Что такое электрическая прочность изоляции

Физический смысл

Напряженность электрического поля увеличивается с увеличением напряжения между жилами, это может быть пластина конденсатора или жила кабеля (в одной обмотке), в какой-то момент выходит из строя изоляция. Величина, характеризующая прочность в момент разрушения, называется электрической прочностью и определяется по формуле:

здесь: U — напряжение между жилами, d — толщина диэлектрика.

Электрическая прочность измеряется в кВ / мм (кВ / см). Эта формула действительна для плоских проводников (в виде полос или пластин) с равномерным слоем изоляции между ними, например, в бумажном конденсаторе.


Короткие замыкания в приборах и электрических проводах возникают именно из-за разрыва изоляции, где возникает электрическая дуга. Поэтому диэлектрическая прочность — одна из важнейших характеристик изоляции. Требования к диэлектрической прочности электрооборудования и электроустановок на напряжение 1-750 кВ указаны в ГОСТ 55195-2012 и ГОСТ 55192-2012 (Методы испытаний на электрическую прочность установок на объекте).

Виды пробоя

В однородных диэлектриках различают несколько типов распада — электрический и термический. Также существует ионизационный распад, который является результатом ионизации газовых включений в твердом диэлектрике. Электрическая прочность диэлектриков во многом зависит от неоднородности поля и протекания процессов ионизации газа (интенсивности и характера) или других химических изменений в материале. Это приводит к распаду одного и того же материала при разных напряжениях. Поэтому аварийное напряжение определяется как среднее значение по многочисленным исследованиям. Зависимость диэлектрической прочности газа от плотности (давления) и толщины газового слоя показывает закон Пашена: U

Pr

= f (pA)

Газ и изоляция

Кажется, ионизация связана с ионизацией газов и изоляцией электроприборов? Газ и электричество тесно связаны, потому что это отличный диэлектрик. По этой причине газ используется для изоляции высоковольтного оборудования.

Используемые газы — воздух, азот и гексафторид серы. Элегас — гексафторид серы, наиболее перспективный материал для электроизоляции. Комплектные распределительные устройства используются для распределения и сбора высокого напряжения, более 100 кВ (электростанции, потребление электроэнергии в крупных городах и т. Д.).

Основная область применения гексафторида серы — это именно ГИС. Помимо использования в качестве электрического изолятора, газ также может присутствовать в кабелях, заполненных маслом (или кабелях с пропитанной бумажной изоляцией). Потому что кабель циклически нагревается и охлаждается из-за колебаний напряжения.

Термин «термическое разложение» относится к кабелям, пропитанным бумажной изоляцией. Пиролиз целлюлозы производит водород, метан, двуокись углерода и окись углерода. В процессе старения изоляции образующиеся газовые образования (под повышенным напряжением) вызывают ионизацию изоляции и ее разрушение. Именно благодаря явлениям ионизации силовые кабели с изоляцией из пропитанной маслом бумаги (с липкой пропиткой) используются в линиях электропередач напряжением до 35 кВ и менее и все реже в современной энергетике.

Причины уменьшения электрической прочности

Напряжение переменного тока и температура наиболее неблагоприятно влияют на электрическую прочность изоляции. При переменном напряжении, т.е. изменяющемся время от времени, например, электростанция подает в линию 220 кВ, из-за технической поломки или планового ремонта напряжение снижается до 110 кВ, после ремонта снова до 220 кВ. Это переменное напряжение, т.е. изменяющееся во времени. Учитывая, что в Российской Федерации 50 процентов объектов передачи электроэнергии уже исчерпали свои ресурсы (а это 25-30 лет), переменное напряжение — довольно распространенное явление. Среднее значение такого напряжения определяется графиком:


Или определяется по формуле:


Температура нагрева кабеля из-за протекания электрического тока значительно сокращает срок службыпрожилки (происходит так называемое старение утеплителя). Зависимость аварийного напряжения при разных температурах показана на диаграмме:

Электрическая прочность силовых кабелей

Кабельная продукция — это, пожалуй, самая требовательная отрасль производства с точки зрения электрической прочности. В России основным типом кабелей, используемых в электроэнергетике (номинальное напряжение до 500 кВ), являются кабели для дизельных двигателей. кабели с бумажной изоляцией.

Чем выше номинальное напряжение, тем больше вес кабеля. Масло в качестве пропитки используется дегазированное и маловязкое (МН-3, МН-4 и аналоги). Повышение давления масла приводит к увеличению электрической прочности бумажно-масляной изоляции. Кабели с давлением 10-15 атмосфер используются при высоких напряжениях, показатель прочности достигает 15 кВ / мм.

В последние годы маслонаполненные кабели были заменены кабелями из сшитого полиэтилена (кабели из сшитого полиэтилена). Они легче, удобнее в обращении и имеют такой же срок службы. Кроме того, кабели LPE не так чувствительны к колебаниям температуры и не требуют какого-либо дополнительного оборудования, например расширительных баков для масла (для уравновешивания избытка масла при разных давлениях). Кабели из сшитого полиэтилена намного проще прокладывать, а гильзы и концевые фитинги проще обслуживать.

Во всем мире разрабатываются именно кабели из сшитого полиэтилена (XLPE-кабели), это привело к тому, что такие жилы уже по своим параметрам заметно лучше маслонаполненных кабелей:


Единственным недостатком сшитого полиэтилена является его интенсивное старение, но многочисленные исследования, проведенные всеми мировыми производителями, замедлили этот процесс. Так называемые треугольники больше не вызывают разрушения изоляции. Увеличение потребления энергии в современном мире стимулирует развитие не только источников энергии, но также кабелей и распределительных устройств. Исследования прочности электрической изоляции представляют большой интерес в энергетике.