Навигация

Электрическая прочность — воздух

На величину электрической прочности воздуха, как и других газов, оказывает большое влияние давление. При повышении давления электрическая прочность газов существенно возрастает ( сравните р с. Это обстоятельство используется в некоторых электрических аппаратах и кабелях. При понижении давления электрическая прочность воздуха ( и других газов) уменьшается; однако при достижении очень глубокого вакуума электрическая прочность вновь сильно повышается.
 

При атмосферном давлении электрическая прочность воздуха, как известно, ниже, чем изоляция. При определенных условиях напряженность поля в воздушном включении может превысить критическое значение ( в среднем 33 кв / см), и тогда произойдет его пробой.
 

Влияние давления на электрическую прочность воздуха в сильной степени зависит от характера электрического поля между контактами.
 

Влияние давления на электрическую прочность воздуха в сильной степени зависит от характера электрического поля между контактами. Только в равномерном поле пробивное напряжение воздуха при частоте 50 гц повышается с повышением давления. В неоднородном поле, которое обычно имеет место в существующих дуго-гасительных устройствах, при небольших давлениях пробивное напряжение сначала повышается с увеличением давления, но при дальнейшем повышении давления оно начинает понижаться, а затем опять повышается.
 

Ввиду того, что электрическая прочность воздуха значительно меньше, чем твердых и жидких диэлектриков, расстояние между неизолированными ( голыми) токоведущими частями, находящимися под высоким напряжением, для надежности работы установки должно выбираться значительно большим, чем расстояние между токоведущими частями, разделенными твердым или жидким диэлектриком.
 

При увеличении абсолютной влажности электрическая прочность воздуха также увеличивается. Это явление незначительно сказывается в однородных или слабо неоднородных полях. Но его следует учитывать в резко неоднородных полях, особенно при точных измерениях. Однако более важным параметром является относительная влажность. Если в данном помещении относительная влажность высока, то на поверхности твердых материалов образуется влажная пленка. В результате поверхностное сопротивление материала снижается и заряды стекают с поверхности. Образование влажной пленки на поверхности зависит от качества поверхности, является она гидрофобной или гидрофильной. Удельное объемное сопротивление также зависит от относительной влажности.
 

Для очень длинных промежутков электрическая прочность воздуха при атмосферном давлении ( 61) стремится к значению 2 45 кВ / мм, в то время как при том же давлении, но при расстоянии между электродами 10 мм разрядный градиент будет примерно 3 1 кВ / мм. Надо отметить, что даже в однородном поле разрядные градиенты не остаются строго постоянными, а уменьшаются по мере возрастания длины промежутка. При давлении сжатого воздуха свыше 1 МПа все более заметно проявляется эффект автоэлектронной эмиссии, приводящей к весьма существенным отклонениям разрядных характеристик от закона Пашена, вследствие чего напряженность поля Е перестает изменяться пропорционально давлению и потому все более заметной становится разница в разрядных напряжениях промышленной частоты при кратковременном и длительном его приложении. Ввиду этого, очевидно, теряет всякий смысл говорить о разрядных градиентах сжатого воздуха даже в однородном поле в отрыве от конкретной длины межконтактных промежутков и фактической плотности газа.
 

Напряженность поля близка к электрической прочности воздуха.
 

При какой форме электродов величина электрической прочности воздуха наибольшая.
 

Понижение давления приводит к падению электрической прочности воздуха, что может вызвать перекрытие воздушных зазоров и появление разряда. Изменение атмосферного давления также влияет на величину емкости воздушного конденсатора, вызывая тем самым изменение выходных параметров аппаратуры в целом.
 

Что такое электрическая прочность?

Под электрической прочностью для любой изоляции следует понимать такую минимальную разность потенциалов, приложенную к единице толщины, при которой начинают происходить разряды. Электрическая прочность представляет собой нелинейную функцию, изменение которой зависит от таких факторов:

• Толщины изоляции;
• Диэлектрической проницаемости;
• Температуры как окружающего пространства, так и самой изоляции;
• Тип диэлектрика;
• Род приложенного напряжения (переменное или постоянное).

Таким образом, можно сказать, что прочность изоляции определяет пробивное напряжение. На практике для каждого материала этот параметр вычисляется эмпирическим путем после проведения многочисленных испытаний.

Рис. 1. Воздействие напряжения на диэлектрик

Величина измеряется как В/мм или кВ/см и т.д., к примеру, сухой воздух, в среднем, обладает прочностью 32кВ/см.

Однако прочность изоляции будет зависеть и от агрегатного состояния материала:

• Твердые диэлектрики – наиболее распространенные в кабельно-проводниковой продукции, предназначены для изготовления изоляции жил, корпусов приборов, прокладок и т.д. После пробоя или микро пробоя происходит разрушение изоляции, образуются каналы, по которым повторный пробой будет происходить уже при меньшем напряжении.
• Жидкие диэлектрики – наиболее распространенный вариант – трансформаторное масло, используемое в трансформаторах, выключателях, кабелях высокого напряжения. За счет подвижной структуры обладают способностью к восстановлению, благодаря чему они отлично проявляют себя в тех же масляных выключателях, где изоляция одновременно гасит дугу, а после этого восстанавливается.
• Газообразная изоляция – вокруг обмоток трансформатора или других электрических аппаратов используется воздух, то же можно сказать о некоторых типах высоковольтных выключателей. Но в современных приборах часто применяется элегаз или азот. Газы также легко восстанавливаются после пробоя.

Физически электрическая прочность диэлектриков обеспечивается за счет отсутствия свободных носителей заряда в материале. Молекулы диэлектрика настолько прочно удерживают электроны на крайних орбитах, что даже приложенное напряжение не может вырвать их с орбит. Разумеется, что если рассмотреть идеальный вариант – расположение материала между двумя пластинами, на которые подано напряжение, то через него протекать не будет. Однако все атомы будут получать дополнительную энергию, что создаст большую напряженность электрического поля, как во всей твердой изоляции, так и в каждом отдельном атоме.

Но, если между вышеприведенными пластинами поместить не один кусок диэлектрика, а две из разных материалов или половину из воздуха, а вторую из пластика, то напряженность электрического поля в этих материала будет отличаться из-за того, что у них разная диэлектрическая проницаемость. Это является одним из важнейших факторов снижения электрической прочности.

Почему же изоляция стареет?

На это есть несколько причин. А именно:

— Старение электрического типа, которое вызывается появлением частичных разрядов при приложении рабочего напряжения или перенапряжения. — Окислительные процессы в изоляции, а также тепловое старение. — Повышение влажности изоляционного материала.

Кроме этого, изоляция может стареть вследствие механического повреждения (электродинамические усилия, механические нагрузки, вибрации), химического повреждения – воздействие химических агрессивных веществ, органических кислот, продуктов электролиза. Немного информации об электрическом старении изоляции.

Напряженность поля пробоя [ править ]

Напряженность поля, при которой происходит пробой, зависит от соответствующей геометрии диэлектрика (изолятора) и электродов, к которым прикладывается электрическое поле , а также от скорости увеличения приложенного электрического поля. Поскольку диэлектрические материалы обычно содержат мельчайшие дефекты, практическая диэлектрическая прочность будет значительно меньше, чем собственная электрическая прочность идеального бездефектного материала. Диэлектрические пленки имеют тенденцию демонстрировать большую диэлектрическую прочность, чем более толстые образцы из того же материала. Например, диэлектрическая прочность пленок диоксида кремния толщиной около 1 мкм составляет около 0,5 ГВ / м. Однако очень тонкие слои (скажем, ниже 100 нм) становятся частично проводящими из-за туннелирования электронов . требуется пояснение Многослойные тонкие диэлектрические пленки используются там, где требуется максимальная практическая диэлектрическая прочность, например, в высоковольтных конденсаторах и импульсных трансформаторах . Поскольку диэлектрическая прочность газов варьируется в зависимости от формы и конфигурации электродов она обычно измеряется как часть диэлектрической прочности газообразного азота .

Электрическая прочность (в МВ / м, или 10 6 вольт / метр) различных распространенных материалов:

Характеристики электроизоляторов

Ко всем без исключения электроизоляторам предъявляются общие требования.

Электрическая прочность

Способы огнезащиты электрических коммуникаций

Главная задача диэлектрика – обеспечить требуемый уровень значения величины электрической прочности на пробой. Данная величина находится в прямой зависимости от того, насколько толстая фарфоровая стенка изолятора. Нарушение прочности происходит при пробое твердого диэлектрика или в результате разряда по поверхности изолятора. Прочность характеризуется напряжением промышленной частоты, которое способен выдержать изолятор при сухой и мокрой поверхности, а также импульсным напряжением при испытании. Эту величину проверяют специальным прибором – мегаомметром.

Удельное сопротивление

Изоляционный материал пропускает небольшую часть электрического тока. Эта величина является несоизмеримо малой, в сравнении с теми токами, которые протекают постоянно по жилам. Электрический ток может идти через два пути: сквозь сам изоляционный материал или по его поверхности. Удельным сопротивлением называется величина сопротивления единицы объема материала. Она равна отношению произведений величин сопротивлений тока, идущего по изолятору и сквозь него, к их же сумме.

В качестве единицы измерения данной величины взято значение сопротивления изоляционного материала, выполненного в форме куба с гранью 1 см, где направление тока совпадает с вектором направления двух наружных противоположных граней. Величина удельного сопротивления зависит от агрегатного состояния материала и других важных величин.

Диэлектрическая проницаемость

После помещения изолятора в электромагнитное поле происходит изменение направления в пространстве частиц с плюсовыми зарядами: они выстраиваются по силовым линиям электромагнитного поля. Электронные оболочки меняют свою ориентацию в противоположную сторону. Молекулы поляризуются. При поляризации диэлектриков происходит образование собственного поля у молекул, которое действует в сторону, противоположную направлению общего поля. Эта способность определяется диэлектрической проницаемостью.

Важно! Диэлектрическая проницаемость характеризует степень поляризации диэлектрика. Она оказывает влияние на емкость таких элементов, как конденсаторы

При их изготовлении следует применять изоляцию с большой величиной диэлектрической проницаемости. Измерение величины производят в фарадах на метр погонный (Ф/м). Единица измерения получила свое название в честь великого английского ученого Майкла Фарадея, внесшего весомый вклад в науку в области электромагнетизма.

Угол диэлектрических потерь

Диэлектрические потери – энергия электрического поля, рассеивающаяся в изоляционном материале за определенную единицу времени. Энергия никуда не исчезает, а переходит из одного состояния в другое (тепло). Чем выше величина потерь, тем больше риск теплового разрушения диэлектрика. Эта характеристика электроизолирующего материала измеряется тангенсом угла диэлектрических потерь. Зависимость тангенса угла от значения диэлектрических потерь линейная.

Теплоизоляционные, ветро- и звукоизоляционные

Теплоизоляционные или термоизоляционные строительные материалы ГОСТ Р 52953-2008 используются для уменьшения теплопотерь потолка, пола и стен. Они могут применяться как для наружной, так и внутренней отделки с целью уменьшения теплопроводности здания. Такое свойство присуще им благодаря специальной конструкции, подразумевающей высокую пористость и плотность.

Фото — минвата

Существуют такие основные типы теплоизоляции:

1. Органические или минеральные. Это переработанные отходы сельхоз промышленности. Они могут быть представлены в виде переработанной древесины, торфа и даже пластика. Самыми известными являются пенопласт, ДВП, ДСП и прочие композиционные покрытия;
2. Неорганические. Это панели, изготовленные полностью из синтетических волокон. Минеральная вата, прессованная вата, газобетон, пеностекло, керамоволокно для печей;

   Фото — керамоволокно

3. Смешанные. Сюда относятся покрытия, которые изготавливаются путем соединения минеральных и неорганических волокон. Арболит, фибролит, огнеупорный кирпич. Они часто имеют большой вес, поэтому редко используются для отделки квартиры в многоэтажном доме, зато все типы смешанных панелей огнеупорные.

Фото — Арболит Несмотря на то что органические отделочные покрытия имеют множество достоинств, сейчас они редко используются для утепления фасадов, т. к. обладают низкой огнестойкостью. В основном они применяются как изоляционные материалы для трубопроводов газа, системы водоснабжения и отдельных водяных труб.

Фото — комбинированная мембранная пленка

Ветроизоляционные пленки часто отождествляют с изолирующими тепло, но они служат несколько иной цели. Эти панели представлены пленочными мембранами, основное назначения которых останавливать воздушный поток и препятствовать его попаданию внутри помещения. Покрытия этого типа часто используются для деревянных домов (у которых высокий уровень пористости), защиты пола и крыши от продувания.

Фото — Ветроизоляционные пленки

Ветроизоляционные материалы очень похожи на пароизоляционные, и они представлены пенополиэтиленом, мембранными, диффузионными пленками, для намотки которых необходимо применение специальных мягких дисков. К слову, утеплитель, в зависимости от материала, из которого он изготовлен, может выступать в роли ветроизолятора.

Рассмотрим, каковы цены на изоляционный материал ВПЭ Comfort 3 мм Лавсан (рулонные изделия):

Помимо Лавсан, вы также можете купить изоляционные защитные материалы производства ТПК Байкал, Екатеринбургский завод (ЕЗИМ) и Глобал Термал.

Твердые диэлектрики

Твердая изоляция

Это самая распространённая и популярная группа электроизолирующих материалов. К таким изоляторам относят:

• Стекла из неорганических веществ.
• Установочная и конденсаторная керамика.
• Мусковит, флогопит.
• Асбест.
• Пленки из неорганических материалов.

Кроме этого, твердые изоляторы делятся на полярные, неполярные и сегнетоэлектрические. Критерием разделения выступает степень поляризации. К основным свойствам твердых изоляторов также можно отнести их химическую стойкость, трекингостойкость и дендритостойкость. Первое качество характеризует способность материала противостоять агрессивным химическим средам, типа кислот и щелочей. Трекингостойкость – это способность противостоять воздействию электрической дуги. Дендритостойкость характеризует устойчивость к появлению дендритов. Дендрит – продукт осадка частиц в электролите, получаемый при воздействии электрического тока высоких плотностей.

Помимо всего этого, провода также защищают от электромагнитных помех. В качестве такой защиты используют фольгу, спиральную обмотку, оплетку жил.

Электрическая прочность — изоляция — кабель

Электрическая прочность изоляции кабелей испытывается на заводе при их изготовлении.
 

Электрическая прочность изоляции ВЧ кабелей между: всеми жилами, кроме сигнальных, соединенными в пучок, и заземленной оболочкой ( экраном) равна 2000 В ( для НЧ кабелей-1800 В); каждой жилой и остальными, соединенными в пучок — 1500 В; всеми сигнальными жилами, соединенными между собой и заземленной оболочкой, — 1000 В.
 

Некоторые особенности имеет испытание электрической прочности изоляции кабелей, присоединяемых к газовым реле.
 

Изоляционные ленты применяют не только для усиления электрической прочности изоляции кабеля, но и для обеспечения ( при определенных условиях) герметичности и механической прочности кабельных муфт и заделок.
 

Для механического скрепления общей скрутки и повышения электрической прочности изоляции кабеля по отношению к его металлической оболочке и экрану сердечник обматывают несколькими слоями кабельной бумаги или другим изоляционным материалом. Эту обмотку называют поясной изоляцией. Поясная изоляция предохраняет изоляцию жил кабеля от порчи при пайке ( сварке) оболочки.
 

Вследствие этого при изгибе кабеля во время прокладки не будет скольжения в слоях бумажной изоляции, что неизбежно приведет к разрывам бумаги и снижению электрической прочности изоляции кабеля и, безусловно, в последующем вызовет повреждение кабеля в этом месте. Поэтому прокладка кабеля при температуре ниже О9 С без предварительного прогрева не разрешается.
 

Бумажный жгут, заполняющий свободное пространство между жилами, затрудняет перемещение пропиточного состава вдоль кабеля, удлиняет тем самым срок службы его и, кроме того, повышает электрическую прочность изоляции кабеля.
 

Для кабелей на сверхвысокие напряжения необходимо иметь изоляцию, которая бы надежно работала при напряженностях электрического поля промышленной частоты 11 кв / мм и выше. Повысить электрическую прочность изоляции кабеля можно, исключив из кабеля воздушные включения или увеличив давление в газовых включениях, так как с повышением давления электрическая прочность газовых пленок возрастает. Поэтому имеются два направления при конструировании сверхвысоковольтных кабелей: создание маслонаполненных и газонаполненных кабелей.
 

Наложение изоляции в муфтах в линейных условиях, как правило, производится вручную, при этом неизбежно некоторое загрязнение и увлажнение изоляции; кроме того, наложенная вручную изоляция не может быть выполнена столь плотной, как изготовленная в заводских условиях на машинах. В результате электрическая прочность изоляции в муфтах приблизительно вдвое меньше электрической прочности изоляции кабеля, и для достижения в муфтах той же электрической прочности, как и в кабеле, толщина изоляции в муфтах обычно берется вдвое больше, чем в кабеле.
 

С целью облегчения технологии производства изоляцию кабеля стремятся выполнить из минимально возможного числа бумажных лент. Его смысл заключается в том, что с увеличением расстояния от жилы напряженность электрического поля уменьшается, следовательно, по мере удаления от жилы можно увеличить толщину бумажных лент без ущерба для электрической прочности изоляции кабеля.
 

С целью облегчения технологии производства изоляцию кабеля стремятся выполнить из минимально возможного числа бумажных лент. Его смысл заключается в том, что с увеличением расстояния от жилы напряженность электрического поля уменьшается, следовательно, по мере удаления от жилы можно увеличить толщину бумажных лент без ущерба для электрической прочности изоляции кабеля.
 

Характеристики диэлектриков

К данной группе относятся пироэлектрики, сегнетоэлектрики, релаксоры, пьезоэлектрики. В современной технике активно используются пассивные и активные свойства таких материалов, поэтому остановимся на них подробнее.

Пассивные свойства изоляторов применяются в тех случаях, когда они используются в обычных конденсаторах.

Электроизоляционными материалами считают диэлектрики, не допускающие потери электрических зарядов. С их помощью можно отделять друг от друга электрические цепи, части приборов от проводящих частей. В таких ситуациях диэлектрическая проницаемость не имеет особой роли.

Активные (управляемые) диэлектрики — это пироэлектрики, сегнетоэлектрики, электролюминофоры, материалы для затворов и излучателей в лазерной технике.

Спрос на диэлектрические материалы ежегодно возрастает. Причиной является увеличение мощности промышленных предприятий и коммерческих учреждений.

Кроме того, повышенный спрос на диэлектрики можно объяснить увеличением числа средств связи и различных электрических приборов.

В технике особое значение играет электрическая прочность изоляторов, связанная с расположением молекул и атомов в кристаллической решетке.

Смотреть галерею

Испытания

Испытание диэлектрических галош проводят при напряжении величиной в 3,5 кВ, которое подключают на 1 минуту.

Далее проводят замеры тока утечки, путём пропускания сквозь изделие электрического тока. Делают это следующим образом:

1. Обувь погружают в ёмкость с водой при температуре от 15 до 35 градусов.
2. Проверяют, чтобы края объекта находились над поверхностью воды, а внутреннее пространство оставалось сухим. Требуется, чтобы уровень воды оказался ниже края предмета на 2 сантиметра.
3. Во внутреннюю полость обуви вкладывается электрод, заземлённый при посредстве миллиамперметра.
4. К испытуемому сосуду подключают ток, на период длиной 2 минуты, при этом напряжение повышают до отметки в 5 кВ.
5. Когда до завершения испытания остаётся 30 с, подключают миллиамперметр и снимают показания.

Схема для испытания диэлектрических перчаток, для галош аналогичная.

1 – присоединение к источнику напряжения; 2 – ванна с водой; 3 – вода внутри перчатки и ванны; 4 – электроды (стержень) для подсоединения воды к двум полюсам источника напряжения; 5 – расстояние от края перчатки до воды в ванне

Если величина тока утечки выявленная в ходе испытаний соответствует допустимым нормам, а изделие избежало пробоев, то результаты проверки считают удовлетворительными, а защитное средство пригодное к эксплуатации.

Нормативы допускают проводить испытания одновременно для нескольких пар диэлектрических галош при помощи одного сосуда. В случае если один из объектов оказался пробитым, в период тестирования, то его извлекают, не останавливая испытаний. Все галоши прошедшие проверку получают соответствующий штамп с датой проведения испытания.

Также читайте: Какое влияние трансформаторная будка может оказывать на человека

Похожие записи:

Крепление кабеля к стене Мощность аккумулятора: методики определения и стандарты Как установить температуру на терморегуляторе теплого пола Моя первая ардуинка: переключатель usb Ваз 2111 не работает ближний свет габариты работают § 23. технология подготовки к монтажу радиокомпонентов и изоляционных деталей