Электрическая прочность изоляции. Примеры расчетов

При постепенном увеличении напряжения U между проводниками, разделенными диэлектриком (изоляцией), например пластинами конденсатора или проводящими жилами кабеля, увеличивается интенсивность (напряженность) электрического поля в диэлектрике. Напряженность электрического поля в диэлектрике увеличивается также при уменьшении расстояния между проводниками.

При определенной напряженности поля в диэлектрике возникает пробой, образуется искра или дуга и в цепи появляется электрический ток. Напряженность электрического поля, при которой происходит пробой изоляции, называется электрической прочностью Eпр изоляции.

Электрическая прочность изоляции определяется как напряжение, приходящееся на 1 мм толщины изоляции, и измеряется в В/мм (кВ/мм) или кВ/см. Например, электрическая прочность воздуха между гладкими пластинами равна 32 кВ/см.

Напряженность электрического поля в диэлектрике для случая, когда проводники имеют форму пластин или лент, разделенных равномерным промежутком (например, в бумажном конденсаторе), рассчитывается по формуле

где U – напряжение между проводниками, В (кВ); d – толщина слоя диэлектрика, мм (см).

1. Какова напряженность электрического поля в воздушном зазоре толщиной 3 см между пластинами, если напряжение между ними U=100 кВ (рис. 1)?

Напряженность электрического поля равна: E=U/d=100000/3=33333 В/см.

Такая напряженность превышает электрическую прочность воздуха (32 кВ/см), и есть опасность возникновения пробоя.

Опасность пробоя при неизменном напряжении можно предотвратить увеличением зазора, например, до 5 см или применением другой более прочной изоляции вместо воздуха, например электрокартона (рис. 2).

Электрокартон имеет диэлектрическую проницаемость ε=2 и электрическую прочность 80000 В/см. В нашем случае напряженность электрического поля в изоляции равна 33333 В. Эту напряженность воздух не выдерживает, в то время как электрокартон в этом случае имеет запас по электрической прочности 80000/33333=2,4, так как электрическая прочность электрокартона в 80000/32000=2,5 раза больше, чем воздуха.

2. Какова напряженность электрического поля в диэлектрике конденсатора толщиной 3 мм, если конденсатор включен на напряжение U=6 кВ?

3. Диэлектрик толщиной 2 мм пробило при напряжении 30 кВ. Какова была его электрическая прочность?

E=U/d=30000/0,2=150000 В/см =150 кВ/см. Такой электрической прочностью обладает стекло.

4. Зазор между пластинами конденсатора заполнен слоями электрокартона и слоем слюды одинаковой толщины (рис. 3). Напряжение между пластинами конденсатора U=10000 В. Электрокартон имеет диэлектрическую проницаемость ε1=2, а слюда ε2=8. Как распределится напряжение U между слоями изоляции и какую напряженность будет иметь электрическое поле в отдельных слоях?

Напряжения U1 и U2 на одинаковых по толщине слоях диэлектриков не будут равны. Напряжение конденсатора разделится на напряжения U1 и U2, которые будут обратно пропорциональны диэлектрическим проницаемостям:

Так как U=U1+U2, то имеем два уравнения с двумя неизвестными.

Первое уравнение подставим во второе: U=4∙U2+U2=5∙U2.

Отсюда 10000 В =5∙U2; U2=2000 В; U1=4∙U2=8000 В.

Хотя слои диэлектриков имеют одинаковую толщину, нагружены они неодинаково. Диэлектрик с большей диэлектрической проницаемостью менее нагружен (U2=2000 В), и наоборот (U1=8000 В).

Напряженность электрического поля E в слоях диэлектриков равна:

E1=U1/d1 =8000/0,2=40000 В/см;

E2=U2/d2 =2000/0,2=10000 В/см.

Неодинаковость диэлектрической проницаемости приводит к увеличению напряженности электрического поля. Если бы весь зазор был заполнен только одним диэлектриком, например слюдой или электрокартоном, напряженность электрического поля была бы меньше, так как она была бы распределена по всему зазору совершенно равномерно:

E=U/d=(U1+U2)/(d1+d2 )=10000/0,4=25000 В/см.

Поэтому необходимо избегать применения сложной изоляции с сильно различающимися диэлектрическими проницаемостями. По той же причине опасность возникновения пробоя увеличивается при образовании в изоляции воздушных пузырей.

5. Определить напряженность электрического поля в диэлектрике конденсатора из предыдущего примера, если толщина слоев диэлектриков неодинакова. Электрокартон имеет толщину d1=0,2 мм, а слюда d2=3,8 мм (рис. 4).

Напряженность электрического поля распределится обратно пропорционально диэлектрическим проницаемостям:

Так как E1=U1/d1 =U1/0,2, а E2=U2/d2 =U2/3,8, то E1/E2 =(U1/0,2)/(U2/3,8)=(U1∙3,8)/(0,2∙U2 )=19∙U1/U2.

Отсюда E1/E2 =4=19∙U1/U2, или U1/U2 =4/19.

Сумма напряжений U1 и U2 на слоях диэлектриков равна напряжению источника U: U=U1+U2; 10000=U1+U2.

Так как U1=4/19∙U2, то 10000=4/10∙U2+U2=23/19∙U2; U2=190000/23=8260 В; U1=U-U2=1740 В.

Напряженность электрического поля в слюде E2∙8260/3,8≈2174 В/см.

Слюда обладает электрической прочностью 80000 В/мм и выдержит такую напряженность.

Напряженность электрического поля в электрокартоне E1=1740/0,2=8700 В/мм.

Электрокартон не выдержит такой напряженности, так как его электрическая прочность равна всего 8000 В/мм.

6. К двум металлическим пластинам, находящимся друг от друга на расстоянии 2 см, подключено напряжение 60000 В. Определить напряженность электрического поля в воздушном зазоре, а также напряженность электрического поля в воздухе и стекле, если в зазор введена стеклянная пластина толщиной 1 см (рис. 5).

Если между пластинами находится только воздух, напряженность электрического поля в нем равна: E=U/d=60000/2=30000 В/см.

Напряженность поля близка к электрической прочности воздуха. Если в зазор ввести стеклянную пластину толщиной 1 см (диэлектрическая проницаемость стекла ε2=7), то E1=U1/d1 =U1/1=U1; E2=U2/d2 =U2/1=U2; E1/E2 =ε2/ε1 =7/1=U1/U2 ;

U1=7∙U2; U1=60000-U2; 8∙U2=60000; U2=7500 В; E2=U2/d2 =7500 В/см.

Напряженность электрического поля в стекле E2=7,5 кВ/см, а его электрическая прочность 150 кВ/см.

В этом случае стекло имеет 20-кратный запас прочности.

Для воздушной прослойки имеем: U1=60000-7500=52500 В; E1=U1/d1 =52500 В/см.

Напряженность электрического поля в воздушной прослойке в этом случае больше, чем в первом, без стекла. После внесения стекла вся комбинация имеет меньшую прочность, чем один воздух.

Опасность пробоя возникает и тогда, когда толщина стеклянной пластины равна зазору между проводящими пластинами, т. е. 2 см, так как в зазоре неизбежно останутся тонкие промежутки воздуха, которые будут пробиты.

Электрическую прочность промежутка между проводниками, находящимися под высоким напряжением, следует усиливать материалами, имеющими малую диэлектрическую проницаемость и большую электрическую прочность, например, электрокартоном с ε=2. Следует избегать комбинаций из материалов с большой диэлектрической проницаемостью (стекло, фарфор) и воздуха, который следует заменять маслом.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Электрическая прочность изоляции кабелей

Наиболее важной характеристикой любого электрического силового кабеля является его электрическая прочность, так как нарушение ее выводит из строя кабельную линию.

Неоднородность структуры изолирующего слоя кабеля

Всякий диэлектрик, применяемый на практике, всегда обладает какой-то неоднородностью структуры и свойств. Так, например, изоляция кабелей высокого напряжения имеет слоистый характер, резиновая изоляция неоднородна, так как она получается путем смешения каучука с мелкоизмельченными порошками минеральных наполнителей и смягчителями.

Даже такие материалы, как синтетические диэлектрики (полиэтилен, стирофлекс и др.), обладают большей или меньшей неоднородностью строения или неоднородностью, обусловленной методом получения этих материалов, например из-за наличия остаточных ионов, внесенных в материал катализаторами процесса полимеризации, и недостаточной отмывки материала после его изготовления.

Наличие неоднородности в практическом диэлектрике всегда приводит к ослаблению его электрической прочности и ускоряет процесс старения диэлектрика под влиянием нагревания и длительного воздействия приложенного к диэлектрику напряжения.

Неоднородность физического строения вызывает местное увеличение напряженности поля в диэлектрике и ведет к преждевременному пробою изоляции.

Пробой диэлектрика и виды пробоя

Из всех электрических характеристик изолирующих материалов, применяющихся в кабелях высокого напряжения, наибольшее значение имеет электрическая прочность, так как от нее зависит надежность работы кабеля.

Пробивное напряжение изолирующего материала является сложной функцией физических свойств материала, его размеров, условий окружающей среды и характера приложенного напряжения.

Величина напряженности электрического поля, при которой преодолевается сопротивление диэлектрика действию на него электрического поля, определяет величину электрической прочности материала, которая выражается в в/см или кв/мм.

На практике принято говорить об электрической прочности при постоянном и переменном напряжении, а по длительности действия напряжения различают электрическую прочность: импульсную, кратковременную и длительную.

Пробой является следствием непосредственного действия электрического поля на изолирующий материал, когда энергия электрического поля в диэлектрике превращается в работу образования свободных носителей электрических зарядов.

Наличие в диэлектрике свободных зарядов на определенной ступени количественного накопления и скорости перемещения переводит диэлектрик в новое состояние, когда он теряет электрическую прочность и перестает быть диэлектриком.

Из всех весьма разнообразных видов действия электрического поля на диэлектрик, которые могли бы привести к электрическому пробою, можно указать на следующие:

Под влиянием тепла, выделяющегося в жилах кабеля и в изолирующем слое (диэлектрические потери), появляется тепловое поле, зависящее также от условий охлаждения кабеля.

Для современных кабелей высокого напряжения тепловые расчеты тесно связаны с электрическими, так как энергия электрического поля переходит в тепло, рассеиваясь в диэлектрике, что вызывает нагревание кабеля. В свою очередь, нагревание кабеля снижает электрическую прочность изоляции.

Пробой кабеля чаще всего происходит под влиянием обоих факторов — электрического поля и нагревания. В этом смысле говорят о теплоэлектрическом или тепловом пробое кабеля.

В том случае, когда количество тепла, выделяющегося в кабеле, больше или меньше количества тепла, отводимого от кабеля в окружающую среду, электрический кабель будет нагреваться (в первом случае) или охлаждаться (во втором). Температура кабеля или провода будет изменяться во времени по закону, близкому к экспоненциальному.

Большое значение имеет определение максимального допустимого перегрева жил кабеля над окружающей средой, равного разности максимальной допустимой температуры жил кабеля и окружающей среды.

Максимальная допустимая температура жил кабеля во всех стандартах и нагрузочных таблицах определяется в зависимости от рабочего напряжения кабеля и его конструкции.

Если в результате воздействия электрического поля на диэлектрик происходит нагревание диэлектрика с ослаблением его электрической прочности, то происходит тепловая форма пробоя.

Электрический пробой характеризуется тем, что величина электрической прочности не зависит от температуры, длительности действия напряжения и почти не изменяется с толщиной диэлектрика.

Место пробоя представляет собой маленькое отверстие без следов обгорания. Такой пробой иногда называется «прокалывающим» пробоем. Чаще всего электрический характер разрушения диэлектрика получается при импульсном пробое твердых диэлектриков.

Наиболее близко к реальным условиям стоит тепловая теория пробоя в случае вычисления пробивного напряжения кабельной изоляции при нагревании ее потерями, в жиле и диэлектрике.

В этом случае говорят о тепловой неустойчивости изоляции кабеля, возникающей из-за плохого отвода тепла в окружающую среду при значительном выделении тепла в кабеле и большом температурном коэффициенте потерь.

Кроме электрического и теплового пробоя твердых диэлектриков в литературе и на практике часто встречается название «ионизационный» пробой.

В настоящее время под ионизационным пробоем твердого диэлектрика понимают пробой, который является следствием ионизации газовых включений, содержащихся в твердом изолирующем материале. Этот вид пробоя часто встречается в слоистой изоляции кабелей, конденсаторов, бакелитовых втулок и тому подобных изделий.

Развивающаяся в газовых включениях ионизация как бы подготавливает диэлектрик к пробою, ослабляя его в этом месте. Ионизация газовых включений и вторичные процессы, связанные с ионизацией, протекают во времени, разрушая материал с течением времени все более и более, как бы по частям.

В соответствии с результатами испытаний изолирующих материалов на электрическую прочность можно предпололожить, что в действительности электрическая прочность применяемых на практике изолирующих материалов определяется не столько механизмом пробоя, сколько местной неоднородностью поля, создающей резкое местное повышение напряженности электрического поля, а также характером и интенсивностью подготовительных процессов в диэлектрике, как, например, процессов ионизации газовых включений, химического изменения вещества и других.

Вероятно, что подготовительные процессы развиваются наиболее интенсивно именно в тех местах, в которых наблюдается местное повышение напряженности электрического поля. Можно сказать, что местное повышение напряженности поля, вызывая развитие подготовительных процессов, приводит к образованию слабого места в изоляции, которое и пробивается затем чаще всего по закону теплового пробоя.

Влияние неоднородности электрического поля и неоднородности материала на электрическую прочность

Известно, что электрическая прочность подавляющего большинства диэлектриков с увеличением толщины снижается. Это снижение прочности приписывается влиянию неоднородности поля, а именно, усилению напряженности поля у краев электродов. Отсюда появилось название «краевой» эффект.

Таким образом, максимальное значение электрической прочности любого твердого изолирующего материала может быть получено только при условии устранения краевого эффекта. Это значение электрической прочности можно назвать внутренней прочностью материала, так как оно не зависит от толщины образца и характеризует испытываемый материал.

Электрическая прочность диэлектрика в резко неоднородном поле имеет минимальное значение. Результаты экспериментов показывают, что при устранении краевого эффекта получается прямолинейная зависимость пробивного напряжения от толщины материала.

Неоднородность электрического поля (краевой эффект) и неоднородность самого испытываемого материала, например, включения газов, пленки масла в кабельной изоляции, ведут к снижению электрической прочности и к разбросу отдельных значений, которые все же группируются по законам математической статистики около некоторого среднего значения.

Отношение минимально возможного значения электрической прочности к рабочей напряженности в изолирующем слое кабеля определяет надежность работы его в эксплуатации.

Надежность работы уменьшается с увеличением поверхности соприкосновения изолирующего слоя с жилой кабеля, так как число слабых мест пропорционально поверхности и, следовательно, вероятность появления слабого места возрастает с увеличением поверхности по законам математической статистики.

Зависимость электрической прочности от вида приложенного напряжения и длительности его действия

Электрическая прочность кабельной изоляции зависит от рода приложенного напряжения и снижается с увеличением длительности действия напряжения.

Наибольшая электрическая прочность получается при постоянном напряжении, а наименьшая — при переменном напряжении. В последнем случае электрическая прочность изоляции сильно зависит от длительности приложения напряжения, так как подготовительные процессы в изоляции при переменном напряжении развиваются во времени.

Причиной резкого снижения электрической прочности при длительном приложении переменного напряжения является процесс старения, протекающий в диэлектрике под влиянием электрического и теплового полей (ионизация газовых включений и нагревание), который сводится по существу к медленному изменению физико-химических свойств диэлектрика, связанному с местным ослаблением электрической прочности.

Такие изменения характерны для неоднородных диэлектриков, содержащих различные поры или включения, малоустойчивых по отношению к термическим и химическим воздействиям веществ.

Повышение электрической прочности при длительном приложении напряжения, например, в маслонаполненных кабелях не может быть использовано при конструировании кабелей, так как импульсная (кратковременная) прочность будет ограничивать предел применения кабеля. Поэтому для современных кабелей высокого напряжения большое значение получает импульсная прочность, характеризующая стойкость кабеля по отношению к кратковременным воздействиям различных перенапряжений.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Что такое электрическая прочность изоляции и как ее контролировать?

Передача электрической энергии на любые расстояния осуществляется по металлическим проводникам, которые обязательно должны отделятся диэлектриком. От качества изоляции во многом зависят не только эффективность работы энергосистемы, но и безопасность человека. Однако со временем технические характеристики диэлектрика утрачиваются, из-за чего во всех устройствах периодически должна проверяться электрическая прочность изоляции.

Электрическое старение может ускоряться из-за воздействия ряда факторов, чтобы разобраться в них мы более детально рассмотрим строение и физические процессы, протекающие в диэлектрических материалах.

Физический смысл

Напряженность электрического поля возрастает с увеличением напряжения между проводниками, это могут быть пластины конденсатора или жилы кабеля (в индивидуальной обмотке), в определенный момент возникает пробой изоляции. Величина, характеризующая напряженность в момент пробоя называется электрическая прочность и определяется по формуле:

здесь: U – напряжение между проводниками, d – толщина диэлектрика.

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

Короткие замыкания в электрических аппаратах и кабелях происходят как раз именно из-за пробоя изоляции, в этот момент возникает электрическая дуга. Поэтому электрическая прочность одна из важнейших характеристик изоляции. Требования к электрической прочности изоляции электрооборудования и электроустановок напряжение 1 – 750 кВ изложены в ГОСТ 55195-2012 и ГОСТ 55192-2012 (методы испытаний электрической прочности на месте установки).

Вакуум как изолятор.

Когда металлические электроды помещены в газ с давлением меньше 10-2 Па, молекул газа недостаточно для образования заметного тока в межэлектродном зазоре, и в этом случае говорят об изоляции высоким вакуумом. Ионизация молекул остаточного газа при соударении с электронами или положительно заряженными ионами, вылетающими с электродов, при таких давлениях происходит редко. В условиях высокого вакуума при постоянном напряжении ниже 20 кВ на поверхности катода пробой может не наступать при напряженности поля до 5 МВ/см, а на аноде – при напряженности в несколько раз большей. Однако при более высоких напряжениях катодный градиент, при котором наступает пробой, быстро уменьшается. Пробой между металлическими электродами в вакууме происходит из-за обмена заряженными частицами между катодом и анодом. Электрон, вылетающий из катода, ускоряется электрическим полем и ударяет в анод, выбивая положительные ионы и фотоны. Положительные ионы и часть фотонов попадают на катод; ионы ускоряются электрическим полем и вызывают эмиссию вторичных электронов. При некотором критическом значении напряжения и градиента электрического поля для данного материала электродов этот процесс становится неустойчивым, и происходит искровой пробой.

Изоляция высоким вакуумом особенно широко применяется в электронике как для ускорения электронов низкой энергии в обычных электровакуумных приборах, так и для высоковольтных приложений в рентгеновских приборах и ускорителях для ядерных исследований.

Виды пробоя

У однородных диэлектриков различают несколько видов пробоя – электрический и тепловой. Также существует еще ионизационный пробой, который является следствием ионизации газовых включений в твердом диэлектрике. Электрическая прочность диэлектриков, во многом, зависит от неоднородности поля и возникновения процессов ионизации газа (интенсивности и характера) или иных химических изменений материала. Это приводит к тому, что пробой в одном и том же материале возникает при разном напряжении. Поэтому пробивное напряжение определяется средним значением по результатам многочисленных испытаний. Зависимость электрической прочности газа от плотности (давления) и толщины газового слоя выражается законом Пашена: Uпр= f (pA)

Теоретические сведения

Среди различных газов наибольшее техническое применение как диэлектрик имеет воздух, т. к. он является естественной изоляцией в большинстве электрических конструкций: трансформаторов, конденсаторов, воздушных выключателях, линий электропередачи.
Как диэлектрик воздух имеет положительные свойства: быстро восстанавливает свою электрическую прочность после пробоя, незначительно изменяет диэлектрическую проницаемость, его диэлектрические потери очень малы (tgδ=10). Отрицательные свойства воздуха как диэлектрика: Низкая теплопроводность 0.00025-0.00036 вт/см*С, невысокая электрическая прочность, по сравнению с твёрдыми и жидкими диэлектриками, способность увлажняться, образовывать оксиды, поддерживать горение. Электрическая прочность воздуха не является постоянной и зависит от ряда факторов: Давления, влажности, формы поля между электродами, температуры, химического состава газа.

Наиболее важными являются:

1) форма электродов и схема включения их в цепь, определяющая характер поля в промежутке между электродами;

2) плотность и влажность воздуха;

3) род приложенного напряжения (постоянное, переменное промышленной частоты, высокой частоты и импульсное).

Механизм пробоя газа в равномерном поле.

Газы при небольших значениях напряжённости электрического поля обладают исключительно малой проводимостью, т. к. количество носителей электрических зарядов в атмосферном воздухе и поэтому при приложении малой разности потенциалов к воздушному промежутку в нём потечёт ток, практически незаметный и не влияющий на изолирующую способность воздуха.

Небольшое количество содержащихся в газе положительных и отрицательных ионов и электронов, находящихся, как и нейтральные молекулы газа, в беспорядочном тепловом движении, при воздействии поля получает некоторую добавочную скорость и начинает в зависимости от знака заряда перемещаться в направлении поля или против. При этом заряженная частица получает энергию.

Магнитное поле

Где q — заряд, Uλ — разность потенциалов на длинне свободного пробега.

Если поле достаточно, то можно считать, что

Где Е — напряжённость поля, l-среднее расстояние, пройденное заряженной частицей без столкновения, то есть, длинна свободного пробега – λ.

Газ и изоляция

Казалось бы, как связана ионизация газов и изоляция электрооборудования? Газ и электричество связаны самым тесным образом, ведь он является отличным диэлектриком. И поэтому для изоляции высоковольтного оборудования используется газовая среда.

В качестве диэлектрика используются: воздух, азот и элегаз. Элегаз – это гексафторид серы, наиболее перспективный, в плане электроизоляции материал. Для распределения и приема электроэнергии высокого напряжения, более 100 кВ (отвод электростанций, прием электричества в крупных городах и так далее), используются комплектные распределительные устройства (КРУЭ).

Основной областью применения элегаза как раз и являются КРУЭ. Газ помимо использования в качестве электроизоляции, может возникать в процессе эксплуатации маслонаполненных кабелей (или кабелей с пропитанной бумажной изоляцией). Так как происходят цикличный нагрев и охлаждение кабеля в результате прохождения напряжения разной величины.

Стекло

Причины уменьшения электрической прочности

Наиболее отрицательное влияние на электрическую прочность изоляции оказывает переменное напряжение и температура. При переменном напряжении, то есть напряжении, которое меняется время от времени, например, электростанция выдает в линию 220 кВ, из-за технической неисправности или планового ремонта, величина напряжения уменьшена до 110 кВ, после ремонта стало опять 220 кВ. Это и есть переменное напряжение, то есть изменяющееся за определенный период времени. Ввиду того что в Российской Федерации 50 процентов электроустановок для передачи электроэнергии уже выработали свой ресурс (а он составляет 25-30 лет), то переменное напряжение довольно-таки частое явление. Среднее значение такого напряжение определяется с помощью графика:

Или определяется по формуле:

Температура нагрева кабеля, вследствие протекания электрического тока, значительно уменьшает срок службы проводника (происходит, так называемое, старение изоляции). Зависимость напряженности пробоя при различной температуре изображена на графике:

Методы контроля

Контроль состояния и электрической прочности позволяет вовремя выявлять дефекты или старение диэлектрика в обмотках силовых трансформаторов, проходных и опорных изоляторах, высоковольтных вводах, силовых кабелях и других видах оборудования. Благодаря этому устройства можно заменить или отремонтировать, просушить изоляционную среду или установить новую обмотку. Современные испытательные установки для проверки электрической прочности могут применять различные методики.

Наиболее популярными являются:

Рис. 3. Тангенс угла диэлектрических потерь

Электрическая прочность силовых кабелей

Самой требовательной к электрической прочности отраслью производства, наверное, является кабельная продукция. В России основным видом кабелей, используемым в силовой энергетике (рассчитаны на номинальное напряжение до 500 кВ), являются маслонаполненные кабели с бумажной изоляцией.

При этом, чем выше номинальное напряжение, на которое они рассчитаны, тем выше вес кабеля. Масло в качестве пропитки используется дегазированное и маловязкое (МН-3, МН-4 и аналоги). Увеличение давления масла приводит к росту электрической прочности масляно-бумажной изоляции. Кабели с давлением 10-15 атмосфер применяются при высокой напряженности, значение прочности достигает 15 кВ/мм.

В последние годы маслонаполненные кабели вытесняются кабелями из сшитого полиэтилена (СПЭ-кабели). Они легче, проще в эксплуатации, срок службы при этом такой же. К тому же СПЭ не так чувствительны к перепадам температур и не нуждаются в дополнительном оборудовании, вроде масляных компенсирующих баков (для компенсации избытков масла при различном давлении). Кабели из сшитого полиэтилена гораздо проще монтировать, концевые и соединительные муфты проще в обслуживании.

Весь мир развивает именно СПЭ-кабели (XLPE-кабели), это привело к тому, что такие проводники уже заметно лучше по своим параметрам, чем маслонаполненные кабели:

Единственным недостатком СПЭ является интенсивное старение, однако, многочисленные исследования всех мировых производителей замедлило этот процесс. Так называемые, триинги, уже не являются причинами пробоя изоляции. Рост энергопотребления в современном мире стимулирует развитие не только источников электроэнергии, но и кабельной продукции, и распределительных устройств. Исследования на тему электрической прочности изоляции являются основным направлением в силовой энергетике.

Фарфор электротехнический

Является наиболее распространенным керамическим электроизоляционным материалом. В состав фарфора входят: каолин – белая глина, огнеупорная глина, кварц и полевой шпат. Изготовление фарфоровых изделий состоит из следующих операций: измельчение составных частей фарфора и перемешивание их с водой в однородную массу. Путем прессования, обтачивания, отливки в гипсовые формы или выдавливания из этой массы получают изделия нужной конфигурации. Для удаления избытка воды изделия сушат, затем их покрывают стекловидной массой – глазурью, которая уменьшает гигроскопичность фарфора, придает определенную окраску изделиям и создает при обжиге ровную, гладкую поверхность. после глазуровки изделие опять сушат и обжигают в печах при температуре 1320 – 1450 °С. Фарфор характеризуется высокой теплостойкостью, стойкостью к электрическим дугам и весьма малым водопоглощением. Из фарфора изготовляют линейные (подвесные и штыревые) изоляторы, стационарные (опорные и проходные) изоляторы, аппаратные изоляторы, установочные фарфоровые изделия (ролики, детали предохранителей, патронов, штепселей и тому подобные). Электрическая прочность фарфора 6 – 10 кВ/мм; ε = 5 – 6,5. Кроме фарфора, применяется другой керамический материал – стеатит, изготовляемый на основе минерала – талька. Стеатит по сравнению с фарфором обладает более высокими электроизоляционными и физико-механическими свойствами.

Жидкие диэлектрики.

Органические соединения, в частности углеводороды, широко используются в качестве жидких диэлектриков. Для углеводородов характерны низкая диэлектрическая проницаемость (от 2 до 4) и умеренно высокое удельное электрическое сопротивление (ок. 1012 ОмЧсм). Поскольку углеводороды не содержат кислорода или азота, они являются химически стабильными и поэтому подходят для использования в сильных электрических полях, в которых процессы ионизации усиливают химическую нестабильность. Примерами жидких диэлектриков могут служить циклические углеводороды, такие, как бензол (C6H6), или ациклические соединения типа гексана [CH3 (CH2)4CH3]. Большинство углеводородов встречаются в виде смесей; химический состав и строение входящих в них компонентов точно не известны. К ним относятся, в порядке возрастания вязкости, петролейный эфир, парафиновое масло, трансформаторные масла, парафин и различные воски.

Некоторые галогенопроизводные продукты, такие, как хлороформ (CHCl3) и четыреххлористый углерод (CCl4), являются диэлектриками. К жидким неорганическим диэлектрикам относятся такие сжиженные газы, как двуокись углерода и хлор.

Важным преимуществом жидких диэлектриков является их способность к восстановлению своих свойств после искрового пробоя и способность проводить тепло, что важно для трансформаторов

Изолента

Изоляционная лента или изолента знакома пожалуй каждому. По внешнему виду это узкий (не всегда) рулон цветного или чёрного материала. Внутренняя сторона ленты покрыта клеящим составом для приклеивания. Используется лента накручиванием на место изоляции перекрывающими витками.

Силовые кабели: основные виды электрических кабелей и особенности укладки проводки (100 фото)

По материалу изготовления изоляционная лента бывает:

Первый тип изоленты представлен широким цветовым спектром. ХБ изолента чёрного цвета с характерным запахом резины или битума.

Изолента ПВХ

ПВХ изоленту изготавливают из винила, нанося на одну сторону ленты клеящий состав. Ширина изоленты ПВХ от 15 до 50 мм. Достоинства изоленты ПВХ в высокой эластичности. Недостатки в изменении своих свойств при снижении и повышении температуры. ПВХ изоленты отличные, однако дальше низких напряжения её применение не распространяется.

Изолента ХБ

ХБ изолента характерно чёрного цвета в рулонах шириной 15- 50 мм. Изготавливается из хлопчатобумажных лент из пропиткой в резине и нанесением клеящего слоя на одну сторону. Сочетание хлопка (возможно стеклоткани) делают ХБ ленту устойчиво к колебаниям температур и её применение распространяется на сети напряжением свыше 1000 В.

Конденсаторы.

Диэлектрики находят широкое применение в конденсаторах. Конденсаторы имеют многообразные применения, среди которых накопление электрического заряда, нейтрализация эффектов индуктивности в цепях переменного тока и получение импульсов тока для различных приложений. Емкость конденсатора часто может быть рассчитана исходя из конфигурации системы или измерена путем определения величины заряда на одной из обкладок конденсатора при приложении заданного напряжения между обкладками. Энергия заряженного конденсатора равна 1/2 CE2 и выражается в микроджоулях (мкДж), если С выражено в микрофарадах (мкФ), а Е – в вольтах (В).

Источник