Le problème d'isolation solide

Pour l'isolation solide, nous nous appuyons parfois fortement sur elle, pensant qu'avec l'isolation solide, nous pouvons facilement répondre aux exigences d'isolation. Cependant, des problèmes surviennent souvent où les performances peuvent ne pas être évidentes à basse tension, et une défaillance d'isolation est plus susceptible de se produire à des tensions plus élevées.

Lorsque la tension appliquée atteint un certain seuil, la force du champ électrique dans l'espace près de l'électrode ayant un rayon de courbure plus petit atteint d'abord la force de champ initiale E0, entraînant une ionisation par collision, une avalanche d'électrons et même une décharge en bannière dans cette zone locale. Cette décharge partielle qui ne se produit que dans la région de champ fort, c'est-à-dire l'espace près de l'électrode de demi-diamètre de courbure petite, est appelée décharge corona.

Dans un champ électrique extrêmement non uniforme, la décharge doit commencer à partir de la surface de l'électrode ayant le rayon de courbure le plus petit, quelle que soit la polarité de cette électrode. La décharge dans un champ électrique extrêmement non uniforme présente des effets de polarité significatifs. L'espace d'air "bâton-plaque" avec un champ électrique extrêmement inégal a une tension de claquage de polarité négative supérieure à la tension de claquage de polarité positive.

La pointe fait principalement référence aux parois minces, aux saillies, aux bavures et autres endroits, comme les plaques chauffantes en alliage d'aluminium. Si la plaque est mince et proche du corps chargé, il est facile qu'elle décharge sous haute tension. Dans ce cas, une distance de plus de 125mm à partir de 12kV n'est pas suffisante. Il en est de même pour les dissipateurs de chaleur des pôles à haut courant, ainsi que pour les plaques de montage des manchons de traversée de mur et des boîtes de contact. Auparavant, on utilisait le poinçonnage progressif CNC pour les former, avec des bords pointus entre les trous circulaires et les bords qu'il faut éviter.

En matière d'isolation, en particulier pour les disjoncteurs moyenne tension et les interrupteurs, il est bien connu que les trois interfaces où sont installés les composants d'isolation ont la plus forte intensité de champ électrique.

N'utilisez pas les étapes de la machine de poinçonnage CNC pour percer les trous de montage, car cela peut causer des bords en forme de dents. Ils doivent être aussi lisses que possible.

L'isolation solide est équivalente à deux différents milieux d'isolation connectés en série sous un champ électrique. La tension est divisée par la capacité de chaque milieu, et l'intensité du champ électrique est calculée en fonction de la tension divisée. Si des condensateurs de même taille ont une constante diélectrique et une capacité élevées, le diviseur de tension sera faible. Cela signifie que l'isolation solide, qui aurait dû être la force principale, peut supporter une petite tension, ce qui augmente la tension que l'isolation à l'air doit supporter. Cependant, l'intensité du champ électrique dépasse l'intensité de champ électrique admissible de l'isolation à l'air, provoquant une décharge.

Un exemple extrême est le suivant : la distance entre l'électrode à l'intérieur du pôle et le cylindre d'isolation est de 5 mm, l'épaisseur de la couche d'isolation en résine époxy est de 15 mm, et la distance entre le pôle et la boîte de mécanisme est de 50 mm. Le calcul simple est le suivant : distance dans l'air 5 + 50 = 55 mm, tension de claquage d'impulsion de 40,5 kV à 185 kV, calculée sur la base de la constante diélectrique de la résine époxy de 4,5, la tension divisée dans l'air est de 185 / (55 × 4,5 + 15 × 1) × (55 × 4,5) = 174,4 kV.

C'est-à-dire qu'une couche d'isolation en résine époxy de 15 mm d'épaisseur ne peut supporter qu'une tension de 10,6 kV. Comme tout le monde le sait, 40,5 kV nécessitent une distance de clarté dans l'air de 300 mm. Maintenant, une distance de 55 mm n'est pas suffisante pour supporter 174 kV. 175 / 55 = 3,18 kV, ce qui dépasse la tension admissible pour le claquage de l'air et entraînera une décharge. Nous devons augmenter l'espacement dans l'air et ne pas nous fier à l'isolation solide. À ce stade, les zones avec une concentration de champ électrique telles que la pointe entraîneront inévitablement une décharge.

La décharge partielle est également causée par une forte intensité de champ électrique due à la division capacitive de tension, entraînant des décharges de claquage répétées. La décharge partielle fait référence au phénomène de décharge qui se produit dans une zone locale d'un isolant sous l'action d'un champ électrique, tandis que la partie globale de l'isolant ne subit pas de décharge traversante et conserve toujours ses propriétés d'isolation. Sous un champ électrique alternatif, la distribution de l'intensité du champ électrique est inversement proportionnelle à la constante diélectrique. Donc, s'il y a des bulles dans un milieu solide, la constante diélectrique de l'air est environ 1/4 de celle des matériaux isolants. Par conséquent, l'intensité du champ électrique à l'intérieur de la bulle est plus élevée que celle du milieu environnant, et la résistance au claquage de la bulle est beaucoup plus faible que celle du solide. Par conséquent, la bulle se décharge en premier, tandis que les autres milieux conservent toujours des propriétés d'isolation, ce qui forme une décharge partielle.

À mesure que la tension augmente, la décharge partielle (DP) de même taille devient plus grave. Cela est en partie dû à la contrainte croissante dans les dispositifs à haute tension, en partie à la disponibilité de plus de tension, et en partie aux formes géométriques. La règle approximative peut être de pondérer linéairement le niveau de tension. Par conséquent, une décharge de 50 pC dans un système de 33 kV est trois fois plus destructive qu'une décharge de même taille dans un système de 11 kV.