Was ist Spannungsfestigkeit?
Physikalische Bedeutung
Die elektrische Feldstärke nimmt mit zunehmender Spannung zwischen den Leitern zu, es kann sich um eine Platte eines Kondensators oder eines Kabelkerns (in einer einzelnen Wicklung) handeln, irgendwann tritt ein Isolationsbruch auf. Der Wert, der die Spannung zum Zeitpunkt des Zusammenbruchs kennzeichnet, wird als elektrische Stärke bezeichnet und durch die Formel bestimmt:
hier: U ist die Spannung zwischen den Leitern, d ist die Dicke des Dielektrikums.
Die Spannungsfestigkeit wird in kV / mm (kV / cm) gemessen. Diese Formel gilt für flache Leiter (in Form von Bändern oder Platten) mit einer gleichmäßigen Isolationsschicht zwischen ihnen, wie beispielsweise in einem Papierkondensator.
Kurzschluss In elektrischen Geräten und Kabeln tritt gerade wegen des Zusammenbruchs der Isolation ein, in diesem Moment entsteht Lichtbogen. Daher ist die Spannungsfestigkeit eine der wichtigsten Eigenschaften der Isolierung. Die Anforderungen an die Spannungsfestigkeit der Isolierung elektrischer Geräte und elektrischer Anlagen mit einer Spannung von 1 - 750 kV sind in GOST 55195-2012 und GOST 55192-2012 (Prüfverfahren für die elektrische Festigkeit am Installationsort) beschrieben.
Arten der Aufschlüsselung
In homogenen Dielektrika werden verschiedene Arten von Durchschlägen unterschieden - elektrisch und thermisch. Existiert auch Ionisation Durchschlag, der eine Folge der Ionisation von Gaseinschlüssen in einem festen Dielektrikum ist. Die elektrische Stärke von Dielektrika hängt in vielerlei Hinsicht von der Inhomogenität des Feldes und dem Auftreten von Gasionisationsprozessen (Intensität und Natur) oder anderen chemischen Veränderungen im Material ab. Dies führt dazu, dass der Durchschlag im gleichen Material bei unterschiedlichen Spannungen auftritt. Daher wird die Durchbruchspannung durch den Mittelwert gemäß den Ergebnissen zahlreicher Tests bestimmt. Die Abhängigkeit der elektrischen Gasstärke von der Dichte (Druck) und der Dicke der Gasschicht wird durch das Paschen-Gesetz ausgedrückt: U.pr= f (pA)
Gas und Isolierung
Wie hängt die Ionisierung von Gasen und die Isolierung elektrischer Geräte zusammen? Gas und Strom sind auf engste Weise miteinander verbunden, da es sich um ein ausgezeichnetes Dielektrikum handelt.Daher wird ein Gasmedium verwendet, um Hochspannungsgeräte zu isolieren.
Als verwendetes Dielektrikum: Luft, Stickstoff und Gas. Elegaz ist Schwefelhexafluorid, das vielversprechendste Material in Bezug auf die elektrische Isolierung. Für die Verteilung und den Empfang von Hochspannungsstrom mit mehr als 100 kV (Entfernung von Kraftwerken, Empfang von Strom in Großstädten usw.) werden komplette Schaltanlagen (GIS) verwendet.
Der Hauptanwendungsbereich von SF6-Gas ist genau die Schaltanlage. Gas kann nicht nur als elektrische Isolierung verwendet werden, sondern auch während des Betriebs von ölgefüllten Kabeln (oder Kabeln mit imprägnierter Papierisolierung). Da zyklisches Erwärmen und Abkühlen des Kabels durch den Durchgang von Spannungen unterschiedlicher Größe erfolgt.
Der Begriff „thermischer Abbau“ gilt für Kabel mit imprägnierter Papierisolierung. Bei der Pyrolyse von Cellulose entstehen Wasserstoff, Methan, Kohlendioxid und Kohlenmonoxid. Während der Alterung der Isolierung verursachen die resultierenden Gasformationen (mit erhöhter Spannung) einen Ionisationsdurchschlag der Isolierung. Nur aufgrund von Ionisationsphänomenen werden Stromkabel mit Isolierung aus ölgetränktem Papier (mit viskoser Imprägnierung) in Stromleitungen mit Spannungen bis zu 35 kV verwendet und in der modernen Energie immer weniger verwendet.
Gründe für die Abnahme der Durchschlagfestigkeit
Der negativste Effekt auf die Durchschlagfestigkeit einer Isolierung wird durch Wechselspannung und Temperatur ausgeübt. Bei Wechselspannung, dh Spannung, die sich von Zeit zu Zeit ändert, beispielsweise das Kraftwerk aufgrund einer technischen Störung oder einer geplanten Reparatur 220 kV an die Leitung abgibt, wird der Spannungswert auf 110 kV reduziert, nach der Reparatur wieder 220 kV. Dies ist eine Wechselspannung, die sich über einen bestimmten Zeitraum ändert. Wechselspannung ist durchaus üblich. Der Durchschnittswert dieser Spannung wird anhand der Grafik ermittelt:
Oder bestimmt durch die Formel:
Die Erwärmungstemperatur des Kabels verringert aufgrund des Stromflusses die Lebensdauer des Leiters erheblich (es kommt zu einer sogenannten Alterung der Isolierung). Die Abhängigkeit der Durchschlagintensität bei verschiedenen Temperaturen ist in der Grafik dargestellt:
Elektrische Stärke von Stromkabeln
Die anspruchsvollste Industrie für elektrische Festigkeiten sind wahrscheinlich Kabelprodukte. Die in der Energietechnik hauptsächlich verwendeten Kabeltypen (ausgelegt für Nennspannungen bis 500 kV) sind ölgefüllte, papierisolierte Kabel.
Darüber hinaus ist das Gewicht des Kabels umso höher, je höher die Nennspannung ist, für die sie ausgelegt sind. Öl wird als imprägnierte entgaste und niedrigviskose (MN-3, MN-4 und Analoga) verwendet. Ein Anstieg des Öldrucks führt zu einer Erhöhung der Durchschlagfestigkeit der Öl-Papier-Isolierung. Kabel mit einem Druck von 10-15 Atmosphären werden bei hoher Spannung verwendet, der Festigkeitswert erreicht 15 kV / mm.
In den letzten Jahren wurden ölgefüllte Kabel durch vernetzte Polyethylenkabel (SPE-Kabel) ersetzt. Sie sind leichter, einfacher zu bedienen und die Lebensdauer ist gleich. Darüber hinaus sind SPEs nicht so empfindlich gegenüber Temperaturänderungen und benötigen keine zusätzliche Ausrüstung, wie z. B. Ölkompensationstanks (um überschüssiges Öl bei unterschiedlichen Drücken auszugleichen). Vernetzte Polyethylenkabel sind viel einfacher zu installieren, Anschlüsse und Kupplungen sind einfacher zu warten.
Die ganze Welt entwickelt SPE-Kabel (XLPE-Kabel). Dies hat dazu geführt, dass solche Leiter in ihren Parametern bereits spürbar besser sind als ölgefüllte Kabel:
Der einzige Nachteil von SPE ist die intensive Alterung. Zahlreiche Studien aller Welthersteller haben diesen Prozess jedoch verlangsamt. Die sogenannten Triings sind nicht länger die Ursachen für den Zusammenbruch der Isolierung.Das Wachstum des Energieverbrauchs in der modernen Welt stimuliert nicht nur die Entwicklung von Stromquellen, sondern auch von Kabelprodukten und Schaltanlagen. Studien zur elektrischen Festigkeit von Isolierungen stehen im Mittelpunkt der Energietechnik.
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