Wat is diëlektrische sterkte?
Fysieke betekenis
De elektrische veldsterkte neemt toe naarmate de spanning tussen de geleiders toeneemt, het kan een plaat zijn van een condensator of kabelkern (in een individuele wikkeling), op een gegeven moment treedt er een isolatie-uitval op. De waarde die de spanning kenmerkt op het moment van uitval wordt elektrische sterkte genoemd en wordt bepaald door de formule:
hier: U is de spanning tussen de geleiders, d is de dikte van het diëlektricum.
Diëlektrische sterkte wordt gemeten in kV / mm (kV / cm). Deze formule is geldig voor platte geleiders (in de vorm van tapes of platen) met daartussen een uniforme isolatielaag, zoals bijvoorbeeld in een papiercondensator.
Kortsluiting bij elektrische apparaten en kabels ontstaan juist door het uiteenvallen van isolatie, op dit moment ontstaat elektrische boog. Diëlektrische sterkte is daarom een van de belangrijkste kenmerken van isolatie. Vereisten voor de elektrische sterkte van de isolatie van elektrische apparatuur en elektrische installatiespanning van 1 - 750 kV zijn vastgelegd in GOST 55195-2012 en GOST 55192-2012 (methoden voor het testen van de elektrische sterkte op de installatielocatie).
Soorten uitsplitsing
In homogene diëlektrica worden verschillende soorten afbraak onderscheiden - elektrisch en thermisch. Bestaat ook ionisatie afbraak, die een gevolg is van de ionisatie van gasinsluitingen in een vast diëlektricum. De elektrische sterkte van diëlektrica hangt in veel opzichten af van de heterogeniteit van het veld en het optreden van gasionisatieprocessen (intensiteit en aard) of andere chemische veranderingen in het materiaal. Dit leidt ertoe dat de afbraak in hetzelfde materiaal plaatsvindt bij verschillende spanningen. Daarom wordt de doorslagspanning bepaald door de gemiddelde waarde volgens de resultaten van talrijke tests. De afhankelijkheid van de elektrische gassterkte van de dichtheid (druk) en de dikte van de gaslaag wordt uitgedrukt door de Paschenwet: Uenzovoort= f (pA)
Gas en isolatie
Het lijkt erop, hoe zijn ionisatie van gassen en isolatie van elektrische apparatuur gerelateerd? Gas en elektriciteit zijn het dichtst bij elkaar aangesloten, omdat het een uitstekend diëlektricum is.En daarom wordt een gasmedium gebruikt om hoogspanningsapparatuur te isoleren.
Als diëlektricum gebruikt: lucht, stikstof en gas. Elegaz is zwavelhexafluoride, het meest veelbelovende materiaal op het gebied van elektrische isolatie. Voor de distributie en ontvangst van hoogspanningselektriciteit, meer dan 100 kV (verwijdering van energiecentrales, ontvangst van elektriciteit in grote steden, enzovoort), worden complete schakelinstallaties (GIS) gebruikt.
Het belangrijkste toepassingsgebied van SF6-gas is precies het schakelmateriaal. Gas kan niet alleen worden gebruikt als elektrische isolatie, maar kan ook optreden tijdens het gebruik van met olie gevulde kabels (of kabels met geïmpregneerde papierisolatie). Omdat cyclische verwarming en koeling van de kabel plaatsvindt als gevolg van het passeren van spanning van verschillende groottes.
De term "thermische degradatie" is van toepassing op kabels met geïmpregneerde papierisolatie. Bij de pyrolyse van cellulose ontstaan waterstof, methaan, kooldioxide en koolmonoxide. Tijdens het verouderen van de isolatie veroorzaken de resulterende gasformaties (met verhoogde spanning) een ionisatiestoring van de isolatie. Net vanwege ionisatieverschijnselen worden stroomkabels met isolatie gemaakt van met olie doordrenkt papier (met viskeuze impregnering) gebruikt in stroomkabels met spanningen tot 35 kV en worden ze steeds minder gebruikt in moderne energie.
Redenen voor de afname van de diëlektrische sterkte
Het meest negatieve effect op de diëlektrische sterkte van een isolatie wordt uitgeoefend door wisselspanning en temperatuur. Bij wisselspanning, dat wil zeggen spanning die van tijd tot tijd verandert, bijvoorbeeld als de energiecentrale 220 kV aan de lijn afgeeft, als gevolg van een technische storing of geplande reparatie, wordt de spanningswaarde verlaagd tot 110 kV, na reparatie is deze weer 220 kV. Dit is een wisselspanning, dat wil zeggen dat deze gedurende een bepaalde periode verandert. Wisselspanning komt vrij vaak voor. De gemiddelde waarde van deze spanning wordt bepaald met behulp van de grafiek:
Of bepaald door de formule:
De verwarmingstemperatuur van de kabel, als gevolg van de stroom van elektrische stroom, vermindert de levensduur van de geleider aanzienlijk (de zogenaamde veroudering van de isolatie treedt op). De afhankelijkheid van de afbraakintensiteit bij verschillende temperaturen wordt weergegeven in de grafiek:
Elektrische sterkte van stroomkabels
De meest veeleisende industrie voor elektrische sterkte zijn waarschijnlijk kabelproducten. Het belangrijkste type kabels dat wordt gebruikt in de energietechniek (ontworpen voor nominale spanning tot 500 kV) zijn met olie gevulde, met papier geïsoleerde kabels.
Bovendien, hoe hoger de nominale spanning waarvoor ze zijn ontworpen, hoe hoger het gewicht van de kabel. Olie wordt gebruikt als ontgaste impregnering en lage viscositeit (MN-3, MN-4 en analogen). Een toename van de oliedruk leidt tot een toename van de diëlektrische sterkte van oliepapierisolatie. Kabels met een druk van 10-15 atmosfeer worden onder hoge spanning gebruikt, de sterktewaarde bereikt 15 kV / mm.
De afgelopen jaren zijn oliegevulde kabels vervangen door gecrosslinkte polyethyleenkabels (SPE-kabels). Ze zijn lichter, gemakkelijker te bedienen en de levensduur is hetzelfde. Bovendien zijn SPE's niet zo gevoelig voor temperatuurveranderingen en hebben ze geen extra apparatuur nodig, zoals oliecompensatietanks (om overtollige olie bij verschillende drukken te compenseren). Cross-linked polyethyleenkabels zijn veel gemakkelijker te installeren, aansluitingen en koppelingen zijn gemakkelijker te onderhouden.
De hele wereld ontwikkelt SPE-kabels (XLPE-kabels), dit heeft ertoe geleid dat dergelijke geleiders al merkbaar beter zijn in hun parameters dan met olie gevulde kabels:
Het enige nadeel van SPE is intensieve veroudering, maar tal van studies van alle fabrikanten ter wereld hebben dit proces vertraagd. De zogenaamde triings zijn niet langer de oorzaak van afbraak van isolatie.De groei van het energieverbruik in de moderne wereld stimuleert de ontwikkeling van niet alleen elektriciteitsbronnen, maar ook kabelproducten en schakelapparatuur. Studies naar de elektrische sterkte van isolatie zijn de belangrijkste focus in energietechniek.
Gerelateerde materialen:
Bezig met laden...
