# Обяснена диелектрична якост на епоксидна смола и въздух: Ключови разлики при проектирането на средно напрежение

> Източник:: https://voltgrids.com/bg/blog/epoxy-resin-vs-air-dielectric-strength-explained-key-differences-in-mv-insulation-design/
> Published: 2026-04-07T03:26:53+00:00
> Modified: 2026-05-10T02:28:41+00:00
> Agent JSON: https://voltgrids.com/bg/blog/epoxy-resin-vs-air-dielectric-strength-explained-key-differences-in-mv-insulation-design/agent.json
> Agent Markdown: https://voltgrids.com/bg/blog/epoxy-resin-vs-air-dielectric-strength-explained-key-differences-in-mv-insulation-design/agent.md

## Summary

Това техническо ръководство сравнява диелектричната якост на епоксидната смола с тази на въздуха, за да илюстрира основните предимства на комутационните апарати с твърда изолация (SIS). Открийте как превъзходната диелектрична якост на епоксидната смола дава възможност за намаляване на площта до 60% и пълен имунитет срещу замърсяване на околната среда. Получете критична представа за физиката на...

## Media

- YouTube: https://youtu.be/ZJD5_tIULgk
- SoundCloud: https://soundcloud.com/bepto-247719800/epoxy-resin-vs-air-dielectric/s-IsNzIID5whZ?si=a8586a186d5244188837f60c21fe9da0&utm_source=clipboard&utm_medium=text&utm_campaign=social_sharing

## Article

![Кутия за контакти при късо съединение 40kA - CHN3-12KV190 1600A Епоксидна смола 100kA Пик-3](https://voltgrids.com/wp-content/uploads/2025/09/40kA-Short-Circuit-Contact-Box-CHN3-12KV190-1600A-Epoxy-Resin-100kA-Peak-3.jpg)

[Епоксидна смола Контактна кутия](https://voltgrids.com/bg/product-category/air-insulation-series/contact-box/)

## Въведение

Всеки размер в разпределителния панел за средно напрежение се определя от едно число: диелектричната якост на изолационната среда между проводниците под напрежение и заземените конструкции. Това единствено свойство на материала - измерено в киловолта на сантиметър - определя разстоянията между фазите, разстоянията между фазите и земята, дължината на пътя на провлачване и физическия обем на изолацията, необходим за издържане на номиналното импулсно напрежение на мълнията без пробив.

**Диелектричната якост на отлятата епоксидна смола е 180-200 kV/cm в насипно състояние - приблизително шест пъти по-голяма от тази на въздуха при атмосферно налягане (30 kV/cm) - и тази единствена разлика в свойствата на материала е техническата основа, която позволява на разпределителните устройства с твърда изолация да постигнат 40-60% по-малки размери на панела в сравнение с разпределителните устройства с въздушна изолация, като същевременно елиминират режимите на повреда, свързани с повърхностно замърсяване, които ограничават ефективността на въздушната изолация в замърсени промишлени среди.**

За електроинженерите, които проектират изолационни системи за средно напрежение, и за мениджърите по снабдяването, които оценяват разпределителните устройства AIS спрямо SIS, разбирането на сравнението на диелектричната якост между епоксидна смола и въздух не е академично фоново знание - то е количествената основа за всяко твърдение за ефективност на пространството, всяка спецификация за устойчивост на замърсяване и всяко решение за координация на изолацията, което отличава технологията за твърда изолация от нейния предшественик с въздушна изолация.

В тази статия е представен строг, насочен към приложението анализ на диелектричната якост в епоксидна смола спрямо въздушни изолационни системи - от фундаменталната физика на разрушението до инженерното класифициране на полето, екологичните характеристики и практическите последици за спецификацията и дизайна на разпределителните устройства за средно напрежение.

## Съдържание

- [Какво е диелектрична якост и как се измерва в епоксидна смола и въздух?](#what-is-dielectric-strength-and-how-is-it-measured-in-epoxy-resin-and-air)
- [Как се представят епоксидната смола и въздушната изолация в реални експлоатационни условия на МВ?](#how-do-epoxy-resin-and-air-insulation-perform-under-real-mv-operating-conditions)
- [Как разликата в диелектричната якост определя предимствата на дизайна на SIS разпределителните устройства?](#how-does-dielectric-strength-difference-drive-sis-switchgear-design-advantages)
- [Какви са изискванията за спецификация и проверка на качеството на епоксидните изолационни системи?](#what-are-the-specification-and-quality-verification-requirements-for-epoxy-insulation-systems)

## Какво е диелектрична якост и как се измерва в епоксидна смола и въздух?

![Научна инфографика, сравняваща диелектричната якост и механизмите на пробив. В лявата част е описан подробно процесът на разряд на Таунсенд в газ (въздух) с илюстративни диаграми, показващи основните стъпки и пробивна сила от ~30 kV/cm. Дясната страна показва уредбата за краткотрайно изпитване на диелектрична якост по IEC 60243 за твърдо тяло (отлята епоксидна смола) в изолационно масло, като обяснява електронните и термичните механизми на пробив и дава резултат от ~180-200 kV/cm.](https://voltgrids.com/wp-content/uploads/2026/04/Dielectric-Strength-and-Breakdown-Comparison-between-Air-and-Cast-Epoxy-Resin-1024x687.jpg)

Сравнение на диелектричната якост и пробив между въздух и отлята епоксидна смола

Диелектричната якост е максималният интензитет на електрическото поле, изразен в kV/cm или kV/mm, който даден изолационен материал може да издържи, без да претърпи диелектричен пробив: катастрофален преход от изолационно към проводящо състояние, причинен от лавинообразна йонизация на материала при екстремно напрежение на електрическото поле.

### Физика на диелектричния разпад

**Разрушаване във въздуха - лавинен механизъм на Таунсенд:**

Във въздуха при атмосферно налягане диелектричният пробив се осъществява чрез лавинообразния процес на Таунсенд:

1. Свободните електрони (от космическа радиация или фотойонизация) се ускоряват в приложеното електрическо поле.
2. Ускорените електрони се сблъскват с неутралните молекули на въздуха, като ги йонизират и освобождават допълнителни електрони.
3. Всяко йонизационно събитие умножава популацията на електроните - лавина
4. Когато лавината достигне критична плътност, проводящ плазмен канал (стример) премоства разстоянието между електродите
5. Стримерът преминава в пълна дъга, с което завършва разбивката.

[Полето на пробив за въздух с еднаква геометрия на електрода при стандартни условия (20°C, 1 бар, 50% RH) е приблизително 30 kV/cm](https://en.wikipedia.org/wiki/Dielectric_strength)[1](#fn-1). Тази стойност е силно чувствителна към:

- **Геометрия на електрода:** Неравномерните полета (остри ръбове, малки радиуси) намаляват ефективната пробивна сила до 5-15 kV/cm
- **Влажност:** Повишаването на влажността над 50% RH намалява якостта на пробив с до 15%
- **Замърсяване:** Повърхностното замърсяване на изолацията в непосредствена близост до въздушните междини създава проводящи пътища, които инициират избухване при полета далеч под стойността на пробива в чист въздух.
- **Надморска височина:** Намалената плътност на въздуха на височина (> 1000 м) намалява пропорционално якостта на разрушаване

**Разрушаване на епоксидна смола - електронни и термични механизми:**

Диелектричният пробив в твърда епоксидна смола се осъществява чрез коренно различни механизми, отколкото в газ:

- **Електронна повреда:** При много високи полета (> 500 kV/cm) директното инжектиране на електрони от електродите в полимерната матрица инициира лавинообразна йонизация в твърдото тяло - вътрешен механизъм на разрушаване.
- **Топлинно разрушаване:** Диелектрични загуби (тенδ×E2\tan \delta \times E^2) генерират топлина в материала; ако генерирането на топлина надхвърли разсейването на топлината, температурата се повишава, докато материалът не се разруши - практическият ограничителен механизъм при честотата на мощността
- **Ерозия при частичен разряд:** При наличие на кухини или включвания частичните разряди постепенно разрушават околния полимер - преобладаващият дългосрочен механизъм на разрушаване при експлоатация.

Измерената диелектрична якост на отлятата епоксидна смола при [условията на изпитване за кратко време по IEC 60243 са 180-200 kV/cm](https://webstore.iec.ch/publication/1150)[2](#fn-2) - приблизително 6 пъти по-висока от стойността на въздуха. При дългосрочни условия на експлоатация с активност на частичен разряд ефективното проектно поле се ограничава до 20-40 kV/cm, за да се осигури 30-годишен живот на изолацията.

### Стандартни методи за измерване

**IEC 60243-1 - Краткотрайно изпитване на диелектричната якост:**

- Електроди: месингови цилиндри с диаметър 25 mm и плоски повърхности с диаметър 25 mm, потопени в изолационно масло, за да се предотврати възпламеняване на повърхността.
- Прилагане на напрежението: Рампа със скорост 2 kV/s от нула до пробив
- Дебелина на пробата: 1-3 мм за характеризиране на насипни материали
- Резултат: Напрежението на пробив, разделено на дебелината на пробата = диелектрична якост в kV/mm

**IEC 60060-1 - Техники за изпитване на високи напрежения:**

- Изпитване за издръжливост на захранващата честота: Приложено напрежение с честота 50 Hz за 60 секунди; без пробив = издържа
- Изпитване за издръжливост на импулси от мълния: 1.2/50μs импулсна форма на вълната; издържа при номинална стойност на BIL = преминава
- Тези изпитвания се прилагат за цели разпределителни устройства, а не за проби от материали.

### Референтни стойности на диелектричната якост

| Материал | Диелектрична якост | Условие за изпитване | Стандартен |
| Въздух (равномерно поле) | 30 kV/cm | 20°C, 1 бар, равномерно | IEC 60060 |
| Въздух (неравномерно поле) | 5-15 kV/cm | Остра геометрия на електрода | IEC 60060 |
| Въздух (замърсена повърхност) | 1-5 kV/cm | Замърсена повърхност на изолатора | IEC 60507 |
| SF6 (1 бар) | 89 kV/cm | Еднородно поле | IEC 60052 |
| SF6 (3 бара) | ~220 kV/cm | Еднородно поле | IEC 60052 |
| Епоксидна смола за отливане (APG, насипно състояние) | 180-200 kV/cm | IEC 60243, за кратко време | IEC 60243 |
| Лятна епоксидна смола (поле за проектиране) | 20-40 kV/cm | Дългосрочно обслужване, 30 години живот | IEC 62271 |
| XLPE кабелна изолация | 200-300 kV/cm | В насипно състояние, за кратко време | IEC 60502 |
| Порцелан (в насипно състояние) | 60-100 kV/cm | В насипно състояние, за кратко време | IEC 60672 |
| Силиконова гума | 150-200 kV/cm | В насипно състояние, за кратко време | IEC 60243 |

### Защо се различават якостта на късо време и проектното поле

Съотношението от 6 пъти между краткотрайната диелектрична якост на епоксидната смола (180-200 kV/cm) и практическото й проектно поле (20-40 kV/cm) отразява факторите за безопасност, необходими за 30-годишен живот на изолацията при:

- **Непрекъснато напрежение на променлив ток** - напрежението на мощната честота оказва циклично напрежение 50 пъти в секунда, 1,6 милиарда цикъла за 30 години.
- **Преходни пренапрежения** - мълниеносните импулси и комутационните пренапрежения създават пикови полета 3-5 пъти по-високи от номиналното напрежение.
- **Термично стареене** - повишената температура ускорява разпадането на полимерните вериги, като постепенно намалява диелектричната якост
- **Дейност при частичен разряд** - дори подпрагови PD събития в кухини или интерфейси ерозират околния полимер с течение на времето

Проектното поле от 20-40 kV/cm включва всички тези механизми на деградация с подходящи граници на безопасност, като гарантира, че изолационната система запазва адекватна диелектрична якост през целия си номинален експлоатационен живот.

## Как се представят епоксидната смола и въздушната изолация в реални експлоатационни условия на МВ?

![Научна стълбова диаграма, озаглавена 'СРАВНИТЕЛНА ДИАЛЕКТРИЧНА СИЛА НА ИЗОЛАЦИОННИТЕ МАТЕРИАЛИ'. Оста Y измерва 'Диелектричната якост (kV/cm)' от 0 до 400. По оста X са изброени изолационните материали и условия, включително 'въздух (равномерен)', 'въздух (неравномерен)', 'въздух (замърсен)', 'SF6 (1 бар)', 'SF6 (3 бара)', 'лят епоксид (APG)', 'лят епоксид (проектно поле)', 'XLPE кабелна изолация', 'порцелан (насипен)' и 'силиконова гума'. Лентата за XLPE е уникална, като показва специфичен диапазон с отбелязани стойности "200" и "300", докато другите ленти представят индивидуални стойности с грешка.](https://voltgrids.com/wp-content/uploads/2026/04/Comparative-Dielectric-Strength-Chart-of-Insulation-Materials-and-Conditions-1024x559.jpg)

Сравнителна диаграма на диелектричната якост на изолационни материали и условия

Лабораторните стойности на диелектричната якост за епоксидна смола и въздух представляват идеални условия - равномерни полета, чисти повърхности, контролирана температура и влажност. Реалните разпределителни устройства за средно напрежение работят в среди, които систематично влошават характеристиките на въздушната изолация, като оставят твърдата епоксидна изолация до голяма степен незасегната. Това разминаване в експлоатационните характеристики в реални условия е практическата инженерна обосновка на технологията за твърда изолация.

### Производителност на замърсяването

**Въздушна изолация при замърсяване:**

[Класификацията на IEC за степента на замърсяване (IEC 60815) определя четири степени на замърсяване (а-г) въз основа на еквивалентната плътност на солевите отлагания (ESDD)](https://webstore.iec.ch/publication/3725)[3](#fn-3) върху повърхностите на изолатора. С увеличаване на нивото на замърсяване минималното разстояние за преминаване, необходимо за надеждна въздушна изолация, се увеличава драстично:

- **Ниво на замърсяване a (леко):** 16mm/kV разстояние за преминаване
- **Ниво на замърсяване b (средно):** 20mm/kV разстояние за преминаване
- **Ниво на замърсяване c (тежко):** 25mm/kV разстояние за преминаване
- **Ниво на замърсяване d (много силно):** 31mm/kV разстояние за преминаване

За инсталация на разпределително устройство 12 kV в среда с голямо замърсяване необходимото разстояние на проход е 25 × 12 = 300 mm - физическо ограничение, което пряко определя минималния размер на въздушноизолираните компоненти. В крайбрежна, промишлена или пустинна среда постигането на подходящо разстояние на проход в АИС изисква или увеличена геометрия на изолатора, или редовна поддръжка за почистване.

**Епоксидна смола при замърсяване:**

Изолацията от лят епоксид в разпределителните устройства SIS не е изложена на външни замърсявания. Твърдото капсулиране на всички проводници под напрежение означава, че въздушното замърсяване - солена мъгла, циментов прах, химически изпарения, конденз - не може да достигне до първичната изолационна среда. Единствените открити повърхности са външните повърхности на епоксидната капсула, които са проектирани с устойчивост на проследяване съгласно IEC 60587 (CTI > 600 V) и устойчивост на дъга съгласно IEC 61621 (> 180 секунди).

**Резултат:** Разпределителните устройства SIS поддържат пълната номинална диелектрична производителност в среди с клас на замърсяване d, където AIS би изисквала увеличени разстояния на проход, често почистване или допълнителна защита на корпуса.

### Температура и влажност

**Чувствителност към температурата и влажността на въздушната изолация:**

- Якостта на разрушаване на въздуха намалява с приблизително 0,3% на °C над 20°C
- При 55°C околна температура (често срещана в инсталациите в Близкия изток и тропиците) диелектричната якост на въздуха намалява с ~10%
- Относителната влажност над 80% с кондензация върху повърхностите на изолатора намалява ефективната издръжливост на пълзене с 30-50%
- Комбинираната висока температура и висока влажност (тропическа крайбрежна среда) може да намали ефективната ефективност на въздушната изолация с 40-60% под стандартните условия на изпитване

**Епоксидна смола Температура и влажност:**

- [Диелектричната якост на епоксидната смола намалява с приблизително 0,1% на °C над 20°C](https://www.huntsman.com/about/advanced-materials)[4](#fn-4) - три пъти по-слаба чувствителност от въздуха
- Абсорбцията на влага в отлятата епоксидна смола е ограничена до 0,1-0,3% от теглото при условия на пълно потапяне; при нормална експлоатация на разпределителните устройства абсорбцията на влага е незначителна.
- Термичен клас F (155°C) означава, че изолационната система запазва пълната си ефективност при постоянни работни температури до 105°C (40°C околна среда + 65°C повишаване на температурата).

### Изпълнение на частичен разряд

Частичен разряд (ЧР) е локализиран електрически разряд, който възниква в кухини, включения или на интерфейси в рамките на изолационна система, когато локалното електрическо поле превишава якостта на пробив на кухината - без да причинява пълно разрушаване на изолацията. PD е основният механизъм за стареене в твърдите изолационни системи и основният диагностичен показател за качеството на изолацията.

**PD в областта на въздушната изолация:**
В разпределителните устройства с въздушна изолация PD се появява по ръбовете на проводниците, повърхностите на изолатора и отлаганията на замърсяване при нормално работно напрежение. Въздушната изолация по своята същност е толерантна към PD на повърхността - въздушната междина се самозаздравява след всеки разряд. Въпреки това PD върху съседните твърди изолационни повърхности (опорни изолатори, кабелни накрайници) причинява прогресивна повърхностна ерозия и проследяване.

**PD в епоксидна смола:**
В твърдата епоксидна изолация PD се проявява изключително в кухини, включвания или интерфейсни дефекти, възникнали по време на производството. Епоксидната смола, отлята от APG без празнини, с PD < 5 pC при 1,5 × Um, има по същество нулева PD активност при нормално работно напрежение - проектното поле (20-40 kV/cm) е далеч под полето на възникване на празнини за материал без празнини. Всяка активност на PD, открита при експлоатация, показва производствен дефект или повреда при монтажа, която изисква разследване.

### Сравнително представяне в реални условия

| Параметър на изпълнение | Въздушна изолация (AIS) | Епоксидна смола (SIS) |
| Ниво на замърсяване d Изпълнение | Изисква 300 мм разстояние / почистване | Незасегнати - няма открити повърхности |
| Влажност > 80% RH | 30-50% с намаляване на издръжливостта | < 5% издържа на намаляване |
| Температура 55°C | ~10% намаляване на якостта | ~3% намаляване на якостта |
| Кондензация върху повърхности | Тежък риск от избухване | Без ефект (запечатани повърхности) |
| Солена мъгла (крайбрежна) | Изисква засилено пълзене | Незасегнат |
| Химическа атмосфера | Риск от проследяване на повърхността | Запечатано - не е засегнато |
| Надморска височина > 1 000 м | Изисква намаляване на напрежението | Не се изисква намаляване на напрежението |
| Дейност при частичен разряд | Присъщи на повърхностите | Нула в материал без празнини |

### Случай на клиент: Диелектрична повреда в разпределително устройство AIS, заменено с SIS в крайбрежен промишлен завод

Собственик на предприятие, ориентирано към качеството, експлоатиращ разпределителна подстанция 12 kV в крайбрежно съоръжение за преработка на химикали в Югоизточна Азия, се свързва с Bepto след избухване на фаза към земя на съществуващото разпределително устройство AIS. Разследването установи, че причината за повредата е замърсяването със солена мъгла на повърхностите на опорните изолатори - местоположението на обекта на 200 м от океана в комбинация с изпаренията от химическия процес са създали среда с клас на замърсяване d, на която оригиналната изолационна система AIS не е била проектирана да издържи без тримесечна поддръжка за почистване. Графикът на поддръжката се е изплъзнал по време на пиковия период на производството и натрупаният слой замърсяване е причинил избухване по време на влажен нощен период.

След замяната на засегнатите панели с разпределителното устройство SIS на Bepto, инженерният екип на съоръжението потвърди, че запечатаната епоксидна изолационна система е напълно незасегната от крайбрежната солена мъгла и химическата атмосфера през последвалия 30-месечен период на наблюдение - с нулеви интервенции по поддръжката на изолацията и нулеви събития на PD, открити при годишното наблюдение на състоянието. Имунитетът на плътната изолация към повърхностно замърсяване елиминира изцяло първопричината за първоначалната повреда.

## Как разликата в диелектричната якост определя предимствата на дизайна на SIS разпределителните устройства?

![Инфографика със сравнителна инженерна диаграма, която показва как по-високата диелектрична якост на отлятата епоксидна смола позволява на SIS (твърдо изолирани разпределителни устройства) да постигнат компактен дизайн с намалени разстояния и разположение на шините в сравнение с AIS (въздушно изолирани разпределителни устройства). В него са показани чертежи на напречни сечения на стилизирани разпределителни уредби 12 kV, при които AIS има големи въздушни разстояния, а SIS има значително по-малка дебелина на епоксидната изолация. Представени са примери за формули и за двете: за AIS,$$d_{min} = \frac{75 \text{ kV}}{15 \text{ kV/cm}} = 50 \text{ mm}$$ (използвайки въздушно проектно поле); за SIS,$$d_{min} = \frac{75 \text{ kV}}{200 \text{ kV/cm}} = 3.75 \text{ mm}$$ (при използване на епоксидна смола в насипно състояние). В таблицата за сравнение по-долу са посочени разстоянията и дебелината за нива на напрежение 12 kV, 24 kV, 40,5 kV и BIL, което показва приблизително 85% намаляване на пространството за SIS на всички нива. По-малките подробни вложки в долната част обясняват степенуването на полето и несъответствието на проницаемостта, с формули и илюстрации на разпределението на полето.](https://voltgrids.com/wp-content/uploads/2026/04/Dielectric-Strength-Advantage-SIS-vs.-AIS-Design-Comparison-Chart-1024x687.jpg)

Предимство на диелектричната якост - диаграма за сравнение на дизайна SIS и AIS

Предимството на диелектричната якост 6× на отлятата епоксидна смола пред въздуха се превръща директно в количествено измерими инженерни ползи при проектирането на SIS разпределителни устройства - ползи, които могат да бъдат изчислени от първи принципи и проверени спрямо размерите на инсталираното оборудване.

### Изчисляване на намалението на просвета

Минималната дебелина на изолацията, необходима за издържане на номиналното импулсно напрежение на мълнията (BIL), се определя от:

dmin=BILEdesignd_{min} = \frac{BIL}{E_{design}}

Къде: BILBIL е номиналното импулсно напрежение на мълнията и EdesignE_{design} е проектното поле на изолационната среда.

**За 12kV разпределителни устройства (BIL = 75kV):**

- **Въздушна изолация:** dmin=75 kV15 kV/cm=50 mmd_{min} = \frac{75 \text{ kV}}{15 \text{ kV/cm}} = 50 \text{ mm} (при използване на нееднородна проектна стойност на полето)
- **Епоксидна смола:** dmin=75 kV200 kV/cm=3.75 mmd_{min} = \frac{75 \text{ kV}}{200 \text{ kV/cm}} = 3.75 \text{ mm} (като се използва обемна стойност за кратко време; при практическото проектиране се използват 20-40 kV/cm с коефициенти на безопасност → 19-38 mm обща изолация)

Практическият резултат: епоксидната изолация при 12 kV изисква 15-25 mm твърд материал, докато въздушната изолация изисква 120-160 mm свободно пространство - 6-10 пъти по-малко пространство, отделено за изолация между проводници под напрежение и заземени конструкции.

**Сравнение на разстоянията между различните нива на напрежение:**

| Напрежение | BIL | Въздушен просвет (IEC 62271-1) | Дебелина на епоксидната смола (практическа) | Намаляване на пространството |
| 12kV | 75kV | 120 мм (фаза-земя) | 15-20 мм | ~85% |
| 24kV | 125kV | 220 мм (фаза-земя) | 25-35 мм | ~85% |
| 40,5 kV | 185kV | 320 мм (фаза-земя) | 40-55 мм | ~85% |

### Инженеринг на класификацията на полето в епоксидни системи

Въпреки че диелектричната якост на епоксидната смола в насипно състояние е 180-200 kV/cm, практическото проектиране е ограничено от концентрацията на електрическото поле в геометричните прекъсвания. По ръбовете на проводниците, интерфейсите на връзките и границите на материалите локалното поле може да надхвърли обемната стойност с коефициенти 2-5 пъти, създавайки точки на възникване на частичен разряд, дори когато средното поле е в границите на проекта.

**Техники за класификация на полето в SIS комутационни устройства:**

**Геометрично класиране:**
Всички ръбове на проводниците и интерфейси за накрайници са проектирани с контролирани радиуси. Връзката между радиуса на проводника rr и максималния коефициент на усилване на полето kk е:

k=1+2drk = 1 + \frac{2d}{r}

Къде: dd е дебелината на изолацията. За проводник с радиус 5 mm в 20 mm епоксидна изолация,k≈9k \приблизително 9 - което означава, че локалното поле на повърхността на проводника е 9 пъти по-голямо от средното поле. Това изисква или увеличаване на радиуса на проводника, или използване на материали за подобряване на полето на границата.

**Полупроводникови слоеве за класификация на полето:**
При съединенията на шините, кабелните накрайници и интерфейсите на прекъсвачите се полага тънък слой от полупроводима епоксидна смес (съпротивление 102−104 Ω⋅cm10^2 - 10^4 \text{ }\Омега\cdot\text{cm}) се прилага между проводника и обемната изолация. [Този слой преразпределя градиента на електрическото поле равномерно по протежение на интерфейса, като елиминира концентрацията на полето в края на проводника.](https://ieeexplore.ieee.org/document/7483038)[5](#fn-5) и намаляване на пиковото поле до границите на проектното поле без PD.

**Капацитивно класифициране:**
На интерфейсите за кабелни накрайници, където изолацията на XLPE кабела се среща с епоксидната изолация на разпределителната уредба, предварително оформените стресови конуси с капацитивни градиращи слоеве преразпределят полето през границата на интерфейса, като предотвратяват концентрацията на полето в точката на прекъсване на кабелния екран.

### Съображения за несъответствие на относителната проницаемост

Едно от предизвикателствата при проектирането, характерно за твърдите изолационни системи, е несъответствието на относителната проницаемост (εr) между различните изолационни материали на интерфейсите:

- **Отлята епоксидна смола:** εr=3.5−4.5\varepsilon_r = 3,5 - 4,5
- **Въздух:** εr=1.0\varepsilon_r = 1,0
- **XLPE кабелна изолация:** εr=2.3\varepsilon_r = 2,3
- **газ SF6:** εr=1.006\varepsilon_r = 1,006

На границата между два материала с различни стойности на εr електрическото поле се разпределя обратно пропорционално на съотношението на проницаемостта:

E1E2=εr2εr1\frac{E_1}{E_2} = \frac{\varepsilon_{r2}}{\varepsilon_{r1}}

Това означава, че на границата епоксидна смола-въздух полето във въздуха е 3,5-4,5 пъти по-високо от това в съседната епоксидна смола - ето защо всяка въздушна празнина или пролука на епоксидна повърхност се превръща в начална точка на частичен разряд при полета, които са много по-ниски от проектната стойност на епоксидната смола. Това е физическата причина, поради която леенето на APG без празнини и правилното класифициране на полетата на всички материални интерфейси са задължителни изисквания за качество при производството на SIS разпределителни устройства.

## Какви са изискванията за спецификация и проверка на качеството на епоксидните изолационни системи?

![Изчерпателно табло за изпитване на епоксидна изолация, показващо данни за проверка, базирани на IEC: интегрирана таблица за изпитвания (частичен разряд, издръжливост на мощна честота, импулс, изолационно съпротивление, CTI, съпротивление на дъга, обемна диелектрична якост, проверка на празноти) с критерии за приемане (1000 MΩ IR, >600 V CTI, >180 s съпротивление на дъга, >180 kV/cm якост, без празноти >0,5 mm). Включва диаграма на прага на PD (<5 pC / <10 pC), диаграма за сравнение на издръжливостта на напрежението, измервателни уреди за CTI и съпротивление на дъгата и диаграма за анализ на празнотите в напречното сечение. Чиста професионална визуализация на данните, съотношение 3:2, без показано оборудване.](https://voltgrids.com/wp-content/uploads/2026/04/Epoxy-Insulation-System-Specifications-and-Verification-Dashboard-1024x559.jpg)

Спецификации на епоксидната изолационна система и табло за проверка

Предимството на диелектричната якост на епоксидната смола пред въздуха се реализира в експлоатация само ако изолационната система е произведена по стандарти за качество без празноти и е проверена чрез подходящи електрически тестове. Една епоксидна изолационна система с производствени празнини, дефекти на интерфейса или неправилно класифициране на терена може да се представи по-зле от добре проектираната въздушна изолация - защото за разлика от въздуха, твърдата изолация не се самовъзстановява след повреда от частичен разряд.

### Стъпка 1: Определяне на изискванията за качество на изолацията

- **Ниво на частичен разряд:** Посочете PD < 5 pC при 1.5×Um/31.5 \ пъти U_m / \sqrt{3} за отделни отлети компоненти (фабричен тест); PD < 10 pC при 1.2×Um/31.2 \ пъти U_m / \sqrt{3} за цялостно инсталиран монтаж (тест за приемане на обекта)
- **Диелектрична устойчивост:** Посочете честотата на мощността, която издържа при 2×Um+1 kV2 \ пъти U_m + 1 \text{ kV} за 60 секунди и издръжливост на мълния при номинален BIL по IEC 62271-1
- **Съпротивление на изолацията:** Посочете IR > 1 000 MΩ при 2,5 kV DC между фазите и връзката фаза-земя при приемане в завода и въвеждане в експлоатация на обекта
- **Съпротивление при проследяване:** Посочете CTI (Comparative Tracking Index) > 600V по IEC 60112 за всички открити епоксидни повърхности
- **Устойчивост на дъга:** Посочете устойчивост на дъга > 180 секунди по IEC 61621 за повърхности, прилежащи към превключващите елементи

### Стъпка 2: Проверка на качеството на производството

- **Сертифициране на процеса APG:** Изискване на доказателства, че отливаните компоненти са произведени чрез автоматично желиране под налягане с документирани параметри на процеса (налягане на впръскване, температура на формата, цикъл на втвърдяване)
- **Записи от тестовете за PD на отделните компоненти:** Изискване за фабричен сертификат за изпитване PD за всяка отлята шина, CT и изолационна междинна лента - не за вземане на проби от партиди
- **Сертифициране на материали:** Поискайте информационен лист за материала на системата от епоксидна смола, потвърждаващ стойностите на диелектричната якост, термичния клас, CTI и устойчивостта на дъга.
- **Проверка на празнотата:** За критични компоненти поискайте записи от рентгенова или ултразвукова проверка, потвърждаващи липсата на вътрешни кухини с диаметър над 0,5 mm.

### Стъпка 3: Съвпадение на стандартите и сертификатите

- **IEC 60243-1:** Измерване на диелектричната якост на твърди изолационни материали
- **IEC 60270:** Измерване на частичния разряд - основен стандарт за проверка на качеството на твърдата изолация
- **IEC 60112:** Съпротивление на проследяване (CTI) на твърди изолационни материали
- **IEC 61621:** Устойчивост на дъга на твърди изолационни материали
- **IEC 62271-1:** Общи спецификации за разпределителни устройства за високо напрежение - изисквания за диелектрична устойчивост
- **IEC 62271-200:** Разпределителни устройства НН с метална обвивка - изисквания за изпитване на диелектричния тип на пълния панел
- **IEC 60587:** Устойчивост на електрическа ерозия на изолационни материали в условия на повърхностен разряд

### Обобщение на теста за проверка на изолацията

| Тест | Стандартен | Критерий за приемане | Когато се прилага |
| Частично разреждане | IEC 60270 | < 5 pC при 1,5 × Um (компонент) | Фабрика, всеки компонент |
| PD (монтиран комплект) | IEC 60270 | < 10 pC при 1,2 × Um | Въвеждане в експлоатация на обекта |
| Издръжливост на честотата на захранване | IEC 62271-1 | Без пробив при 2×Um+1kV, 60s | Фабричен тип + рутинен тест |
| Устойчивост на импулси на мълнии | IEC 62271-1 | Няма разбивка при номинален BIL | Фабричен тест на типа |
| Съпротивление на изолацията | IEC 60270 | > 1,000 MΩ при 2.5kV DC | Пускане в експлоатация в завода + на място |
| Съпротивление при проследяване (CTI) | IEC 60112 | > 600V | Квалификация на материала |
| Устойчивост на дъга | IEC 61621 | > 180 секунди | Квалификация на материала |
| Диелектрична якост (в насипно състояние) | IEC 60243-1 | > 180 kV/cm | Квалификация на материала |

### Често срещани грешки при спецификацията и проверката на изолацията

- **Приемане на сертификати за изпитване на партиди PD вместо записи за отделните компоненти** - един-единствен компонент, съдържащ празнота, в партида може да премине успешно средното за партидата изпитване, като същевременно не отговаря на индивидуалните критерии за PD; изисква се индивидуална документация за изпитванията за всеки отлят компонент
- **Пропускане на тестване на PD на място след инсталиране** - транспортните вибрации, манипулирането на инсталацията и сглобяването на съединенията на шините могат да доведат до появата на дефекти в изолацията, които не са налични при фабричното изпитване; изпитването PD на място е единственият надежден метод за проверка на целостта на инсталацията
- **Определяне на диелектричната устойчивост без определяне на нивото на PD** - даден компонент може да премине успешно тестовете за устойчивост на напрежение, като същевременно съдържа кухини, които генерират PD под прага на пробив; PD тестовете откриват зараждащи се дефекти, които тестовете за устойчивост пропускат
- **Пренебрегване на несъответствието на пропускателната способност при кабелните интерфейси** - интерфейси за накрайници на кабели между XLPE (εr=2.3\varepsilon_r = 2,3) и епоксидна смола (εr=4.0\varepsilon_r = 4,0) създават полева концентрация, която изисква предварително оформени стресови конуси; неправилното завършване е най-честата причина за повреда на изолацията на кабелните интерфейси в разпределителни устройства iec-62271-200

## Заключение

Сравнението на диелектричната якост между отлятата епоксидна смола и въздуха не е просто академично упражнение в областта на материалознанието - то е количествената инженерна основа, която обяснява всяко предимство на твърдата изолация на разпределителните уредби пред техните предшественици с въздушна изолация. Предимството на епоксидната смола в обемната диелектрична якост от 6 пъти се изразява директно в намаляване на просвета, устойчивост на замърсяване, независимост от влажността и независимост от надморската височина - докато производственият процес на APG без празноти и протоколът за проверка на частичен разряд гарантират, че теоретичното предимство на материала се реализира напълно във всеки инсталиран панел.

**Определяйте качеството на епоксидната изолация според нивото на частичен разряд, а не само според номиналното напрежение - защото в технологията за твърда изолация разликата между 5 pC и 50 pC е разликата между 30-годишна изолационна система и преждевременна повреда, която чака да се случи.**

## Често задавани въпроси относно диелектричната якост на епоксидна смола спрямо въздух

### **В: Каква е диелектричната якост на отлятата епоксидна смола в сравнение с въздуха и защо тази разлика е от значение за проектирането на разпределителни устройства за средно напрежение?**

**A:** Отлятата епоксидна смола има обемна диелектрична якост от 180-200 kV/cm спрямо 30 kV/cm за въздуха - приблизително 6 пъти по-висока. Това позволява на разпределителните устройства SIS да заменят 120-160 мм въздушен просвет при 12 kV с 15-20 мм плътна епоксидна смола, което позволява намаляване на площта на панела 40-60%, като същевременно се елиминират режимите на повреда, свързани с повърхностно замърсяване.

### **Въпрос: Защо практическото проектно поле за епоксидна изолация (20-40 kV/cm) е много по-ниско от измерената диелектрична якост (180-200 kV/cm)?**

**A:** Коефициентът на сигурност 5-10× отчита 30-годишното стареене при непрекъснато променливо напрежение (1,6 милиарда цикъла), преходните пренапрежения при 3-5× номинално напрежение, ефектите на термично стареене и ерозията от частични разряди във всички производствени кухини - всички те постепенно намаляват диелектричната якост под стойността на краткосрочното лабораторно измерване.

### **Въпрос: Как влажността и замърсяването влияят върху диелектричните характеристики на въздушната изолация спрямо епоксидната смола в промишлени приложения на MV?**

**A:** Високата влажност (> 80% RH) и замърсяването на повърхността намаляват издръжливостта на въздушната изолация с 30-50% чрез проводимостта на повърхността по пътищата на пълзене на изолатора. Отлятата епоксидна смола в разпределителните устройства SIS няма открити повърхности с въздушна междина - замърсяването не може да достигне до първичната изолационна среда, като се поддържат пълни диелектрични характеристики в среди с клас на замърсяване d.

### **Въпрос: Какво е значението на несъответствието на относителната проницаемост между епоксидната смола и въздуха на интерфейсите на изолацията?**

**A:** На границата между епоксидна смола (εr = 4,0) и въздух електрическото поле във въздуха е 4 пъти по-високо, отколкото в съседната епоксидна смола. Следователно всяка въздушна празнина или пролука на епоксидната повърхност изпитва нива на полето 4 пъти по-високи от средното проектно поле - създавайки начало на частичен разряд при напрежения далеч под прага на пробив на материала в насипно състояние, поради което леенето на APG без празнини е задължително производствено изискване.

### **Въпрос: Кое е правилното електрическо изпитване, за да се провери дали леената епоксидна изолация в SIS разпределителни устройства отговаря на номиналната си диелектрична якост в експлоатация?**

**A:** Измерване на частични разряди по IEC 60270 при 1,5 × Um/√3 (фабрика, отделни компоненти: PD < 5 pC) и 1,2 × Um/√3 (пускане в експлоатация на място, инсталиран комплект: PD < 10 pC). Изпитването PD открива подпрагови празноти и дефекти на интерфейса, които изпитванията за устойчивост на напрежение пропускат - то е единственият надежден показател за дългосрочната цялост на изолацията.

1. “Диелектрична якост”, `https://en.wikipedia.org/wiki/Dielectric_strength`. Осигурява стойности на полето на фундаментален пробив за равномерни въздушни междини при стандартни атмосферни условия. Роля на доказателството: статистическо; Тип на източника: изследване. Поддържа: стойност на полето на пробив във въздуха. [↩](#fnref-1_ref)
2. “IEC 60243-1: Електрическа якост на изолационни материали - Методи за изпитване”, `https://webstore.iec.ch/publication/1150`. Определя стандартната методология за изпитване за кратко време и референтните стойности за твърди диелектрици. Роля на доказателство: стандарт; Тип източник: стандарт. Поддържа: епоксидна диелектрична якост за кратко време. [↩](#fnref-2_ref)
3. “IEC TS 60815-1: Избор и оразмеряване на изолатори за високо напрежение, предназначени за използване в замърсени условия”, `https://webstore.iec.ch/publication/3725`. Посочва четирите стандартни нива на замърсяване и изискванията за разстояние на проход. Роля на доказателството: стандартно; Тип на източника: стандартно. Подкрепя: IEC класификация на степента на замърсяване. [↩](#fnref-3_ref)
4. “Технически данни за усъвършенствани материали”, `https://www.huntsman.com/about/advanced-materials`. Технически лист с подробна информация за кривата на термично разграждане на диелектричната якост на епоксидната смола бисфенол-А. Роля на доказателството: механизъм; Вид на източника: промишленост. Поддържа: влияние на температурата върху диелектричните характеристики на епоксидните смоли. [↩](#fnref-4_ref)
5. “Полево окачествяване при изводи за средно напрежение”, `https://ieeexplore.ieee.org/document/7483038`. Анализира приложението на полупроводникови слоеве за намаляване на напрежението в изолационните интерфейси. Роля на доказателството: механизъм; Тип на източника: изследване. Подкрепя: преразпределение на полето чрез полупроводникови слоеве. [↩](#fnref-5_ref)