Ce este forța dielectrică?
Sensul fizic
Rezistența câmpului electric crește odată cu creșterea tensiunii între conductoare, poate fi o placă a unui condensator sau miez de cablu (într-o înfășurare individuală), la un moment dat se produce o defecțiune de izolare. Valoarea care caracterizează tensiunea în momentul întreruperii se numește putere electrică și este determinată de formula:
aici: U este tensiunea dintre conductoare, d este grosimea dielectricului.
Rezistența dielectrică este măsurată în kV / mm (kV / cm). Această formulă este valabilă pentru conductoarele plate (sub formă de benzi sau plăci) cu un strat uniform de izolație între ele, ca de exemplu într-un condensator de hârtie.
Scurt circuit în aparatele electrice și cablurile apar tocmai din cauza defalcării izolației, în acest moment apare arc electric. Prin urmare, rezistența dielectrică este una dintre cele mai importante caracteristici ale izolației. Cerințele pentru rezistența electrică a izolației echipamentelor electrice și instalațiilor electrice cu o tensiune de 1 - 750 kV sunt descrise în GOST 55195-2012 și GOST 55192-2012 (metode de încercare a rezistenței electrice la locul de instalare).
Tipuri de defalcare
În dielectricele omogene se disting mai multe tipuri de defalcare - electric și termic. Există de asemenea ionizare defalcarea, care este o consecință a ionizării incluziunilor de gaz într-un dielectric solid. Rezistența dielectrică depinde în mare măsură de eterogenitatea câmpului și de apariția proceselor de ionizare a gazelor (intensitate și natură) sau alte modificări chimice din material. Acest lucru duce la faptul că defalcarea în același material are loc la tensiuni diferite. Prin urmare, tensiunea de defecțiune este determinată de valoarea medie în funcție de rezultatele a numeroase teste. Dependența rezistenței electrice a gazului de densitatea (presiunea) și grosimea stratului de gaz este exprimată prin legea Pașen:etc= f (pA)
Gaz și izolare
S-ar părea, cum este legată ionizarea gazelor și izolarea echipamentelor electrice? Gazul și energia electrică sunt conectate în cel mai apropiat mod, deoarece este un excelent dielectric.Prin urmare, un mediu de gaz este utilizat pentru a izola echipamentele de înaltă tensiune.
Ca dielectric utilizat: aer, azot și gaz. Elegazul este hexafluorura de sulf, cel mai promițător material din punct de vedere al izolației electrice. Pentru distribuția și recepția de electricitate de înaltă tensiune, se folosesc mai mult de 100 kV (îndepărtarea centralelor electrice, recepția de electricitate în orașele mari și așa mai departe), se utilizează comutatoare complete (GIS).
Principala zonă de aplicare a gazului SF6 este tocmai tabloul de comandă. Gazul, pe lângă faptul că este folosit ca izolație electrică, poate apărea în timpul funcționării cablurilor umplute cu ulei (sau a cablurilor cu izolație de hârtie impregnată). Deoarece încălzirea și răcirea ciclică a cablului are loc ca urmare a trecerii tensiunii de diferite dimensiuni.
Termenul „degradare termică” se aplică cablurilor cu izolație de hârtie impregnată. Piroliza celulozei produce hidrogen, metan, dioxid de carbon și monoxid de carbon. În timpul îmbătrânirii izolației, formațiunile de gaz rezultate (cu tensiune crescută) determină o descompunere a ionizării izolației. Tocmai din cauza fenomenelor de ionizare, cablurile de alimentare cu izolație din hârtie îmbibată cu ulei (cu impregnare vâscoasă) sunt utilizate în liniile de alimentare cu tensiuni de până la 35 kV și sunt din ce în ce mai puțin utilizate în energia modernă.
Motive pentru scăderea rezistenței dielectrice
Cel mai negativ efect asupra rezistenței dielectrice a unei izolații este exercitat prin tensiune alternativă și temperatură. Cu tensiunea alternativă, adică tensiunea care se schimbă din când în când, de exemplu, centrala emite 220 kV către linie, din cauza unei defecțiuni tehnice sau a unei reparații programate, valoarea tensiunii este redusă la 110 kV, după reparație este din nou 220 kV. Aceasta este o tensiune alternativă, adică se schimbă într-o anumită perioadă de timp. Tensiunea alternativă este destul de frecventă. Valoarea medie a acestei tensiuni este determinată folosind graficul:
Sau determinat de formula:
Temperatura de încălzire a cablului, datorită fluxului de curent electric, reduce semnificativ durata de funcționare a conductorului (are loc așa-numita îmbătrânire a izolației). Dependența intensității defalcării la diferite temperaturi este prezentată în grafic:
Puterea electrică a cablurilor de alimentare
Cea mai solicitantă industrie de rezistență electrică este probabil produsele pe cablu. Principalul tip de cabluri utilizate în inginerie electrică (proiectate pentru o tensiune nominală de până la 500 kV) sunt cablurile izolate cu hârtie umplute cu ulei.
Mai mult, cu cât tensiunea nominală este mai mare pentru care sunt proiectate, cu atât greutatea cablului este mai mare. Uleiul este folosit ca impregnare degazată și vâscozitate scăzută (MN-3, MN-4 și analogi). O creștere a presiunii uleiului duce la o creștere a rezistenței dielectrice a izolației ulei-hârtie. Cablurile cu o presiune de 10-15 atmosfere sunt utilizate la o tensiune ridicată, valoarea rezistenței ajunge la 15 kV / mm.
În ultimii ani, cablurile umplute cu ulei au fost înlocuite de cabluri de polietilenă reticulate (cabluri SPE). Sunt mai ușoare, mai ușor de utilizat, iar durata de funcționare este aceeași. În plus, SPE-urile nu sunt atât de sensibile la schimbările de temperatură și nu au nevoie de echipamente suplimentare, cum ar fi rezervoarele de compensare a uleiului (pentru a compensa excesul de ulei la diferite presiuni). Cablurile de polietilenă reticulate sunt mult mai ușor de instalat, terminațiile și cuplajele sunt mai ușor de întreținut.
Întreaga lume dezvoltă cabluri SPE (cabluri XLPE), acest lucru a dus la faptul că astfel de conductoare sunt deja vizibile mai bine în parametrii lor decât cablurile umplute cu ulei:
Singurul dezavantaj al SPE este îmbătrânirea intensivă, cu toate acestea, numeroase studii ale tuturor producătorilor mondiali au încetinit acest proces. Așa-numitele trucuri nu mai sunt cauzele defalcării izolației.Creșterea consumului de energie în lumea modernă stimulează dezvoltarea nu numai a surselor de electricitate, dar și a produselor prin cablu și a dispozitivelor de comandă. Studiile asupra rezistenței electrice a izolației sunt principalele obiective în domeniul ingineriei electrice.
Materiale conexe:
Se încarcă...
