Što je dielektrična čvrstoća?

Dielektrik je tvar koja ne provodi električnu struju (ili je vrlo slabo provodljiva). Postoji nešto kao što je "probijanje izolacije", jednostavnim riječima, kada dielektric počinje provoditi električnu energiju (tj. Postaje vodič), dolazi do kvara. Do prekida dolazi ako se prekorači određena vrijednost električnog polja neke tvari. Ovo je samo vrijednost električnog polja na kojem se to događa i vrijednost električne snage, jer za svaku tvar postoji određeni prag. U ovom ćemo članku reći čitateljima stranice Elecroexpert kolika je dielektrična čvrstoća izolacije i zašto se može smanjiti.

Sadržaj:

Fizičko značenje
Vrste raščlambe
Plin i izolacija
Razlozi smanjenja dielektrične čvrstoće
Električna snaga energetskih kabela

Fizičko značenje

Jačina električnog polja raste s povećanjem napona između vodiča, to može biti ploča kondenzatora ili jezgra kabela (u pojedinačnom namotu), u nekom trenutku dolazi do proboja izolacije. Vrijednost koja karakterizira napetost u trenutku kvara naziva se električnom jakošću i određuje se formulom:

ovdje: U je napon između vodiča, d je debljina dielektrika.

Dielektrična čvrstoća mjeri se u kV / mm (kV / cm). Ova formula vrijedi za ravne vodiče (u obliku traka ili ploča) s jednakim slojem izolacije između njih, kao, na primjer, u kondenzatoru za papir.

Kratki spoj u električnim aparatima i kablovima nastaju upravo zbog sloma izolacije, u ovom trenutku nastaje električni luk, Stoga je dielektrična čvrstoća jedna od najvažnijih karakteristika izolacije. Zahtjevi za električnu čvrstoću izolacije električne opreme i električnih instalacija napona od 1 - 750 kV utvrđeni su u GOST 55195-2012 i GOST 55192-2012 (metode ispitivanja električne snage na mjestu instalacije).

Vrste raščlambe

U homogenim dielektricama razlikuje se nekoliko vrsta raščlanjivanja - električni i termalni, Također postoji ionizacija propad, što je posljedica ionizacije plinskih inkluzija u čvrstom dielektriku. Električna snaga dielektrika u mnogočemu ovisi o nehomogenosti polja i pojavi procesa ionizacije plina (intenziteta i prirode) ili drugih kemijskih promjena u materijalu. To dovodi do činjenice da se kvar na istom materijalu događa na različitim naponima. Stoga se napon probijanja određuje prosječnom vrijednošću prema rezultatima brojnih ispitivanja. Zavisnost električne snage plina od gustoće (tlaka) i debljine plinskog sloja izražena je Paschenovim zakonom: U_itd= f (pA)

Plin i izolacija

Čini se da je povezano s ionizacijom plinova i izolacijom električne opreme? Plin i struja povezani su na najbliži način, jer je izvrstan dielektrik.Stoga se za izoliranje visokonaponske opreme koristi plinski medij.

Kao dielektric se koristi: zrak, dušik i plin. Elegaz je sumporni heksafluorid, najperspektivniji materijal u smislu električne izolacije. Za distribuciju i prijem visokonaponske električne energije koristi se više od 100 kV (uklanjanje elektrana, prijem električne energije u velikim gradovima i tako dalje), kompletni rasklopni uređaji (GIS).

Glavno područje primjene plina SF6 su upravo razvodni uređaji. Plin se, osim što se koristi kao električna izolacija, može pojaviti i tijekom rada kablova koji se pune uljem (ili kabela s impregniranom papirnom izolacijom). Budući da se ciklično zagrijavanje i hlađenje kabela pojavljuje kao rezultat prolaska napona različitih veličina.

Izraz "toplinska degradacija" primjenjiv je na kabele s impregniranom papirnom izolacijom. Pirolizom celuloze nastaje vodik, metan, ugljični dioksid i ugljični monoksid. Tijekom starenja izolacije, rezultirajuće plinske tvorbe (s povećanim naponom) uzrokuju ionizacijski propad izolacije. Upravo zbog pojava ionizacije, elektroenergetski kablovi s izolacijom od natopljenog papira (sa viskoznom impregnacijom) koriste se u dalekovodima napona do 35 kV i sve se manje koriste u modernoj energiji.

Razlozi smanjenja dielektrične čvrstoće

Najnegativniji učinak na dielektričnu čvrstoću izolacije imaju izmjenični napon i temperatura. Naizmjeničnim naponom, to jest naponom koji se s vremena na vrijeme mijenja, na primjer, elektrana izdaje 220 kV na vod, zbog tehničke neispravnosti ili planiranog popravka, vrijednost napona se smanjuje na 110 kV, nakon popravka opet je 220 kV. To je naizmjenični napon, odnosno mijenja se u određenom vremenskom periodu. Naizmjenični napon je prilično uobičajen. Prosječna vrijednost ovog napona određuje se pomoću grafikona:

Ili se određuje formulom:

Temperatura grijanja kabela, zbog protoka električne struje, značajno smanjuje životni vijek vodiča (dolazi do tzv starenja izolacije). Zavisnost intenziteta probijanja pri različitim temperaturama prikazana je na grafu:

Električna snaga energetskih kabela

Najzahtjevnija industrija električne snage vjerojatno su proizvodi od kabela. Glavni tip kablova koji se koriste u elektroenergetici (dizajnirani za nazivni napon do 500 kV) jesu kabeli ispunjeni uljem s papirnom izolacijom.

Štoviše, veći je nazivni napon za koji su projektirani, veća je težina kabela. Ulje se koristi kao depregniziranje impregnacije i niske viskoznosti (MN-3, MN-4 i analogi). Povećanje tlaka ulja dovodi do povećanja dielektrične čvrstoće izolacije od uljanog papira. Kabeli s tlakom od 10-15 atmosfera koriste se pri visokoj napetosti, vrijednost čvrstoće doseže 15 kV / mm.

Posljednjih godina kabeli ispunjeni uljem zamjenjuju se umreženi polietilenski kabeli (SPE kabeli). Oni su lakši, lakši za uporabu, a vijek trajanja im je isti. Osim toga, SPE nisu toliko osjetljive na temperaturne promjene i ne trebaju im dodatnu opremu, poput spremnika za kompenzaciju ulja (za kompenzaciju viška ulja pri različitim pritiscima). Umreženi polietilenski kablovi su mnogo jednostavniji za ugradnju, terminale i spojnice se lakše održavaju.

Čitav svijet razvija posebno SPE kablove (XLPE kablove), što je dovelo do činjenice da su takvi provodnici po svojim parametrima već znatno bolji od kabela napunjenih uljem:

Jedina mana SPE je intenzivno starenje, međutim brojne studije svih svjetskih proizvođača usporile su taj proces. Takozvana triings više nisu uzroci propadanja izolacije.Rast potrošnje energije u suvremenom svijetu potiče razvoj ne samo izvora električne energije, već i kablovskih proizvoda i rasklopnih uređaja. Studije električne snage izolacije glavni su fokus u elektrotehnici.