje (pro kompenzaci přebytečného oleje při různých tlacích). Zesíťované polyethylenové kabely se mnohem snadněji instalují, ukončení a spojky se snáze udržují.

Celý svět vyvíjí kabely SPE (kabely XLPE), což vedlo ke skutečnosti, že tyto vodiče jsou již zřetelně lepší ve svých parametrech než kabely naplněné olejem:

Jedinou nevýhodou SPE je intenzivní stárnutí, nicméně četné studie všech světových výrobců tento proces zpomalily. Tzv. Třídění již není příčinou rozpadu izolace.Růst spotřeby energie v moderním světě stimuluje rozvoj nejen zdrojů elektřiny, ale také kabelových produktů a rozváděčů. Studie elektrické pevnosti izolace jsou hlavním zaměřením v energetice.