Độ bền điện môi là gì?
Ý nghĩa vật lý
Cường độ điện trường tăng khi tăng điện áp giữa các dây dẫn, nó có thể là một tấm của tụ điện hoặc lõi cáp (trong một cuộn dây riêng lẻ), tại một số điểm xảy ra sự cố cách điện. Giá trị đặc trưng cho lực căng tại thời điểm sự cố được gọi là cường độ điện và được xác định theo công thức:
ở đây: U là điện áp giữa các dây dẫn, d là chiều dày của chất điện môi.
Độ bền điện môi được đo bằng kV / mm (kV / cm). Công thức này có hiệu lực đối với các dây dẫn phẳng (ở dạng băng hoặc tấm) với một lớp cách điện đồng nhất giữa chúng, ví dụ như trong một tụ điện giấy.
Đoản mạch trong các thiết bị điện và dây cáp xảy ra chính xác là do sự cố cách điện, tại thời điểm này phát sinh hồ quang điện. Do đó, độ bền điện môi là một trong những đặc tính quan trọng nhất của cách điện. Các yêu cầu về độ bền điện của cách điện của thiết bị điện và điện áp lắp đặt điện 1 - 750 kV được nêu trong GOST 55195-2012 và GOST 55192-2012 (phương pháp kiểm tra cường độ điện tại vị trí lắp đặt).
Các loại sự cố
Trong điện môi đồng nhất, một số loại sự cố được phân biệt - điện và nhiệt. Cũng tồn tại ion hóa sự cố, đó là hậu quả của sự ion hóa các vùi khí trong chất điện môi rắn. Độ bền điện của điện môi, trong nhiều khía cạnh, phụ thuộc vào tính không đồng nhất của trường và sự xuất hiện của các quá trình ion hóa khí (cường độ và tính chất) hoặc các thay đổi hóa học khác trong vật liệu. Điều này dẫn đến thực tế là sự cố trong cùng một vật liệu xảy ra ở các điện áp khác nhau. Do đó, điện áp đánh thủng được xác định bởi giá trị trung bình theo kết quả của nhiều thử nghiệm. Sự phụ thuộc của cường độ điện khí vào mật độ (áp suất) và độ dày của lớp khí được biểu thị theo định luật Paschen: Upr= f (pA)
Khí và cách nhiệt
Dường như, ion hóa khí và cách điện của thiết bị điện liên quan như thế nào? Khí và điện được kết nối theo cách gần nhất, bởi vì nó là một chất điện môi tuyệt vời.Và do đó, một môi trường khí được sử dụng để cách ly thiết bị điện áp cao.
Như điện môi được sử dụng: không khí, nitơ và khí. Elegaz là lưu huỳnh hexafluoride, vật liệu hứa hẹn nhất về cách điện. Để phân phối và tiếp nhận điện cao thế, hơn 100 kV (loại bỏ các nhà máy điện, tiếp nhận điện ở các thành phố lớn, v.v.), các thiết bị đóng cắt hoàn chỉnh (GIS) được sử dụng.
Khu vực chính của ứng dụng khí SF6 chính xác là thiết bị đóng cắt. Khí, ngoài việc được sử dụng làm vật liệu cách điện, có thể xảy ra trong quá trình vận hành cáp chứa đầy dầu (hoặc cáp có cách điện bằng giấy tẩm). Kể từ khi sưởi ấm theo chu kỳ và làm mát cáp xảy ra là kết quả của việc truyền điện áp có kích thước khác nhau.
Thuật ngữ xuống cấp nhiệt độ dùng trong các loại cáp có thể áp dụng cho các loại cáp có cách điện bằng giấy tẩm. Quá trình nhiệt phân cellulose tạo ra hydro, metan, carbon dioxide và carbon monoxide. Trong quá trình lão hóa của vật liệu cách nhiệt, sự hình thành khí (ở điện áp cao) gây ra sự phá hủy ion hóa của vật liệu cách nhiệt. Chỉ vì hiện tượng ion hóa, các dây cáp điện có lớp cách điện làm bằng giấy thấm dầu (có tẩm nhớt) được sử dụng trong các đường dây điện có điện áp lên đến 35 kV và ngày càng ít được sử dụng trong năng lượng hiện đại.
Lý do giảm độ bền điện môi
Ảnh hưởng tiêu cực nhất đến độ bền điện môi của một lớp cách điện được tác động bởi điện áp và nhiệt độ xen kẽ. Với điện áp xoay chiều, nghĩa là điện áp thay đổi theo thời gian, ví dụ, nhà máy điện cấp điện 220 kV cho đường dây, do sự cố kỹ thuật hoặc sửa chữa theo lịch trình, giá trị điện áp giảm xuống 110 kV, sau khi sửa chữa lại là 220 kV. Đây là một điện áp xoay chiều, nghĩa là thay đổi trong một khoảng thời gian nhất định. Điện áp xoay chiều là khá phổ biến. Giá trị trung bình của điện áp này được xác định bằng biểu đồ:
Hoặc được xác định theo công thức:
Nhiệt độ làm nóng của cáp, do dòng điện, làm giảm đáng kể tuổi thọ của dây dẫn (cái gọi là sự lão hóa của cách điện xảy ra). Sự phụ thuộc của cường độ sự cố ở các nhiệt độ khác nhau được thể hiện trong biểu đồ:
Độ bền điện của cáp điện
Các ngành công nghiệp cường độ điện đòi hỏi khắt khe nhất có lẽ là các sản phẩm cáp. Loại cáp chính được sử dụng trong kỹ thuật điện (được thiết kế cho điện áp định mức lên đến 500 kV) là loại cáp chứa đầy dầu có cách điện bằng giấy.
Hơn nữa, điện áp định mức mà chúng được thiết kế càng cao thì trọng lượng của cáp càng cao. Dầu được sử dụng làm chất khử khí và độ nhớt thấp (MN-3, MN-4 và các chất tương tự). Sự gia tăng áp lực dầu dẫn đến sự gia tăng độ bền điện môi của cách điện giấy dầu. Cáp có áp suất 10-15 atm được sử dụng ở độ căng cao, giá trị cường độ đạt 15 kV / mm.
Trong những năm gần đây, cáp chứa đầy dầu đã được thay thế bằng cáp polyetylen liên kết chéo (cáp SPE). Chúng nhẹ hơn, dễ vận hành hơn và tuổi thọ của dịch vụ là như nhau. Ngoài ra, SPE không quá nhạy cảm với sự thay đổi nhiệt độ và không cần thiết bị bổ sung, chẳng hạn như bể bù dầu (để bù lượng dầu dư thừa ở các áp suất khác nhau). Cáp polyetylen được liên kết chéo dễ lắp đặt hơn nhiều, các đầu nối và khớp nối dễ bảo trì hơn.
Cả thế giới đang phát triển cáp SPE (cáp XLPE), điều này đã dẫn đến thực tế là các dây dẫn như vậy đã tốt hơn đáng kể trong các thông số của chúng so với cáp chứa đầy dầu:
Hạn chế duy nhất của SPE là lão hóa mạnh, tuy nhiên, nhiều nghiên cứu của tất cả các nhà sản xuất trên thế giới đã làm chậm quá trình này. Cái gọi là triings không còn là nguyên nhân của sự cố cách điện.Sự tăng trưởng của tiêu thụ năng lượng trong thế giới hiện đại kích thích sự phát triển của không chỉ các nguồn điện, mà cả các sản phẩm cáp và thiết bị đóng cắt. Các nghiên cứu về cường độ điện của cách điện là trọng tâm chính trong kỹ thuật điện.
Tài liệu liên quan:
Đang tải ...
