O que é força dielétrica?

Um dielétrico é uma substância que não conduz corrente elétrica (ou é muito pouco condutora). Existe algo como “quebra de isolamento”, em palavras simples, quando um dielétrico começa a conduzir eletricidade (ou seja, se torna um condutor), ocorre uma quebra. Uma quebra ocorre se um determinado valor do campo elétrico de uma substância for excedido. Esse é apenas o valor da força do campo elétrico no qual isso acontece e é o valor da força elétrica, para cada substância existe um certo limite. Neste artigo, contaremos aos leitores do site Elecroexpert qual é a força dielétrica do isolamento e por que pode diminuir.

Conteúdo:

Significado físico
Tipos de discriminação
Gás e isolamento
Razões para a diminuição da resistência dielétrica
Resistência elétrica dos cabos de energia

Significado físico

A força do campo elétrico aumenta com o aumento da tensão entre os condutores; pode ser uma placa de um capacitor ou núcleo do cabo (em um enrolamento individual); em algum momento ocorre uma quebra no isolamento. O valor que caracteriza a tensão no momento da quebra é chamado de força elétrica e é determinado pela fórmula:

aqui: U é a tensão entre os condutores, d é a espessura do dielétrico.

A resistência dielétrica é medida em kV / mm (kV / cm). Essa fórmula é válida para condutores planos (na forma de fitas ou placas) com uma camada uniforme de isolamento entre eles, como, por exemplo, em um capacitor de papel.

Curto circuito em aparelhos e cabos elétricos ocorrem precisamente por causa da quebra do isolamento, neste momento surge arco eletrico. Portanto, a resistência dielétrica é uma das características mais importantes do isolamento. Os requisitos para a resistência dielétrica do isolamento de equipamentos elétricos e instalações elétricas com uma tensão de 1 - 750 kV estão descritos em GOST 55195-2012 e GOST 55192-2012 (métodos para testar a resistência elétrica no local da instalação).

Tipos de discriminação

Em dielétricos homogêneos, vários tipos de avaria são distinguidos - elétrico e térmico. Também existe ionizacao decomposição, que é uma conseqüência da ionização de inclusões gasosas em um dielétrico sólido. A força elétrica dos dielétricos, em muitos aspectos, depende da falta de homogeneidade do campo e da ocorrência de processos de ionização de gás (intensidade e natureza) ou outras alterações químicas no material. Isso leva ao fato de que a quebra no mesmo material ocorre em tensões diferentes. Portanto, a tensão de ruptura é determinada pelo valor médio de acordo com os resultados de vários testes. A dependência da força elétrica do gás sobre a densidade (pressão) e a espessura da camada de gás é expressa pela lei de Paschen: U_etc= f (pA)

Gás e isolamento

Parece, como está relacionada a ionização de gases e o isolamento de equipamentos elétricos? Gás e eletricidade estão conectados da maneira mais próxima, porque é um excelente dielétrico.E, portanto, um meio de gás é usado para isolar equipamentos de alta tensão.

Como dielétrico usado: ar, nitrogênio e gás. O Elegaz é o hexafluoreto de enxofre, o material mais promissor em termos de isolamento elétrico. Para distribuição e recepção de eletricidade de alta tensão, mais de 100 kV (remoção de usinas de energia, recepção de eletricidade nas grandes cidades e assim por diante), são utilizados equipamentos de manobra completos (SIG).

A principal área de aplicação do gás SF6 é precisamente o painel. Além de ser usado como isolamento elétrico, o gás pode ocorrer durante a operação de cabos cheios de óleo (ou cabos com isolamento de papel impregnado). Como o aquecimento e o resfriamento cíclicos do cabo ocorrem como resultado da passagem de tensão de diferentes tamanhos.

O termo “degradação térmica” é aplicável a cabos com isolamento de papel impregnado. A pirólise da celulose produz hidrogênio, metano, dióxido de carbono e monóxido de carbono. Durante o envelhecimento do isolamento, as formações de gás resultantes (com tensão aumentada) causam uma quebra de ionização do isolamento. Só por causa dos fenômenos de ionização, os cabos de energia com isolamento de papel embebido em óleo (com impregnação viscosa) são usados em linhas de energia com tensões de até 35 kV e são cada vez menos utilizados na energia moderna.

Razões para a diminuição da resistência dielétrica

O efeito mais negativo sobre a resistência dielétrica de um isolamento é exercido pela tensão e temperatura alternadas. Com tensão alternada, ou seja, tensão que muda de tempos em tempos, por exemplo, a usina emite 220 kV para a linha, devido a um mau funcionamento técnico ou reparo programado, o valor da tensão é reduzido para 110 kV, após o reparo é novamente 220 kV. Esta é uma voltagem alternada, ou seja, mudando durante um certo período de tempo. Tensão alternada é bastante comum. O valor médio dessa tensão é determinado usando o gráfico:

Ou determinado pela fórmula:

A temperatura de aquecimento do cabo, devido ao fluxo de corrente elétrica, reduz significativamente a vida útil do condutor (o chamado envelhecimento da isolação). A dependência da intensidade da quebra em diferentes temperaturas é mostrada no gráfico:

Resistência elétrica dos cabos de energia

A indústria de força elétrica mais exigente é provavelmente produtos de cabo. Os principais tipos de cabos usados na engenharia de energia (projetados para tensões nominais de até 500 kV) são cabos isolados a papel cheios de óleo.

Além disso, quanto maior a tensão nominal para a qual foram projetados, maior o peso do cabo. O óleo é usado como impregnação desgaseificada e de baixa viscosidade (MN-3, MN-4 e análogos). Um aumento na pressão do óleo leva a um aumento na resistência dielétrica do isolamento do papel de óleo. Cabos com pressão de 10 a 15 atmosferas são usados em alta tensão, o valor da força atinge 15 kV / mm.

Nos últimos anos, os cabos cheios de óleo foram substituídos por cabos de polietileno reticulado (cabos SPE). Eles são mais leves, fáceis de operar e a vida útil é a mesma. Além disso, as SPEs não são tão sensíveis às mudanças de temperatura e não precisam de equipamentos adicionais, como tanques de compensação de óleo (para compensar o excesso de óleo a diferentes pressões). Os cabos de polietileno reticulado são muito mais fáceis de instalar, as terminações e os acoplamentos são mais fáceis de manter.

O mundo inteiro está desenvolvendo cabos SPE (cabos XLPE), isso levou ao fato de que esses condutores já são notavelmente melhores em seus parâmetros do que os cabos cheios de óleo:

A única desvantagem da SPE é o envelhecimento intensivo; no entanto, vários estudos de todos os fabricantes mundiais desaceleraram esse processo. As chamadas triângulos não são mais as causas da quebra do isolamento.O crescimento do consumo de energia no mundo moderno estimula o desenvolvimento não apenas de fontes de eletricidade, mas também de produtos a cabo e comutadores. Estudos sobre a força elétrica do isolamento são o foco principal da engenharia de energia.