Wpływ uwarstwienia na pracę układu izolacyjnego

Izolacja powietrzna Izolacja: powietrze+szkło

Układ jednorodny Układ uwarstwiony

Układ 1) Układ 2)

ε = 1 ε₁= 1 ε₂ = 6

Eprz = 30 kV/cm Eprz₁ = 30 kV/cm,

Eprz₂ = 50 kV/cm

a = 5 cm a₁ = 3 cm a₂ = 2 cm

U = 120 kV U = 120 kV

Jaki jest wpływ faktu umieszczenia w powietrzu warstwy szkła, którego wytrzymałość elektryczna jest większa od wytrzymałości powietrza?

Układ 1):

układ pracuje bez przebicia

Układ 2):

Warstwa powietrza zostaje przebita, pełne napięcie U działa odtąd na warstwę szkła, układ przestaje być dwuwarstwowy, pracuje tylko warstwa szkła, w której natężenie pola wynosi teraz:

Również warstwa szkła zostaje przebita i w rezultacie cały układ ulega przebiciu.

Fakt ten spowodowany jest zmianą układu z pojedynczego jednorodnego, na uwarstwiony, przy określonych wartościach a₁, ε₁, a₂, ε₂ , Eprz₁, Eprz₂ , Eprz

Był to przykład na niekorzystny wpływ uwarstwienia, w którym powietrze-materiał elektrycznie słabszy, przyjmuje większe natężenie pola elektrycznego.

Poprzedni przykład dotyczył szkodliwych skutków uwarstwienia układu izolacyjnego.

W dalszym ciągu przedstawiony jest przykład na korzystne działanie uwarstwienia - wykorzystywane w konstrukcji i technologii.

Układ 1) Układ 2)

1 = 1 < 2 = 3,5 1 = 2,2 < 2 = 3,5

Eprzeb1 < Eprzeb2 Eprzeb1 > Eprzeb2

a1 = a2 A1 = a2

a = 2a1

Układ 1):

Układ 2):

Rozkłady pól elektrycznych E w warstwach w obu układach i wytrzymałości elektryczne Eprz każdej warstwy:

Układ 1):

Wniosek: E_prz < E w warstwie 1, warstwa ulegnie przebiciu

Układ 2):

Wniosek: E_prz > E w każdej z dwu warstw, układ pracuje bez uszkodzenia.

Skutek działania warstwy olejowej wprowadzonej w miejsce powietrza: zmniejszenie nierównomierności rozkładu pola elektrycznego, zwiększenie wytrzymałości dzięki zastąpieniu słabego elektrycznie powietrza bardziej wytrzymałym olejem.

Uwaga:

Olej pochodzenia naturalnego, z ropy naftowej, ma zawsze = 2,2

Oleje syntetyczne mogą osiągnąć większe wartości . Jest to ważne dla

kondensatorów, dla których chodzi o uzyskanie dużego wskaźnika

stosunku mocy biernej do objętości kondensatora: Q/V [kVAr/m³]

Wskaźnik ten zależy zatem od:

E² - problem techniki wysokich napięć, żeby móc podwyższać natężenie pola

elektrycznego E w układzie izolacyjnym,

ε - problem inżynierii materiałowej i chemii aby wytworzyć materiał o wyższej stałej

dielektrycznej

1

2

TWN_sT25

---