Що таке електрична міцність ізоляції

Діелектрик - це речовина, яка не проводить електричний струм (або дуже погано проводить). Існує таке поняття як «пробою ізоляції», простими словами, коли діелектрик починає проводити електрику (тобто стає провідником) відбувається пробою. А відбувається пробій у разі перевищення певного значення напруженості електричного поля речовини. Ось якраз значення напруженості електричного поля, при якому це відбувається і є величина електричної міцності, для кожної речовини існує певний поріг. У цій статті ми розповімо читачам сайту Сам Електрик, що таке електрична міцність ізоляції і чому вона може зменшуватися.

Фізичний зміст

Напруженість електричного поля зростає із збільшенням напруги між провідниками, це можуть бути пластини конденсатора або жили кабелю (в індивідуальній обмотці), у певний момент виникає пробій ізоляції. Величина, що характеризує напруженість у момент пробою, називається електрична міцність і визначається за формулою:

тут: U – напруга між провідниками, d – товщина діелектрика.

Електрична міцність вимірюється кВ/мм (кВ/см). Ця формула справедлива для плоских провідників (у вигляді стрічок або пластин) з рівномірним ізоляційним шаром між ними, як, наприклад, у паперовому конденсаторі.

Короткі замикання в електричних апаратах і кабелях відбуваються саме через пробою ізоляції, в цей момент виникає електрична дуга. Тому електрична міцність є однією з найважливіших характеристик ізоляції. Вимоги до електричної міцності ізоляції електроустаткування та електроустановок напруга 1 – 750 кВ викладено у ГОСТ 55195-2012 та ГОСТ 55192-2012 (методи випробувань електричної міцності на місці встановлення).

Види пробою

У однорідних діелектриків розрізняють кілька видів пробою - електричний та тепловий. Також існує ще іонізаційний пробій, який є наслідком іонізації газових включень у твердому діелектрику. Електрична міцність діелектриків багато в чому залежить від неоднорідності поля та виникнення процесів іонізації газу (інтенсивності та характеру) або інших хімічних змін матеріалу. Це призводить до того, що пробій в тому самому матеріалі виникає при різному напрузі. Тому пробивна напруга визначається середнім значенням за наслідками численних випробувань. Залежність електричної міцності газу від щільності (тиску) та товщини газового шару виражається законом Пашена: Uпр = f (pA)

Газ та ізоляція

Здавалося б, як пов'язана іонізація газів та ізоляція електроустаткування? Газ та електрика пов'язані найтіснішим чином, адже він є чудовим діелектриком. І тому для ізоляції високовольтного обладнання використовують газове середовище.

Як діелектрик використовуються: повітря, азот і елегаз. Елегаз – це гексафторид сірки, найперспективніший, у плані електроізоляції матеріал. Для розподілу та прийому електроенергії високої напруги, понад 100 кВ (відведення електростанцій, прийом електрики у великих містах тощо), використовуються комплектні розподільні пристрої (КРУЕ).

Основною сферою застосування елегазу якраз і є КРУЕ. Газ крім використання як електроізоляція, може виникати в процесі експлуатації маслонаповнених кабелів (або кабелів з просоченою паперовою ізоляцією). Так як відбуваються циклічний нагрівання та охолодження кабелю в результаті проходження напруги різної величини.

До кабелів із просоченою паперовою ізоляцією застосуємо термін «термічна деструкція». В результаті піролізу целюлози виникають водень, метан, вуглекислий та чадний гази. У процесі старіння ізоляції, що виникають газові утворення (при підвищеній напрузі), викликають іонізаційний пробій ізоляції. Саме через іонізаційні явища силові кабелі з ізоляцією з просоченого маслом паперу (з в'язким просоченням) застосовуються в силових лініях напругою до 35 кВ і все рідше застосовуються в сучасній енергетиці.

Причини зменшення електричної міцності

Найбільш негативний вплив на електричну міцність ізоляції має змінна напруга та температура. При змінній напрузі, тобто напрузі, яка змінюється іноді, наприклад, електростанція видає в лінію 220 кВ, через технічну несправність або плановий ремонт, величина напруги зменшена до 110 кВ, після ремонту стало знову 220 кВ. Це і є змінна напруга, тобто змінюється за певний період. Зважаючи на те, що в Російській Федерації 50 відсотків електроустановок для передачі електроенергії вже виробили свій ресурс (а він становить 25-30 років), то змінна напруга досить часто явище. Середнє значення такої напруги визначається за допомогою графіка:

Або визначається за формулою:

Температура нагрівання кабелю внаслідок протікання електричного струму значно зменшує термін служби провідника (відбувається так зване старіння ізоляції). Залежність напруженості пробою за різної температури зображена на графіці:

Електрична міцність силових кабелів

Найвибагливішою до електричної міцності галуззю виробництва, напевно, є кабельна продукція. У Росії її основним видом кабелів, які у силовий енергетиці (розраховані на номінальне напруга до 500 кВ), є маслонаполненные кабелі з паперової ізоляцією.

При цьому чим вище номінальна напруга, на яку вони розраховані, тим вище вага кабелю. Олія як просочення використовується дегазована і малов'язка (МН-3, МН-4 та аналоги). Збільшення тиску олії призводить до зростання електричної міцності масляно-паперової ізоляції. Кабелі з тиском 10-15 атмосфер застосовуються за високої напруженості, значення міцності досягає 15 кВ/мм.

В останні роки маслонаповнені кабелі витісняються кабелями зі зшитого поліетилену (СПЕ-кабелі). Вони легші, простіші в експлуатації, термін служби при цьому такий самий. До того ж СПЕ не такі чутливі до перепадів температур і не потребують додаткового обладнання, на кшталт масляних баків, що компенсують (для компенсації надлишків масла при різному тиску). Кабелі зі зшитого поліетилену набагато простіше монтувати, кінцеві та сполучні муфти простіше в обслуговуванні.

Весь світ розвиває саме СПЕ-кабелі (XLPE-кабелі), це призвело до того, що такі провідники вже помітно краще за своїми параметрами, ніж маслонаповнені кабелі:

Єдиним недоліком СПЕ є інтенсивне старіння, однак численні дослідження всіх світових виробників уповільнило цей процес. Так звані триінги вже не є причинами пробою ізоляції. Зростання енергоспоживання у світі стимулює розвиток як джерел електроенергії, а й кабельної продукції, і розподільних пристроїв. Дослідження на тему електричної міцності ізоляції є основним напрямом у силовій енергетиці.

Матеріали на тему:

Ви не маєте права надсилати коментарі