Qu'est-ce que la rigidité diélectrique?
Signification physique
L'intensité du champ électrique augmente avec l'augmentation de la tension entre les conducteurs, il peut s'agir d'une plaque d'un condensateur ou d'un noyau de câble (dans un enroulement individuel), à un moment donné, une rupture d'isolement se produit. La valeur caractérisant la tension au moment de la rupture est appelée résistance électrique et est déterminée par la formule:
ici: U est la tension entre les conducteurs, d est l'épaisseur du diélectrique.
La rigidité diélectrique est mesurée en kV / mm (kV / cm). Cette formule est valable pour les conducteurs plats (sous forme de rubans ou de plaques) avec une couche uniforme d'isolant entre eux, comme par exemple dans un condensateur en papier.
Court-circuit dans les appareils électriques et les câbles se produisent précisément en raison de la rupture de l'isolation, à ce moment se pose arc électrique. Par conséquent, la rigidité diélectrique est l'une des caractéristiques les plus importantes de l'isolation. Les exigences de résistance électrique de l'isolation des équipements électriques et de tension des installations électriques de 1 à 750 kV sont définies dans GOST 55195-2012 et GOST 55192-2012 (méthodes de test de la résistance électrique sur le site d'installation).
Types de panne
Dans les diélectriques homogènes, on distingue plusieurs types de pannes - électrique et thermique. Existe aussi ionisation dégradation, qui est une conséquence de l'ionisation des inclusions de gaz dans un diélectrique solide. La rigidité électrique des diélectriques, à bien des égards, dépend de l'inhomogénéité du champ et de l'occurrence de processus d'ionisation des gaz (intensité et nature) ou d'autres changements chimiques dans le matériau. Cela conduit au fait que la panne dans le même matériau se produit à différentes tensions. Par conséquent, la tension de claquage est déterminée par la valeur moyenne en fonction des résultats de nombreux tests. La dépendance de la résistance électrique du gaz à la densité (pression) et à l'épaisseur de la couche de gaz est exprimée par la loi de Paschen: Upr= f (pA)
Gaz et isolation
Il semblerait, en quoi l'ionisation des gaz et l'isolation des équipements électriques sont-elles liées? Le gaz et l'électricité sont connectés de la manière la plus proche, car c'est un excellent diélectrique.Et par conséquent, un milieu gazeux est utilisé pour isoler les équipements haute tension.
Comme diélectrique utilisé: air, azote et gaz. Elegaz est l'hexafluorure de soufre, le matériau le plus prometteur en termes d'isolation électrique. Pour la distribution et la réception de l'électricité à haute tension, plus de 100 kV (retrait des centrales électriques, réception de l'électricité dans les grandes villes, etc.), des appareillages complets (SIG) sont utilisés.
Le principal domaine d'application du gaz SF6 est précisément l'appareillage. Le gaz, en plus d'être utilisé comme isolation électrique, peut se produire pendant le fonctionnement des câbles remplis d'huile (ou des câbles avec une isolation en papier imprégné). Puisque le chauffage et le refroidissement cycliques du câble se produisent à la suite du passage d'une tension de différentes tailles.
Le terme «dégradation thermique» s'applique aux câbles à isolation en papier imprégné. La pyrolyse de la cellulose produit de l'hydrogène, du méthane, du dioxyde de carbone et du monoxyde de carbone. Pendant le vieillissement de l'isolant, les formations gazeuses résultantes (avec une tension accrue) provoquent une rupture d'ionisation de l'isolant. Juste à cause des phénomènes d'ionisation, les câbles d'alimentation avec isolation en papier imbibé d'huile (avec imprégnation visqueuse) sont utilisés dans les lignes électriques avec des tensions jusqu'à 35 kV et sont de moins en moins utilisés dans l'énergie moderne.
Raisons de la diminution de la rigidité diélectrique
L'effet le plus négatif sur la rigidité diélectrique d'une isolation s'exerce en alternant tension et température. Avec une tension alternative, c'est-à-dire une tension qui change de temps à autre, par exemple, la centrale émet 220 kV sur la ligne, en raison d'un dysfonctionnement technique ou d'une réparation programmée, la valeur de la tension est réduite à 110 kV, après la réparation, elle est à nouveau de 220 kV. Il s'agit d'une tension alternative, c'est-à-dire qui évolue sur une certaine période de temps. La tension alternative est assez courante. La valeur moyenne de cette tension est déterminée à l'aide du graphique:
Ou déterminé par la formule:
La température de chauffage du câble, due au flux de courant électrique, réduit considérablement la durée de vie du conducteur (le soi-disant vieillissement de l'isolation se produit). La dépendance de l'intensité de claquage à différentes températures est illustrée dans le graphique:
Résistance électrique des câbles d'alimentation
L'industrie de la résistance électrique la plus exigeante est probablement celle des câbles. Les principaux types de câbles utilisés dans le domaine de l'énergie (conçus pour une tension nominale jusqu'à 500 kV) sont des câbles isolés au papier remplis d'huile.
De plus, plus la tension nominale pour laquelle ils sont conçus est élevée, plus le poids du câble est élevé. L'huile est utilisée comme imprégnation dégazée et à faible viscosité (MN-3, MN-4 et analogues). Une augmentation de la pression d'huile entraîne une augmentation de la rigidité diélectrique de l'isolation papier huilé. Des câbles avec une pression de 10-15 atmosphères sont utilisés à haute tension, la valeur de résistance atteint 15 kV / mm.
Ces dernières années, les câbles remplis d'huile ont été remplacés par des câbles en polyéthylène réticulé (câbles SPE). Ils sont plus légers, plus faciles à utiliser et la durée de vie est la même. De plus, les SPE ne sont pas si sensibles aux changements de température et n'ont pas besoin d'équipement supplémentaire, comme des réservoirs de compensation d'huile (pour compenser l'excès d'huile à différentes pressions). Les câbles en polyéthylène réticulé sont beaucoup plus faciles à installer, les terminaisons et les raccords sont plus faciles à entretenir.
Le monde entier développe des câbles SPE (câbles XLPE), ce qui a conduit au fait que ces conducteurs sont déjà nettement meilleurs dans leurs paramètres que les câbles remplis d'huile:
Le seul inconvénient de SPE est le vieillissement intensif, cependant, de nombreuses études de tous les fabricants mondiaux ont ralenti ce processus. Les soi-disant essais ne sont plus les causes de rupture de l'isolation.La croissance de la consommation d'énergie dans le monde moderne stimule le développement non seulement des sources d'électricité, mais aussi des câbles et des appareillages de commutation. Les études sur la résistance électrique de l'isolation sont au cœur de l'ingénierie énergétique.
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