Unități SI | V / m |
---|---|
Alte unități | kV / mm, MT / m |
Baza SI | V / m |
Natură | intens |
Simbol obișnuit | E c |
Link către alte dimensiuni |
Rezistența dielectrică a unui mediu izolant reprezintă valoarea maximă a câmpului electric pe care acesta îl poate suporta înainte de declanșarea unui arc electric (deci a unui scurtcircuit). Aceasta este denumită defecțiune a izolației. Aceasta este una dintre caracteristicile principale ale izolatorilor.
Se folosește și expresia câmp disruptiv , care este sinonim, dar mai frecvent folosit pentru a califica rezistența unei instalații, în timp ce termenul rezistență dielectrică este mai folosit pentru a califica un material.
În practică, rezistența dielectrică este definită de raportul dintre tensiunea maximă fără defecțiune și distanța care separă electrozii între care se aplică această tensiune. Astfel putem scrie:
cu:
U: tensiune de avarie dată (kV)
d: Distanța dintre electrozi (mm)
E c (V / m): rezistență dielectrică (este exprimată în V / m sau mai frecvent în kV / mm sau MV / m).
Dacă tensiunea aplicată între cei doi electrozi este mai mare decât rezistența dielectrică , izolatorul nu mai devine izolator și se stabilește un curent între cei doi electrozi sub forma unui arc electric , aceasta se numește defalcare . Când apare o defecțiune într-un material sau într-o instalație, proprietățile sale fizice pot fi schimbate într-un mod reversibil sau ireversibil. De exemplu, pentru un condensator atunci când această valoare este depășită, elementul este distrus. Valoarea maximă a tensiunii electrice aplicate bornelor se numește tensiune de rupere a condensatorului.
În cazul întrerupătorului de înaltă tensiune , aceasta este valoarea maximă a câmpului care poate fi rezistat după stingerea arcului (întreruperea curentului). Dacă puterea dielectrică este mai mică decât câmpul impus de restabilirea tensiunii, are loc o reaprindere a arcului, de unde eșecul încercării de a întrerupe curentul.
Pentru un material dat, rezistența dielectrică depinde de mai mulți factori sau parametri. Factorii care influențează rezistența dielectrică pot fi separați în două grupe: factori legați de tehnica sau metoda de măsurare și factori legați de fabricarea materialului .
Puterea dielectrică a izolatorilor lichizi și solizi este măsurată prin aplicarea unei tensiuni crescânde la izolator, până când materialul se sparge. Defecțiunea poate fi detectată vizual sau printr-o măsurare fizică: fie prin observarea unei căderi de tensiune pe material, fie prin observarea unei creșteri a curentului care curge prin el. Testele pot fi efectuate în tensiune alternativă, în tensiune directă sau în impuls, în funcție de aplicația industrială pentru care sunt destinați izolatorii.
În ceea ce privește testarea, tipurile de izolație dielectrică sunt împărțite în două categorii: cele cu auto-regenerare și cele care nu se auto-regenerează. Primii își recuperează complet proprietățile izolante după o descărcare perturbatoare în timpul unui test, ceilalți nu.
Datorită diferiților parametri și factori care influențează valoarea rezistenței dielectrice, defalcarea apare adesea la valori ale câmpurilor electrice mult mai mici decât valoarea rezistenței dielectrice prezise de teorie (Aceasta este denumită rezistență dielectrică intrinsecă ). Prin urmare, pentru aplicații industriale, se măsoară o rezistență dielectrică (numită practică ), a cărei valoare este mult mai mică decât valoarea teoretică ( rigiditate intrinsecă ).
Tehnicile de măsurare pentru a determina această valoare a rezistenței dielectrice sunt descrise în standarde precum IEC 60243 pentru materiale solide și IEC 60156 pentru izolatorii lichizi.
Pentru măsurarea rezistenței dielectrice a unui material solid , probe ale izolatorului sub formă de plăci (de 3 mm) sunt plasate între doi electrozi. Apoi, se aplică o tensiune crescătoare la bornele celor doi electrozi. Odată ce s-a observat căderea de tensiune (sau creșterea curentului) care indică apariția unei defecțiuni în izolație, se efectuează un al doilea test.
Dacă a doua tensiune de avarie este semnificativ mai mică decât prima, atunci obiectul este considerat perforat și valoarea măsurată este reprezentativă pentru rezistența dielectrică a materialului. În caz contrar, proba a fost ocolită și defectarea a avut loc în aer, iar această măsurare a defectării nu corespunde cu rezistența dielectrică a materialului. Pentru a corecta acest lucru, sunt posibile două soluții: creșteți diametrul probei sau luați măsurarea într-un mediu mai izolant decât aerul (într-un gaz precum SF6 sau într-o baie de ulei izolantă).
Odată ce măsurarea a fost efectuată corect, operația trebuie repetată de 5 ori pe probe identice. Media celor 5 valori obținute reprezintă rezistența dielectrică a materialului.
Spre deosebire de izolatorii solizi, izolatorii lichizi sunt izolații cu autoregenerare , adică defectarea nu distruge complet materialul și, prin urmare, este posibil să se efectueze mai multe teste pe aceeași probă. Pentru a măsura rezistența dielectrică , este suficient să scufundați cei doi electrozi în izolatorul lichid. Apoi, în același mod ca și pentru izolatoarele solide, tensiunea crește până când apare defecțiunea. Cu toate acestea, trebuie luate măsuri de precauție în timpul testului, cum ar fi prevenirea poluării izolației de umiditatea din aer sau de alte particule care pot influența măsurarea.
Odată ce prima măsurare a fost efectuată corect, trebuie efectuate măsurători suplimentare pe aceeași probă. Cu toate acestea, trebuie avut grijă ca între două măsurători, lichidul izolant să fie agitat pentru a disipa reziduurile defecțiunii anterioare, evitând în același timp formarea de bule în interiorul lichidului. De asemenea, este necesar să așteptați câteva minute între două teste pentru timpul în care lichidul se odihnește (aproximativ 5 minute).
În cazul izolatorilor de lichid, rezistența dielectrică este media a 6 valori ale tensiunii de rupere obținute conform protocolului descris mai sus ...
În cazul unui izolator gazos, rezistența dielectrică depinde de presiunea gazului, conform unei relații neliniare. Legea PASCHEN descris această relație. Într-adevăr, pentru un produs cu presiune constantă și distanță inter-electrod, rezistența dielectrică este constantă. Acesta este motivul pentru care standardele nu recomandă teste de tensiune.
Comparativ, aerul este un izolator puternic. Dar sub tensiuni ridicate, electronii care alcătuiesc atomii moleculelor de aer sunt literalmente smulși de pe orbita lor de valență pentru a participa la conducerea electrică: fulgerul trece apoi prin atmosferă. Cea mai frecvent acceptată valoare a câmpului perturbator al aerului este:
Putem interpreta această formulă foarte simplu spunând că, în aerul uscat, este nevoie de o diferență de potențial de 36.000 de volți pentru a face o scânteie între doi electrozi plat distanți la 1 centimetru sau 3.600 de volți pentru a face o scânteie. Scânteie între doi electrozi la 1 milimetru distanță . Această interpretare este mai bine cunoscută sub numele de „regula de 30.000 V per cm ”.
Umiditatea ambientală este evident un factor important, apa fiind un conductor mult mai bun decât gazele din aer. Pentru aerul saturat cu umiditate, câmpul perturbator poate scădea la 10.000 V pe cm . Aceste valori permit estimarea ordinii de mărime a tensiunilor implicate în fenomenul fulgerului .
Alte gaze decât aerul sunt utilizate în aparatele de distribuție de înaltă tensiune pentru a reduce volumul acestuia. Hexafluorura de sulf este utilizat pe scară largă în înaltă tensiune , deoarece domeniul său perturbator este de cel puțin două ori mai mare de aer.
Rezistența dielectrică evocă și dielectricul care este un izolator sau o substanță care nu conduce electricitatea și care este polarizabilă de un câmp electric. În majoritatea cazurilor, proprietățile dielectricului se datorează polarizării substanței.
De asemenea, putem vorbi despre un câmp perturbator în cazul cablurilor electrice, în care miezul (numit și miezul) este separat de învelișul de pământ printr-un izolator. Din nou, un câmp electric radial excesiv ridicat duce la defectarea acestui izolator, deteriorând ireversibil cablul.
Material | Rezistența dielectrică (kV / mm) |
---|---|
Aer | 3 |
Cuarţ | 8 |
Titanat de stronțiu | 8 |
Neopren | 12 |
Nailon | 14 |
Pyrex | 14 |
ulei de silicon | 15 |
Hârtie | 16 |
Bachelită | 24 |
Polistiren | 24 |
Vid mare | 20–40 (depinde de electrozi) |
Teflon | 60 |
Mica | 150 |
Vid perfect | 10 12 |