ความเป็นฉนวนคืออะไร?

อิเล็กทริกคือสารที่ไม่นำกระแสไฟฟ้า (หรือเป็นตัวนำไฟฟ้าต่ำมาก) มีสิ่งหนึ่งที่เรียกว่า "การแยกฉนวน" ในคำง่ายๆเมื่อไดอิเล็กตริกเริ่มนำไฟฟ้า (นั่นคือมันจะกลายเป็นตัวนำ) การสลายเกิดขึ้น การสลายเกิดขึ้นหากเกินค่าที่แน่นอนของสนามไฟฟ้าของสาร นั่นเป็นเพียงค่าของความแรงของสนามไฟฟ้าที่เกิดขึ้นและเป็นค่าของความแรงไฟฟ้าสำหรับแต่ละสารมีเกณฑ์ที่แน่นอน ในบทความนี้เราจะบอกผู้อ่านของเว็บไซต์ Elecroexpert ความเป็นฉนวนของฉนวนคืออะไรและทำไมมันจึงสามารถลดลงได้

เนื้อหา:

ความหมายทางกายภาพ
ประเภทของรายละเอียด
ก๊าซและฉนวน
เหตุผลในการลดความเป็นฉนวน
ความแข็งแรงทางไฟฟ้าของสายไฟ

ความหมายทางกายภาพ

ความแรงของสนามไฟฟ้าเพิ่มขึ้นตามแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นระหว่างตัวนำมันอาจเป็นแผ่นของตัวเก็บประจุหรือแกนกลางของสายเคเบิล (ในขดลวดแต่ละเส้น) ในช่วงเวลาหนึ่งเมื่อเกิดการสลายตัวของฉนวน ค่าที่อธิบายลักษณะของความตึง ณ เวลาที่เกิดการแตกหักเรียกว่าความแข็งแกร่งทางไฟฟ้า

ที่นี่: U คือแรงดันไฟฟ้าระหว่างตัวนำ d คือความหนาของอิเล็กทริก

ความแข็งแรงไดอิเล็กตริกมีหน่วยเป็น kV / mm (kV / cm) สูตรนี้ใช้ได้สำหรับตัวนำแบบเรียบ (ในรูปแบบของเทปหรือเพลท) ที่มีชั้นฉนวนที่สม่ำเสมอระหว่างพวกเขาเช่นในตัวเก็บประจุกระดาษ

ไฟฟ้าลัดวงจร ในอุปกรณ์ไฟฟ้าและสายเคเบิลเกิดขึ้นอย่างแม่นยำเนื่องจากการแตกของฉนวนในขณะนี้เกิดขึ้น อาร์คไฟฟ้า. ดังนั้นความต้านทานไดอิเล็กทริกจึงเป็นหนึ่งในคุณสมบัติที่สำคัญที่สุดของฉนวน ข้อกำหนดสำหรับความเป็นฉนวนของฉนวนไฟฟ้าของอุปกรณ์ไฟฟ้าและการติดตั้งไฟฟ้าที่มีแรงดันไฟฟ้า 1 - 750 kV อธิบายไว้ใน GOST 55195-2012 และ GOST 55192-2012 (วิธีทดสอบความแข็งแรงของไฟฟ้าที่ไซต์การติดตั้ง)

ประเภทของรายละเอียด

ใน dielectrics ที่เป็นเนื้อเดียวกันการจำแนกหลายประเภทมีความโดดเด่น - ไฟฟ้า และ ร้อน. ยังมีอยู่ การทำให้เป็นละออง การสลายตัวซึ่งเป็นผลมาจากการรวมตัวของไอออไนเซชันของการรวมก๊าซในอิเล็กทริกแข็ง ความแข็งแรงทางไฟฟ้าของไดอิเล็กทริคจะขึ้นอยู่กับความหลากหลายของสนามไฟฟ้าและการเกิดขึ้นของกระบวนการไอออไนเซชันของแก๊ส (ความเข้มและธรรมชาติ) หรือการเปลี่ยนแปลงทางเคมีอื่น ๆ ในวัสดุ สิ่งนี้นำไปสู่ความจริงที่ว่าการสลายตัวของวัสดุเดียวกันเกิดขึ้นที่แรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกัน ดังนั้นแรงดันพังทลายจะถูกกำหนดโดยค่าเฉลี่ยตามผลการทดสอบมากมาย การพึ่งพาอาศัยความแรงของแก๊สไฟฟ้ากับความหนาแน่น (ความดัน) และความหนาของชั้นก๊าซแสดงโดยกฎหมาย Paschen: U_ฯลฯ= f (pA)

ก๊าซและฉนวน

มันจะดูเหมือนว่าไอออไนเซชันของก๊าซและฉนวนของอุปกรณ์ไฟฟ้าเกี่ยวข้องอย่างไร? ก๊าซและไฟฟ้าเชื่อมต่ออย่างใกล้ชิดเพราะมันเป็นไดอิเล็กทริกที่ดีเยี่ยมด้วยเหตุนี้จึงใช้ตัวกลางก๊าซเพื่อแยกอุปกรณ์ไฟฟ้าแรงสูง

อิเล็กทริกที่ใช้: อากาศไนโตรเจนและก๊าซ Elegaz คือ sulfur hexafluoride ซึ่งเป็นวัสดุที่มีแนวโน้มมากที่สุดในแง่ของฉนวนไฟฟ้า สำหรับการกระจายและการรับกระแสไฟฟ้าแรงสูงใช้มากกว่า 100 kV (การกำจัดโรงไฟฟ้าการรับไฟฟ้าในเมืองใหญ่และอื่น ๆ ) ใช้สวิตช์เกียร์แบบสมบูรณ์ (GIS)

การใช้งานหลักของก๊าซ SF6 นั้นเป็นสวิตช์เกียร์อย่างแม่นยำ แก๊สนอกเหนือจากการใช้เป็นฉนวนไฟฟ้าสามารถเกิดขึ้นได้ในระหว่างการทำงานของสายเคเบิลที่เติมน้ำมัน (หรือสายเคเบิลที่มีฉนวนกระดาษหุ้มไว้) เนื่องจากการให้ความร้อนแบบวงกลมและการระบายความร้อนของสายเคเบิลเป็นผลมาจากแรงดันไฟฟ้าที่มีขนาดต่างกัน

คำว่า“ การเสื่อมสภาพด้วยความร้อน” นั้นใช้กับสายเคเบิลที่มีฉนวนหุ้มกระดาษ ไพโรไลซิสของเซลลูโลสผลิตไฮโดรเจนมีเทนคาร์บอนไดออกไซด์และคาร์บอนมอนอกไซด์ ในช่วงอายุของฉนวนการก่อตัวของก๊าซ (ด้วยแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้น) ทำให้เกิดการแตกตัวเป็นไอออนของฉนวน เนื่องจากปรากฏการณ์ไอออไนเซชันสายไฟที่มีฉนวนที่ทำจากกระดาษน้ำมัน (ที่มีความหนืด) ถูกนำมาใช้ในสายไฟที่มีแรงดันไฟฟ้าสูงถึง 35 kV และใช้พลังงานน้อยลงและน้อยลง

เหตุผลในการลดความเป็นฉนวน

ผลกระทบเชิงลบมากที่สุดต่อความเป็นฉนวนของฉนวนนั้นกระทำโดยการสลับแรงดันไฟฟ้าและอุณหภูมิ ด้วยแรงดันไฟฟ้าสำรองนั่นคือแรงดันไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลงเป็นครั้งคราวเช่นโรงไฟฟ้าออก 220 kV ไปยังสายเนื่องจากความผิดปกติทางเทคนิคหรือการซ่อมแซมตามกำหนดเวลาค่าแรงดันไฟฟ้าจะลดลงเป็น 110 kV หลังจากการซ่อมอีกครั้ง 220 kV นี่คือแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับนั่นคือการเปลี่ยนแปลงในช่วงระยะเวลาหนึ่ง แรงดันไฟฟ้าสลับค่อนข้างทั่วไป ค่าเฉลี่ยของแรงดันไฟฟ้านี้ถูกกำหนดโดยใช้กราฟ:

หรือกำหนดโดยสูตร:

อุณหภูมิความร้อนของสายเคเบิลเนื่องจากการไหลของกระแสไฟฟ้าจะช่วยลดอายุการใช้งานของตัวนำได้อย่างมาก (อายุที่เรียกว่าฉนวนกันความร้อนเกิดขึ้น) กราฟแสดงการพึ่งพาของความเข้มสลายที่อุณหภูมิต่าง ๆ

ความแข็งแรงทางไฟฟ้าของสายไฟ

อุตสาหกรรมกำลังไฟฟ้าที่มีความต้องการมากที่สุดอาจเป็นผลิตภัณฑ์เคเบิล สายเคเบิลชนิดหลักที่ใช้ในงานวิศวกรรมพลังงาน (ออกแบบมาสำหรับแรงดันไฟฟ้าสูงสุด 500 kV) เป็นสายเคเบิลที่หุ้มด้วยกระดาษน้ำมัน

ยิ่งไปกว่านั้นแรงดันไฟฟ้าที่ถูกกำหนดให้สูงขึ้นที่พวกเขาได้รับการออกแบบ, น้ำหนักของสายเคเบิลที่สูงขึ้น น้ำมันถูกนำมาใช้ในการทำให้มีการเสื่อมสภาพและความหนืดต่ำ (MN-3, MN-4 และ analogues) แรงดันน้ำมันที่เพิ่มขึ้นนำไปสู่การเพิ่มความเป็นฉนวนของฉนวนกระดาษน้ำมัน สายเคเบิลที่มีแรงดัน 10-15 บรรยากาศใช้งานที่ความตึงสูงค่าความแข็งแรงถึง 15 kV / mm

ในปีที่ผ่านมาสายเคเบิลที่เติมน้ำมันได้ถูกแทนที่ด้วยสายเคเบิลโพลีเอทิลีนแบบ cross-linked (สายเคเบิล SPE) พวกเขามีน้ำหนักเบาใช้งานง่ายขึ้นและอายุการใช้งานเหมือนกัน นอกจากนี้ SPE ไม่ไวต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิและไม่ต้องการอุปกรณ์เพิ่มเติมเช่นถังชดเชยน้ำมัน (เพื่อชดเชยน้ำมันส่วนเกินที่แรงกดดันต่าง ๆ ) สายเคเบิลโพลีเอทิลีนที่มีการเชื่อมโยงข้ามกันนั้นง่ายต่อการติดตั้งการยกเลิกและข้อต่อนั้นง่ายต่อการบำรุงรักษา

โลกทั้งโลกกำลังพัฒนาสายเคเบิล SPE (สาย XLPE) สิ่งนี้นำไปสู่ความจริงที่ว่าตัวนำดังกล่าวดีขึ้นอย่างเห็นได้ชัดในพารามิเตอร์ของพวกเขาแล้วกว่าสายที่เติมน้ำมัน:

ข้อเสียเปรียบเพียงอย่างเดียวของ SPE คือความชราอย่างเข้มข้นอย่างไรก็ตามการศึกษาจำนวนมากของผู้ผลิตทั่วโลกชะลอกระบวนการนี้ การทดลองที่เรียกว่าไม่ได้เป็นสาเหตุของการสลายของฉนวนการเติบโตของการใช้พลังงานในโลกสมัยใหม่ไม่เพียง แต่กระตุ้นการพัฒนาแหล่งพลังงานไฟฟ้าเท่านั้น แต่ยังรวมถึงผลิตภัณฑ์เคเบิลและสวิตช์ การศึกษาความแข็งแรงทางไฟฟ้าของฉนวนเป็นจุดสนใจหลักในงานวิศวกรรมไฟฟ้า