Rigiditatea dielectrică. Apariția arcului electric.

Atenție ! Nu incercați sa realizați acasa experimentele menționate mai jos ! Pericol de moarte !

Ce este rigiditatea dielectrică ? Rigiditatea dielectrică este valoarea maximă a câmpului electric la care poate fi supus un izolator fără a fi străpus.

Ce înseamnă a fi străpuns un izolator ? Pierderea bruscă a proprietății izolante a unui material supus unui câmp electric. Aceasta este manifestă prin străpungerea mediului izolant de către arcul electric.

Câmpul electric se măsoara in [V/m].

De ce este necesară studierea rigiditătii dielectrice ? Rigiditatea dielectrică ne transmite “rezistența” unui material aflat într-un câmp electric. Studiul rigidității dielectrice ne ajută la dimensionarea izolatoarele si a izolațiilor electrice.

Un izolator electric trebuie sa aibă atât o rigiditatea dielectrica crescută (pentru a nu fi străpuns sub acțiunea câmpului electric) cât și o rezistivitate electrica cât mai mai crescută (pentru a nu permite trecerea curenților de intensități mici prin acesta). Pe lânga acestea, un izolator trebuie sa dețină și proprietăți adecvate mediului în care acesta urmează sa fie amplasat (umed, salin,etc.)

Vom începe cu cel mai comun izolator, aerul, acesta are o rigiditate dielectrică de aproximativ 3kV/mm. Deci pentru a se crea un arc electric, in aer, este nevoie de un câmp electric de aproximativ 3kV/mm. Poate părea o valoare extrem de mare, ce ne-ar putea duce cu gândul la faptul că distanțele păstrate intre părțile aflate sub tensiune, văzute in special la liniile electrice aeriene, sunt supradimensionate, însă aceasta este o valoare in condiții ambientale ideale. In realitate, temperatura, umiditatea, tipul tensiunii aplicate, pot conduce la valorii mai mici de străpungere a acestui izolator, deseori poate scădea până la 1kV/mm.

Un experiment prin care poate fi pusă in evidență străpungerea unui izolator il reprezinta crearea unui arc electric cu ajutorul dispozivitelor piezoelectrice de la brichete. Cu ajutorul acestora se poate observa faptul că în aer se crează arcuri electrice de câțiva milimetri. Ceea ce inseamnă ca aceste dispozitive realizează impusuri de câtiva kV ! Curentul si timpul ce caracterizează acest impuls sunt extrem de mici (ms, mA), ceea ce face ca și energia transmisă să fie foarte mică.

Un fenomen interesant, ce apare în cadrul izolațiilor formate din două medii izolante, il reprezintă “conturnarea izolației solide”. Un exemplu des întâlnit, îl reprezintă, izolațiile sticlă-aer, unde avem un izolator din sticla în jurul căruia avem aer. Atât sticla cât și aerul sunt materiale izolatoare.

Aerul in conditii reale poate avea o rigiditate de 1-3kV/mm, in schimb sticla utilizată in cadrul izolatoarelor electrice poate avea o rigiditate de 40kV/mm. Prin urmare rigiditatea sticlei va fi de până la zeci de ori mai mare decât cea a aerului. Atunci când distanta de izolație creata de cele două medii este insuficientă în fața câmpului electric, va apărea fenomenul de conturnare a izolatorului de sticlă, intrucât rigiditatea aerului este mult mai mică decât cea a izolatorului, fiind “străpuns” mediul izolant cu rigiditatea cea mai mică.

Mai jos avem sunt câteva poze din cadrul unui experiment, unde sticla era supusă unei diferente de potențial suficient de mare astfel încât sa iși facă apariția mici arcuri electrice (descărcări superficiale, egrete luminoase). Odată cu creșterea tensiunii, acestea iși măresc dimensiunea, fiind din ce in ce mai aproape fenomenul de conturnare a plăcii de sticlă sau de străpungere a acesteia.

De menționat faptul că grosimea sticlei din imagine este de aproximativ 5mm, iar latura plăcii de aproximativ 15-20cm. Ce credeți s-a întâmplat ? A fost străpunsă sticla sau conturnată (străpunere a mediului izolant format din aer) ? Stiind ca sticlă are grosime 5mm x (10-40 kV//mm), rezultă faptul ca avem nevoie de o tensiune cuprinsă intre 50kV si 200kV pentru a străpunge sticla. De asemenea o condiție suplimentară, de străpunere a plăcii de sticlă ar fi ca suprafața acesteia sa fie suficient de mare încât sa împiedice apariția conturnării. In vederea realizării experimentului s-a utilizat un transformator ridicator de tensiune, ce poate asigura în secundarul acestuia pana la 60kV. Tensiunea norminala in primar fiind 0.23kV.

Observații:

1.Rigiditatea dielectrică este foarte importantă in studiul si dimensionarea tuturor izolațiilor din domeniul electric (izolatorii liniilor electrice aeriene, izolațiile cablurilor electrice).

2.Porțiunea dintre cele două medii (aer si sticlă) este cea mai sensibilă din punct de vedere al rigiditătii electrice din cauza prafului, apei, si altor particule depuse pe sticlă (pe izolatoare) ce favorizează conducția electrică. Prin urmare, o eventuală străpungere a mediului izolator, s-ar produce in zonă de tranziție dintre cele două medii, valoarea câmpului electric necesar conturnării fiind sub valoarea de străpungere a aerului.

3.Subdimensionarea izolatorilor de susținere/întindere al conductoarelor conduce la conturnarea acestora si la apariția scurtcircuitelor. Izolatoarele destinate LEA cu tensiune mai mari sau egale 110kV prezintă inele metalice la capatele izolatorului, ce au rolul de uniformiza câmpul electric.

4.In tara noastra, in ultima vreme, se utilizeaza izolatori realizati din materiale sintetice (cauciuc siliconic). Aceste au numeroase avantaje, precum greutate reduse, se realizează și se monteaza mai ușor. Sunt mai ușțare chiar si de 20 de ori decât cele din sticlă/portelan. Dezavantajele acestor izolatoare constau in rezistenta redusă la arc electric, de asemenea rezistență redusă la tracțiune. Balantă inclină clar spre utilizarea acestor tipuri de izolatoare.



1 Comment

  • Mimi Goanta mai 7, 2017 at 9:48 pm

    Ok BĂIEȚI ÎNVĂȚAȚI Din ACESTE ARTICOLE FOARTE EXPLICITE ,,!!!! Urmează concursul TROFEUL ENERGETICIANULUI !!!!! 2017,,,!!!!!!

    Reply

Leave a Comment