Cos'è la rigidità dielettrica?

Un dielettrico è una sostanza che non conduce corrente elettrica (o è molto poco conduttiva). Esiste una "rottura dell'isolamento", in parole semplici, quando un dielettrico inizia a condurre l'elettricità (cioè diventa un conduttore), si verifica una rottura. Si verifica una rottura se viene superato un determinato valore del campo elettrico di una sostanza. Questo è solo il valore dell'intensità del campo elettrico a cui ciò accade ed è il valore dell'intensità elettrica, per ogni sostanza esiste una certa soglia. In questo articolo diremo ai lettori del sito Elecroexpert qual è la rigidità dielettrica dell'isolamento e perché può diminuire.

Soddisfare:

Significato fisico
Tipi di guasto
Gas e isolamento
Ragioni per la riduzione della rigidità dielettrica
Resistenza elettrica dei cavi di alimentazione

Significato fisico

L'intensità del campo elettrico aumenta all'aumentare della tensione tra i conduttori, può essere una piastra di un condensatore o un nucleo di cavo (in un singolo avvolgimento), a un certo punto si verifica una rottura dell'isolamento. Il valore che caratterizza la tensione al momento della rottura è chiamato resistenza elettrica ed è determinato dalla formula:

qui: U è la tensione tra i conduttori, d è lo spessore del dielettrico.

La resistenza dielettrica è misurata in kV / mm (kV / cm). Questa formula è valida per conduttori piatti (sotto forma di nastri o piastre) con uno strato uniforme di isolamento tra loro, come, ad esempio, in un condensatore di carta.

Corto circuito in apparecchi elettrici e cavi si verificano proprio a causa della rottura dell'isolamento, in questo momento sorge arco elettrico. Pertanto, la rigidità dielettrica è una delle caratteristiche più importanti dell'isolamento. I requisiti per la rigidità dielettrica dell'isolamento delle apparecchiature elettriche e degli impianti elettrici con una tensione compresa tra 1 e 750 kV sono descritti in GOST 55195-2012 e GOST 55192-2012 (metodi per testare la resistenza elettrica nel sito di installazione).

Tipi di guasto

Nei dielettrici omogenei si distinguono diversi tipi di guasto: elettrico e termico. Esiste anche ionizzazione guasto, che è una conseguenza della ionizzazione delle inclusioni di gas in un dielettrico solido. La resistenza elettrica dei dielettrici, per molti aspetti, dipende dalla disomogeneità del campo e dal verificarsi di processi di ionizzazione dei gas (intensità e natura) o di altri cambiamenti chimici nel materiale. Ciò porta al fatto che la rottura nello stesso materiale si verifica a tensioni diverse. Pertanto, la tensione di rottura è determinata dal valore medio in base ai risultati di numerosi test. La dipendenza della forza elettrica del gas dalla densità (pressione) e dallo spessore dello strato di gas è espressa dalla legge di Paschen: U_eccetera= f (pA)

Gas e isolamento

Sembrerebbe che relazione c'è tra ionizzazione dei gas e isolamento delle apparecchiature elettriche? Gas ed elettricità sono collegati nel modo più vicino, perché è un dielettrico eccellente.Pertanto, un mezzo gassoso viene utilizzato per isolare apparecchiature ad alta tensione.

Come dielettrico utilizzato: aria, azoto e gas. Elegaz è esafluoruro di zolfo, il materiale più promettente in termini di isolamento elettrico. Per la distribuzione e la ricezione di energia elettrica ad alta tensione, vengono utilizzati oltre 100 kV (rimozione di centrali elettriche, ricezione di elettricità nelle grandi città e così via), quadri completi (GIS).

Il principale campo di applicazione del gas SF6 è proprio il quadro. Il gas, oltre ad essere utilizzato come isolamento elettrico, può verificarsi durante il funzionamento di cavi pieni d'olio (o cavi con isolamento in carta impregnata). Poiché il riscaldamento e il raffreddamento ciclici del cavo si verificano a seguito del passaggio di tensione di dimensioni diverse.

Il termine "degrado termico" si applica ai cavi con isolamento in carta impregnata. La pirolisi della cellulosa produce idrogeno, metano, anidride carbonica e monossido di carbonio. Durante il processo di invecchiamento dell'isolamento, le formazioni di gas risultanti (ad alta tensione) causano una rottura per ionizzazione dell'isolamento. Proprio a causa dei fenomeni di ionizzazione, i cavi di alimentazione con isolamento in carta impregnata d'olio (con impregnazione viscosa) sono utilizzati nelle linee elettriche con tensioni fino a 35 kV e sono sempre meno utilizzati nelle energie moderne.

Ragioni per la riduzione della rigidità dielettrica

L'effetto più negativo sulla resistenza dielettrica di un isolamento viene esercitato dall'alternanza di tensione e temperatura. Con una tensione alternata, ovvero una tensione che varia di volta in volta, ad esempio, la centrale elettrica fornisce 220 kV alla linea, a causa di un malfunzionamento tecnico o di una riparazione programmata, il valore della tensione viene ridotto a 110 kV, dopo la riparazione è di nuovo 220 kV. Questa è una tensione alternata, cioè che cambia in un determinato periodo di tempo. La tensione alternata è abbastanza comune. Il valore medio di questa tensione è determinato usando il grafico:

O determinato dalla formula:

La temperatura di riscaldamento del cavo, dovuta al flusso di corrente elettrica, riduce significativamente la durata del conduttore (si verifica il cosiddetto invecchiamento dell'isolamento). La dipendenza dell'intensità di guasto a diverse temperature è mostrata nel grafico:

Resistenza elettrica dei cavi di alimentazione

L'industria della resistenza elettrica più esigente è probabilmente quella dei cavi. I principali tipi di cavi utilizzati nell'ingegneria energetica (progettati per tensioni nominali fino a 500 kV) sono cavi riempiti d'olio con isolamento in carta.

Inoltre, maggiore è la tensione nominale per cui sono progettati, maggiore è il peso del cavo. L'olio è usato come impregnazione degassata e bassa viscosità (MN-3, MN-4 e analoghi). Un aumento della pressione dell'olio porta ad un aumento della resistenza dielettrica dell'isolamento della carta oleosa. I cavi con una pressione di 10-15 atmosfere vengono utilizzati ad alta tensione, il valore di resistenza raggiunge i 15 kV / mm.

Negli ultimi anni, i cavi pieni di olio sono stati sostituiti da cavi in polietilene reticolato (cavi SPE). Sono più leggeri, più facili da usare e la durata è la stessa. Inoltre, le SPE non sono così sensibili alle variazioni di temperatura e non necessitano di apparecchiature aggiuntive, come i serbatoi di compensazione dell'olio (per compensare l'eccesso di olio a diverse pressioni). I cavi in polietilene reticolato sono molto più facili da installare, terminazioni e giunti sono più facili da mantenere.

Tutto il mondo sta sviluppando cavi SPE (cavi XLPE), questo ha portato al fatto che tali conduttori sono già notevolmente migliori nei loro parametri rispetto ai cavi a olio:

L'unico inconveniente della SPE è l'invecchiamento intensivo, tuttavia numerosi studi di tutti i produttori mondiali hanno rallentato questo processo. I cosiddetti triing non sono più le cause della rottura dell'isolamento.La crescita del consumo di energia nel mondo moderno stimola lo sviluppo non solo delle fonti di elettricità, ma anche dei prodotti via cavo e dei quadri. Gli studi sulla resistenza elettrica dell'isolamento sono l'obiettivo principale nell'ingegneria energetica.