מהו חוזק דיאלקטרי?
משמעות פיזית
חוזק השדה החשמלי גדל עם הגדלת המתח בין המוליכים, זה יכול להיות צלחת של קבלים או ליבת כבלים (במפתל אינדיבידואלי), בשלב מסוים מתרחשת התמוטטות בידוד. הערך המאפיין את המתח בזמן הפירוק נקרא חוזק חשמלי ונקבע על ידי הנוסחה:
כאן: U הוא המתח בין המוליכים, d הוא עובי הדיאלקטרי.
חוזק דיאלקטרי נמדד ב- kV / mm (kV / cm). פורמולה זו תקפה למוליכים שטוחים (בצורה של קלטות או צלחות) עם שכבת בידוד אחידה ביניהם, כמו למשל בקבל נייר.
קצר חשמלי במכשירים חשמליים וכבלים מתרחשים דווקא בגלל התמוטטות הבידוד, ברגע זה מתעורר קשת חשמלית. לכן חוזק דיאלקטרי הוא אחד המאפיינים החשובים ביותר לבידוד. הדרישות לחוזק החשמלי של בידוד ציוד חשמלי ומתקני חשמל של 1 - 750 קילוואט נקבעים ב- GOST 55195-2012 וב- GOST 55192-2012 (שיטות לבדיקת חוזק החשמל באתר ההתקנה).
סוגי התפלגות
בדיאלקטריקה הומוגנית נבדלים מספר סוגים של פירוט - חשמלי ו תרמי. קיים גם יינון פירוק, שהוא תוצאה של יינון של תכלילי הגז בדיאלקטרי מוצק. חוזקם החשמלי של הדיאלקטריקה, מבחינות רבות, תלוי בחוסר ההומוגניות של השדה ובהתרחשותם של תהליכי יינון גז (עוצמה ואופי) או שינויים כימיים אחרים בחומר. זה מוביל לעובדה שהפירוק באותו חומר מתרחש במתחים שונים. לפיכך מתח הפירוק נקבע על פי הערך הממוצע על פי תוצאות בדיקות רבות. התלות של חוזק החשמל בגז בצפיפות (לחץ) ובעובי שכבת הגז באה לידי ביטוי על ידי חוק Paschen: Upr= f (pA)
גז ובידוד
נראה, כיצד קשור ביינון גזים ובידוד ציוד חשמלי? גז וחשמל מחוברים בצורה הקרובה ביותר, מכיוון שזה דיאלקטרי מעולה.ולכן משמש מדיום גז לבידוד ציוד מתח גבוה.
כשימוש בדיאלקטרי: אוויר, חנקן וגז. אלגאז הוא הקספלואוריד גופרית, החומר המבטיח ביותר מבחינת בידוד חשמלי. להפצה וקליטה של חשמל במתח גבוה, משתמשים יותר מ- 100 קילוואט (פינוי תחנות כוח, קליטה של חשמל בערים גדולות וכן הלאה), משתמשים בממסבים שלמים (GIS).
תחום היישום העיקרי של גז SF6 הוא בדיוק מתג ההילוכים. גז, בנוסף לשימוש בבידוד חשמלי, יכול להתרחש במהלך פעולת כבלים מלאים בשמן (או כבלים עם בידוד נייר ספוג). מכיוון שחימום וקירור מחזוריים של הכבל מתרחשים כתוצאה ממעבר מתח בגדלים שונים.
המונח "השפלה תרמית" חל על כבלים עם בידוד נייר ספוג. פירוליזה של תאית מייצרת מימן, מתאן, פחמן דו חמצני ופחמן חד חמצני. במהלך הזדקנות הבידוד, תצורות הגז שנוצרות (עם מתח מוגבר) גורמות לפירוק מיינון של הבידוד. רק בגלל תופעות יינון, כבלי חשמל עם בידוד העשוי מנייר ספוג שמן (עם הספגה צמיגה) משמשים בקווי חשמל עם מתח עד 35 קילוואט ומשמשים פחות ופחות באנרגיה מודרנית.
הסיבות לירידה בחוזק הדיאלקטרי
ההשפעה השלילית ביותר על חוזק דיאלקטרי של בידוד מופעלת על ידי מתח וטמפרטורה מתחלפים. עם מתח לסירוגין, כלומר מתח שמשתנה מעת לעת, למשל, תחנת הכוח מוציאה 220 קילוואט לקו, בגלל תקלה טכנית או תיקון מתוזמן, ערך המתח מופחת ל 110 קילוואט, לאחר התיקון הוא שוב 220 קילוואט. זהו מתח לסירוגין, כלומר משתנה לאורך פרק זמן מסוים. מתח לסירוגין נפוץ למדי. הערך הממוצע של מתח זה נקבע באמצעות הגרף:
או נקבע על ידי הנוסחה:
טמפרטורת החימום של הכבל, בגלל זרימת הזרם החשמלי, מקטינה משמעותית את חיי המוליך (מה שמכונה הזדקנות הבידוד מתרחשת). התלות בעוצמת הפירוק בטמפרטורות שונות מוצגת בתרשים:
חוזק חשמלי של כבלי חשמל
ענף הכוח החשמלי התובעני ביותר הוא ככל הנראה מוצרי כבלים. הסוג העיקרי של הכבלים המשמשים בהנדסת חשמל (המיועדים למתח מדורג עד 500 קילוואט) הם כבלים מבודדים נייר מלאים בשמן.
יתר על כן, ככל שהמתח המדורג שעבורו הם מיועדים גבוה יותר, כך משקל הכבל גבוה יותר. השמן משמש כמורווה הספגה וצמיגות נמוכה (MN-3, MN-4 ואנלוגים). עלייה בלחץ השמן מביאה לעלייה בחוזק הדיאלקטרי של בידוד נייר-שמן. משתמשים בכבלים בלחץ של 10-15 אטמוספרות במתח גבוה, ערך החוזק מגיע ל- 15 קילוואט / מ"מ.
בשנים האחרונות מחליפים כבלים מלאי שמן על ידי כבלי פוליאתילן צולבים (כבלי SPE). הם קלים יותר, קלים יותר לתפעול וחיי השירות זהים. בנוסף, SPEs אינם כה רגישים לשינויי טמפרטורה ואינם זקוקים לציוד נוסף, כגון מיכלי פיצוי נפט (כדי לפצות על עודפי נפט בלחצים שונים). כבלי פוליאתילן צולבים קשורים להתקנה בהרבה, סיומים וקומפלים קלים יותר לתחזוקה.
כל העולם מפתח כבלי SPE (כבלי XLPE), זה הוביל לכך שמוליכים כאלה כבר טובים יותר בפרמטרים שלהם מאשר כבלים מלאי שמן:
החיסרון היחיד של SPE הוא הזדקנות אינטנסיבית, עם זאת, מחקרים רבים שנערכו על כל יצרני העולם האטו את התהליך הזה. הניסויים כביכול אינם עוד הגורמים להתמוטטות הבידוד.הצמיחה של צריכת האנרגיה בעולם המודרני מעוררת התפתחות של לא רק מקורות חשמל, אלא גם מוצרי כבלים ומפסקים. מחקרים על חוזק החשמל של בידוד הם המוקד העיקרי בהנדסת חשמל.
חומרים קשורים:
טוען ...
