El problema del aislamiento sólido

Para el aislamiento sólido, a veces dependemos mucho de él, pensando que con el aislamiento sólido, podemos cumplir fácilmente con los requisitos de aislamiento. Sin embargo, a menudo surgen problemas en los que el rendimiento puede no ser obvio a bajas tensiones, y es más probable que se produzca una falla de aislamiento a tensiones más altas.

Cuando la tensión aplicada alcanza un cierto umbral, la intensidad del campo eléctrico en el espacio cerca del electrodo con un radio de curvatura más pequeño alcanza primero la intensidad de campo inicial E0, lo que da lugar a ionización por colisión, avalancha de electrones e incluso descarga de estrión en esta zona local. Esta descarga parcial que solo se produce en la región de campo fuerte, es decir, el espacio cerca del electrodo de radio de curvatura pequeño, se llama descarga corona.

En un campo eléctrico extremadamente no uniforme, la descarga debe comenzar desde la superficie del electrodo con el radio de curvatura más pequeño, independientemente de la polaridad de ese electrodo. La descarga en un campo eléctrico extremadamente no uniforme presenta efectos de polaridad significativos. El hueco de aire "varilla - placa" con un campo eléctrico extremadamente desigual tiene una tensión de ruptura de polaridad negativa mayor que la tensión de ruptura de polaridad positiva.

La punta se refiere principalmente a paredes delgadas, protuberancias, rebabas y otros lugares, como las placas de calentamiento de aleación de aluminio. Si la placa es delgada y está cerca del cuerpo cargado, es fácil que se produzca descarga con alta tensión. En este caso, una distancia de más de 125 mm desde 12 kV no es suficiente. Lo mismo se aplica a los disipadores de calor de los polos de alta corriente, así como a las placas de instalación de las camisas de paso a través de la pared y las cajas de contacto. Anteriormente, se utilizaba el punzonado en escalón CNC para formarlos, con bordes afilados entre los agujeros circulares y los bordes que deben evitarse.

Para el aislamiento, especialmente en los cuadros de interruptores de media tensión y los interruptores de circuito, es bien conocido que las tres interfaces donde se instalan los componentes de aislamiento tienen la mayor intensidad del campo eléctrico.

No utilice los escalones de la máquina de punzonado CNC para punzonar los agujeros de instalación, lo que puede causar bordes en forma de diente. Deben ser lo más lisos posible.

El aislamiento sólido es equivalente a dos medios de aislamiento diferentes conectados en serie bajo un campo eléctrico. La tensión se divide por la capacitancia de cada medio, y la intensidad del campo eléctrico se calcula en función de la tensión dividida. Si los capacitores del mismo tamaño tienen una alta constante dieléctrica y capacitancia, el divisor de tensión será pequeño. Es decir, el aislamiento sólido, que debería haber sido la fuerza principal, puede soportar una pequeña tensión, lo que aumenta la tensión que el aislamiento de aire debe soportar. Sin embargo, la intensidad del campo eléctrico supera la intensidad del campo eléctrico permitida del aislamiento de aire, causando una ruptura.

Un ejemplo extremo es el siguiente: la distancia entre el electrodo dentro del poste y el cilindro de aislamiento es de 5mm, el espesor de la capa de aislamiento de resina epoxi es de 15mm, y la distancia entre el poste y la caja del mecanismo es de 50mm. El cálculo sencillo es el siguiente: distancia del aire 5+50 = 55mm, tensión de prueba a la impulsión de 40.5kV 185kV, calculada en base a la constante dieléctrica de la resina epoxi de 4.5, la tensión dividida entre el aire es 185/(55 × 4.5+15 × 1) × (55 × 4.5)=174.4kV.

Es decir, una capa de aislamiento de resina epoxi de 15mm de espesor solo puede soportar una tensión de 10.6kV. Como todos sabemos, 40.5kV requiere una distancia de espaciamiento de aire de 300mm. Ahora, una distancia de 55mm no es suficiente para soportar 174kV. 175/55 = 3.18kV, lo cual excede la tensión permitida para la ruptura del aire y provocará descarga. Necesitamos aumentar el espacio de aire y no podemos depender del aislamiento sólido. En este momento, áreas con campo eléctrico concentrado, como la punta, inevitablemente causarán descarga.

La descarga parcial también es causada por una alta intensidad de campo eléctrico debido a la división capacitiva de voltaje, lo que resulta en una descarga de ruptura repetida. La descarga parcial se refiere al fenómeno de descarga que ocurre en una zona local de un aislador bajo la acción de un campo eléctrico, mientras que la parte general del aislador no sufre una descarga a través y aún mantiene su rendimiento aislante. Bajo un campo eléctrico alterno, la distribución de la intensidad del campo eléctrico es inversamente proporcional a la constante dieléctrica. Entonces, si hay burbujas en un medio sólido, la constante dieléctrica del aire es aproximadamente 1/4 de la de los materiales aislantes. Por lo tanto, la intensidad del campo eléctrico dentro de la burbuja es mayor que la del medio circundante, y la resistencia a la ruptura de la burbuja es mucho menor que la del sólido. Por lo tanto, la burbuja se descarga primero, mientras que otros medios aún mantienen propiedades aislantes, lo que forma una descarga parcial.

A medida que aumenta el voltaje, la DP (descarga parcial) del mismo tamaño se vuelve más grave. Esto se debe en parte al aumento de la tensión en dispositivos de mayor voltaje, en parte a la disponibilidad de más voltaje y en parte a las formas geométricas. La regla aproximada puede ser ponderar linealmente el nivel de voltaje. Por lo tanto, una descarga de 50pC en un sistema de 33kV es tres veces más destructiva que una descarga del mismo tamaño en un sistema de 11kV.