# Epoksüvaigu vs õhu dielektriline tugevus: MV isolatsiooni projekteerimise peamised erinevused

> Allikas: https://voltgrids.com/et/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/et/blog/epoxy-resin-vs-air-dielectric-strength-explained-key-differences-in-mv-insulation-design/agent.json
> Agent Markdown: https://voltgrids.com/et/blog/epoxy-resin-vs-air-dielectric-strength-explained-key-differences-in-mv-insulation-design/agent.md

## Summary

Käesolevas tehnilises juhendis võrreldakse epoksüvaigu dielektrilist tugevust õhuga, et illustreerida tahke isoleeritud jaotusseadmete (SIS) peamisi eeliseid. Avastage, kuidas epoksüvaigu parem dielektriline tugevus võimaldab kuni 60% väiksemat jalajälge ja täielikku immuunsust keskkonnareostuse suhtes. Saate kriitilise ülevaate keskpinge isolatsioonisüsteemide läbilöögifüüsikast ja IEC vastavustõendamisstandarditest.

## 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

![40kA lühisekontaktikarp - CHN3-12KV190 1600A epoksüvaik 100kA Peak-3](https://voltgrids.com/wp-content/uploads/2025/09/40kA-Short-Circuit-Contact-Box-CHN3-12KV190-1600A-Epoxy-Resin-100kA-Peak-3.jpg)

[Epoksüvaigu kontaktkast](https://voltgrids.com/et/product-category/air-insulation-series/contact-box/)

## Sissejuhatus

Keskpingejaotuskilbi iga mõõtme määrab lõppkokkuvõttes üks number: pinge all olevate juhtmete ja maandatud konstruktsioonide vahelise isolatsioonikeskkonna dielektriline tugevus. See aineline omadus - mõõdetuna kilovoltides sentimeetri kohta - dikteerib faasi ja faasi vahekaugused, faasi ja maa vahekaugused, roomikuteede pikkused ja isolatsiooni füüsilise mahu, mis on vajalik, et taluda nimipingeimpulsspinget ilma läbipõlemiseta.

**Valatud epoksüvaigu dielektriline tugevus on lahtiselt 180-200 kV/cm - ligikaudu kuus korda suurem kui õhurõhul (30 kV/cm) - ja see aineline erinevus on tehniline alus, mis võimaldab tahke isolatsiooniga jaotusseadmetel saavutada 40-60% väiksema paneeli jalajälje kui õhuga isoleeritud jaotusseadmetel, kõrvaldades samal ajal pinnasaaste veamoodused, mis piiravad õhuisolatsiooni toimivust saastunud tööstuskeskkonnas.**

Keskpinge isolatsioonisüsteeme projekteerivate elektriinseneride ja AIS-i ja SIS-i jaotusseadmete vahelist dielektrilise tugevuse võrdluse mõistmine epoksüvaigu ja õhu vahel ei ole akadeemiline taustteave - see on iga ruumi tõhususe nõude, iga saastetakistuse spetsifikatsiooni ja iga isolatsiooni koordineerimise otsuse kvantitatiivne alus, mis eristab tahke isolatsioonitehnoloogiat selle õhuga isoleeritud eelkäijast.

Käesolevas artiklis esitatakse epoksüvaigu ja õhu isolatsioonisüsteemide dielektrilise tugevuse range, rakenduskeskne analüüs - alates põhilistest füüsikast jaotusfüüsikast kuni välitehnika, keskkonnamõju ja praktilise mõjuga keskpinge jaotusseadmete spetsifikatsioonile ja projekteerimisele.

## Sisukord

- [Mis on dielektriline tugevus ja kuidas seda mõõdetakse epoksüvaigu ja õhu puhul?](#what-is-dielectric-strength-and-how-is-it-measured-in-epoxy-resin-and-air)
- [Kuidas toimivad epoksüvaik ja õhuerisatsioon tegelikes MV töötingimustes?](#how-do-epoxy-resin-and-air-insulation-perform-under-real-mv-operating-conditions)
- [Kuidas mõjutab dielektrilise tugevuse erinevus SIS-lülitusseadmete disaini eeliseid?](#how-does-dielectric-strength-difference-drive-sis-switchgear-design-advantages)
- [Millised on epoksüisolatsioonisüsteemide spetsifikatsiooni- ja kvaliteedikontrolli nõuded?](#what-are-the-specification-and-quality-verification-requirements-for-epoxy-insulation-systems)

## Mis on dielektriline tugevus ja kuidas seda mõõdetakse epoksüvaigu ja õhu puhul?

![Teaduslik infograafika, milles võrreldakse dielektrilist tugevust ja läbilöögimehhanisme. Vasakul pool on esitatud Townsend'i gaasilise (õhu) tühjenemise protsess koos illustreerivate diagrammidega, kus on näidatud peamised sammud ja läbilöögitugevus ~30 kV/cm. Paremal pool on näidatud IEC 60243 lühiajalise dielektrilise tugevuse katse ülesehitus tahke aine (valatud epoksüvaik) jaoks isoleerivas õlis, selgitades elektroonilisi ja termilisi läbikukkumismehhanisme ning andes tulemuseks ~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)

Dielektrilise tugevuse ja lagunemise võrdlus õhu ja valatud epoksüvaigu vahel

Dielektriline tugevus on maksimaalne elektrivälja intensiivsus - väljendatuna kV/cm või kV/mm -, mida isolatsioonimaterjal võib taluda ilma dielektrilise läbikukkumise tekkimiseta: katastroofiline üleminek isoleerivast seisundist juhtivaks seisundiks, mis on põhjustatud materjali laviinilisest ionisatsioonist äärmusliku elektrivälja pinge all.

### Dielektrilise lagunemise füüsika

**Purunemine õhus - Townsendi laviinimehhanism:**

Õhus atmosfäärirõhu juures toimub dielektriline lagunemine Townsendi laviiniprotsessi kaudu:

1. Vabad elektronid (kosmilisest kiirgusest või fotoionisatsioonist) kiirenevad rakendatud elektriväljas
2. Kiirendatud elektronid põrkuvad neutraalsete õhumolekulidega, ioniseerides neid ja vabastades täiendavaid elektrone.
3. Iga ionisatsiooni sündmus mitmekordistab elektronide populatsiooni - laviini
4. Kui laviin saavutab kriitilise tiheduse, sillutab elektrodide vahe juhtiv plasmakanal (streamer).
5. Vooluriba läheb üle täiskaarele, lõpetades jaotuse.

[Ühtlase elektroodigeomeetriaga õhu läbilöögiväli standardtingimustes (20 °C, 1 baar, 50% RH) on ligikaudu 30 kV/cm](https://en.wikipedia.org/wiki/Dielectric_strength)[1](#fn-1). See väärtus on väga tundlik:

- **Elektroodide geomeetria:** ebaühtlased väljad (teravad servad, väikesed raadiused) vähendavad efektiivset läbilöögitugevust 5-15 kV/cm-ni
- **Niiskus:** Niiskuse suurendamine üle 50% RH vähendab läbilöögitugevust kuni 15% võrra.
- **Saaste:** Õhulõhede kõrval asuva isolatsiooni pinnasaaste tekitab juhtivaid radu, mis algatavad leekide ülekuumenemise väljadel, mis on tunduvalt madalamad kui puhta õhu läbilöögi väärtus.
- **Kõrgus:** Vähenenud õhutihedus kõrgusel (> 1000 m) vähendab proportsionaalselt läbilöögitugevust.

**Epoksüvaigu lagunemine - elektroonilised ja termilised mehhanismid:**

Dielektriline lagunemine tahkes epoksüvaigus toimub põhimõtteliselt teistsuguste mehhanismide kaudu kui gaasil:

- **Elektrooniline rike:** Väga suurte väljade korral (> 500 kV/cm) algatab otsene elektronide süstimine elektroodidest polümeermatriklisse laviiniionisatsiooni tahkes aines - see on sisemine läbilöögimehhanism.
- **Termiline lagunemine:** Dielektrilised kaod (tanδ×E2\tan \delta \times E^2) tekitavad materjalis soojust; kui soojuse teke ületab soojuse hajutamist, tõuseb temperatuur, kuni materjal laguneb - praktiline piirav mehhanism võimsussageduse juures.
- **Osaline tühjenduserosioon:** Tühimike või sissekannete olemasolu korral erodeerivad osalised tühimikud ümbritsevat polümeeri järk-järgult - see on peamine pikaajaline rikkumismehhanism kasutamisel.

Mõõdetud dielektriline tugevus valatud epoksüvaigu all [iec 60243 lühiajalise katse tingimused on 180-200 kV/cm](https://webstore.iec.ch/publication/1150)[2](#fn-2) - umbes 6× õhuväärtus. Pikaajalistes kasutustingimustes osalise tühjendusaktiivsusega on efektiivne projekteerimisväli piiratud 20-40 kV/cm-ga, et tagada 30-aastane isolatsiooni kasutusiga.

### Standardsed mõõtmismeetodid

**IEC 60243-1 - Lühiajaline dielektrilise tugevuse katse:**

- Elektroodid: 25 mm läbimõõduga messingist silindrid 25 mm läbimõõduga lamedate pindadega, mis on pinna leekimise vältimiseks immutatud isoleerivas õlisse.
- Pinge rakendus: Ramp 2 kV/s alates nullist kuni läbikukkumiseni
- Proovi paksus: 1-3 mm puistematerjali iseloomustamiseks
- Tulemus: Murdepinge jagatud proovi paksusega = dielektriline tugevus kV/mm.

**IEC 60060-1 - Kõrgepinge katsemeetodid:**

- Võimsussageduse taluvuskatse: Rakendatud pinge 50 Hz juures 60 sekundi jooksul; läbikukkumist ei esine = läbitud.
- Välkkiirte impulsskatse: 1,2/50μs impulsi lainekuju; vastupidavus nominaalsel BIL-il = läbitud.
- Neid katseid kohaldatakse komplektsete lülitusseadmete, mitte materjalinäidiste suhtes.

### Dielektrilise tugevuse kontrollväärtused

| Materjal | Dielektriline tugevus | Katse tingimus | Standard |
| Õhk (ühtlane väli) | 30 kV/cm | 20°C, 1 baar, ühtlane | IEC 60060 |
| Õhk (ebaühtlane väli) | 5-15 kV/cm | Terav elektroodi geomeetria | IEC 60060 |
| Õhk (saastunud pind) | 1-5 kV/cm | Saastunud isolaatori pind | IEC 60507 |
| SF6 (1 baar) | 89 kV/cm | Ühtne väli | IEC 60052 |
| SF6 (3 baari) | ~220 kV/cm | Ühtne väli | IEC 60052 |
| Valatud epoksü (APG, lahtiselt) | 180-200 kV/cm | IEC 60243, lühiajaline | IEC 60243 |
| Valatud epoksü (projekteerimisala) | 20-40 kV/cm | Pikaajaline teenus, 30-aastane kasutusiga | IEC 62271 |
| XLPE kaabli isolatsioon | 200-300 kV/cm | Lahtine, lühiajaline | IEC 60502 |
| portselan (lahtiselt) | 60-100 kV/cm | Lahtine, lühiajaline | IEC 60672 |
| Silikoonkumm | 150-200 kV/cm | Lahtine, lühiajaline | IEC 60243 |

### Miks lühiajaline tugevus ja disainiväli erinevad

6× suhe epoksiidi lühiajalise dielektrilise tugevuse (180-200 kV/cm) ja selle praktilise projekteerimisvälja (20-40 kV/cm) vahel peegeldab ohutustegureid, mis on vajalikud 30-aastase isolatsiooni eluea saavutamiseks:

- **Pidev vahelduvvoolupinge koormus** - võimsussageduspinge rakendab tsüklilist koormust 50 korda sekundis, 1,6 miljardit tsüklit 30 aasta jooksul.
- **Üleminekulised ülepinged** - välguimpulss- ja lülitusimpulssündmused tekitavad 3-5× nimipingest suuremad tippväljad.
- **Termiline vananemine** - kõrgenenud temperatuur kiirendab polümeeri ahelate lõhustumist, vähendades järk-järgult dielektrilist tugevust
- **Osaline tühjendustegevus** - isegi allpool läve toimuvad PD sündmused tühimike või liideste juures erodeerivad aja jooksul ümbritsevat polümeeri.

Projekteerimisväli 20-40 kV/cm hõlmab kõiki neid lagunemismehhanisme koos sobivate ohutusvarudega, tagades, et isolatsioonisüsteem säilitab piisava dielektrilise tugevuse kogu oma nominaalse kasutusea jooksul.

## Kuidas toimivad epoksüvaik ja õhuerisatsioon tegelikes MV töötingimustes?

![Teaduslik tulpdiagramm pealkirjaga 'ISOLATSIOONIMATERJALITE VERSINDAALNE DIELEKTRILINE TUGEVUS'. Y-telg mõõdab 'Dielektrilist tugevust (kV/cm)' vahemikus 0-400. X-teljel on loetletud isolatsioonimaterjalid ja -tingimused, sealhulgas 'Õhk (ühtlane)', 'Õhk (ebaühtlane)', 'Õhk (saastunud)', 'SF6 (1 baar)', 'SF6 (3 baari)', 'Valuepoksü (APG)', 'Valuepoksü (projekteerimisvälja)', 'XLPE kaabli isolatsioon', 'portselan (lahtiselt)' ja 'Silikoonkummi'. XLPE riba on ainulaadne, näidates konkreetset vahemikku koos märgitud väärtustega "200" ja "300", samas kui muud rivid esitavad individuaalseid väärtusi koos veabaaridega.](https://voltgrids.com/wp-content/uploads/2026/04/Comparative-Dielectric-Strength-Chart-of-Insulation-Materials-and-Conditions-1024x559.jpg)

Isolatsioonimaterjalide ja -tingimuste võrdleva dielektrilise tugevuse tabel

Laboratoorsed dielektrilise tugevuse väärtused epoksüvaigu ja õhu puhul esindavad ideaalseid tingimusi - ühtlane väli, puhas pind, kontrollitud temperatuur ja niiskus. Reaalsed keskpinge lülitusseadmed töötavad keskkonnas, mis süstemaatiliselt halvendab õhu isolatsioonivõimet, samas kui tahke epoksüisolatsioon jääb suures osas puutumata. Selline toimivuse erinevus reaalsetes tingimustes on tahke isolatsioonitehnoloogia praktiline inseneripraktiline argument.

### Saastetõhusus

**Õhusisolatsioon saaste all:**

[IEC reostuse raskusastme klassifikatsioon (IEC 60815) määratleb neli reostustaset (a-d), mis põhinevad ekvivalentsel soolaladestuse tihedusel (ESDD).](https://webstore.iec.ch/publication/3725)[3](#fn-3) isolaatori pinnal. Saastetaseme suurenemisel suureneb oluliselt minimaalne roomava õhu isolatsiooni jaoks vajalik vähim lubatud vahemaa:

- **Saastetase a (kerge):** 16mm/kV roomavuskaugus
- **Saastetase b (keskmine):** 20mm/kV roomavuskaugus
- **Saastetase c (raske):** 25mm/kV roomavuskaugus
- **Saastetase d (väga raske):** 31mm/kV roomavuskaugus

12kV jaotusseadmete paigaldamisel tugevas saastekeskkonnas on nõutav roomavahe 25 × 12 = 300 mm - see on füüsiline piirang, mis määrab otseselt õhuisoleeritud komponentide minimaalse suuruse. Ranniku-, tööstus- või kõrbekeskkondades nõuab AISi piisava roomava vahemaa saavutamine kas suuremat isolaatori geomeetriat või regulaarset puhastushooldust.

**Epoksüvaik reostuse all:**

SIS-lülitusseadmete valatud epoksüisolatsioonil ei ole välisele saastumisele avatud õhuvahepindu. Kõigi pingestatud juhtide tahke kapseldamine tähendab, et õhusaaste - soolane udu, tsemenditolm, keemilised aurud, kondenseerumine - ei pääse primaarsesse isolatsioonikeskkonda. Ainsad avatud pinnad on epoksiidkapsli välisküljed, mis on projekteeritud jälgimiskindlusega vastavalt IEC 60587 (CTI > 600 V) ja kaarekindlusega vastavalt IEC 61621 (> 180 sekundit).

**Tulemus:** SIS-lülitusseadmed säilitavad täieliku dielektrilise toimivuse reostuse raskusastme d keskkonnas, kus AIS nõuaks suuremaid sõiduulatuskaugusi, sagedast puhastamist või täiendavat korpuskaitset.

### Temperatuuri ja niiskuse jõudlus

**Õhuisolatsiooni temperatuuri- ja niiskustundlikkus:**

- Õhu purunemistugevus väheneb ligikaudu 0,3% võrra iga °C kohta üle 20 °C.
- 55 °C ümbritseva õhu temperatuuril (tavaline Lähis-Ida ja troopiliste kliimaseadmete puhul) väheneb õhu dielektriline tugevus ~10% võrra.
- Suhteline õhuniiskus üle 80% koos kondenseerumisega isolaatori pinnal vähendab efektiivset roomavust 30-50% võrra.
- Kombineeritud kõrge temperatuur ja kõrge õhuniiskus (troopiline rannikukeskkond) võivad vähendada tõhusat õhupidavust 40-60% võrra allapoole standardseid katsetingimusi.

**Epoksüvaigu temperatuuri ja niiskuse toimivus:**

- [Epoksiidipulbri dielektriline tugevus väheneb ligikaudu 0,1% võrra iga °C kohta üle 20 °C.](https://www.huntsman.com/about/advanced-materials)[4](#fn-4) - kolm korda vähem tundlik kui õhk
- Niiskuse imendumine valatud epoksiidis on piiratud 0,1-0,3% kaaluga täielikus kastmistingimustes; tavalises lülitusseadmete kasutuses on niiskuse imendumine tühine.
- Soojusklass F (155°C) tähendab, et isolatsioonisüsteem säilitab täieliku toimivuse pideva töötemperatuuri juures kuni 105°C (40°C ümbritsev temperatuur + 65°C temperatuuritõus).

### Osaline tühjendusjõudlus

Osaline tühjenemine (PD) on lokaalne elektriline tühimik, mis tekib isolatsioonisüsteemi tühimikes, sissekannetes või liideste juures, kui kohalik elektriväli ületab tühimiku läbilöögitugevuse - ilma et see põhjustaks täielikku isolatsiooni purunemist. PD on tahkete isolatsioonisüsteemide peamine vananemismehhanism ja isolatsiooni kvaliteedi peamine diagnostiline näitaja.

**PD õhuerisolatsiooni puhul:**
Õhusolatsiooniga jaotusseadmetes esineb PD tavalise tööpinge korral juhtmete servadel, isolaatorite pindadel ja saastekogumitel. Õhuisolatsioon on pinna PD suhtes iseenesest taluv - õhuvahe paraneb ise pärast iga tühjendussündmust. Külgnevatel tahkete isolatsioonipindade (tugiisolaatorid, kaabliotsad) PD põhjustab aga järk-järgult pinnase erosiooni ja jälgimist.

**PD epoksüvaigust:**
Tahke epoksüisolatsiooni puhul esineb PD ainult tühimike, sissekannete või valmistamise käigus tekkinud liidese defektide puhul. Tühimikuvaba APG-valatud epoksü, mille PD < 5 pC on 1,5 × Um, on PD-aktiivsus normaalse tööpinge korral sisuliselt null - projekteerimisväli (20-40 kV/cm) on kaugelt alla tühimikuvaba materjali tühimiku tekkevälja. Mis tahes PD-aktiivsus, mis on avastatud kasutamisel, viitab tootmisveale või paigalduskahjustusele, mis nõuab uurimist.

### Võrdlevad tulemused tegelikes tingimustes

| Tulemuslikkuse parameeter | Õhusisolatsioon (AIS) | Epoksüvaik (SIS) |
| Saastetase d Tulemuslikkus | Nõuab 300mm roomikut / puhastamist | Mittemõjutatud - ei ole avatud pindu |
| Niiskus > 80% RH | 30-50% talub vähendamist | < 5% talub vähendamist |
| Temperatuur 55°C | ~10% tugevuse vähendamine | ~3% tugevuse vähendamine |
| Kondenseerumine pindadel | Tõsine leegitsemise oht | Mõju puudub (suletud pinnad) |
| Soolane udu (rannikuala) | Nõuab täiustatud libisemist | Mittemõjutatud |
| Keemiline atmosfäär | Pinna jälgimise oht | Plommitud - ei mõjuta |
| Kõrgus merepinnast > 1000m | Nõuab vähendamist | Ei nõuta vähendamist |
| Osaline tühjendustegevus | Pindadele omane | Tühimikuvaba materjali nullpunkt |

### Klientide juhtum: Dielektriline rike AIS-lülitusseadmes, mis asendati SIS-iga rannikuäärses tööstusettevõttes

Kvaliteedile keskendunud ettevõtte omanik, kes käitab 12kV jaotusvõrgu alajaama Kagu-Aasias asuvas rannikuäärses keemiatööstuses, võttis Beptoga ühendust pärast seda, kui nende olemasolevas AIS-lülitusseadmes tekkis faasipaiskumine. Uurimine tuvastas rikke põhjuseks soolase udu saastumise tugiisolaatorite pinnal - rajatise asukoht 200 m kaugusel ookeanist koos keemilise protsessi aurudega oli loonud reostuse raskusastme d-klassi keskkonna, mida algne AIS-isolatsioonisüsteem ei olnud kavandatud taluma ilma kvartaalse puhastushoolduseta. Hooldusgraafik oli tootmise kõrgperioodi ajal välja kukkunud ja kogunenud saastekihi põhjustas niiske öö jooksul leekide tekkimise.

Pärast kahjustatud paneelide asendamist Bepto SISi jaotusseadmetega kinnitas rajatise insenerirühm, et suletud epoksüisolatsioonisüsteemile ei avaldanud ranniku soolane udu ja keemiline atmosfäär järgneva 30-kuulise seireperioodi jooksul mingit mõju - isolatsiooniga seotud hooldustoiminguid ei tehtud ja iga-aastase seisundi seire käigus ei tuvastatud ühtegi PD-sündmust. Tahke isolatsiooni immuunsus pinna saastumise suhtes kõrvaldas täielikult esialgse rikke algpõhjuse.

## Kuidas mõjutab dielektrilise tugevuse erinevus SIS-lülitusseadmete disaini eeliseid?

![Võrdleva tehnilise diagrammi infograafika, mis visualiseerib, kuidas valatud epoksüvaigu suurem dielektriline tugevus võimaldab SIS (Solid Insulated Switchgear) saavutada kompaktset konstruktsiooni koos väiksemate vahekauguste ja vooluahela paigutusega võrreldes AIS (Air Insulated Switchgear). Näidatakse stiliseeritud 12kV jaotusseadmete ristlõikejooniseid, kus AIS-l on suured õhuvahed ja SIS-l oluliselt väiksem epoksüisolatsiooni paksus. Mõlema puhul on esitatud valemite näited: AIS,$$d_{min} = \frac{75 \text{ kV}}{15 \text{ kV/cm}} = 50 \text{ mm}$$ (kasutades õhu projekteerimisvälja); SIS,$$d_{min} = \frac{75 \text{ kV}}{200 \text{ kV/cm}} = 3.75 \text{ mm}$$ (kasutades lahtist epoksüvälja). Järgnevas võrdlustabelis on loetletud 12kV, 24kV, 40,5kV pingetasemete ja BILi puhul vabavara ja paksus, mis näitab SISi puhul ligikaudu 85% ruumi vähenemist kõikidel tasemetel. Väiksemad üksikasjalikud lisad allosas selgitavad välja liigendamist ja permittivsuse mittevastavust koos valemite ja väljade jaotuse illustratsioonidega.](https://voltgrids.com/wp-content/uploads/2026/04/Dielectric-Strength-Advantage-SIS-vs.-AIS-Design-Comparison-Chart-1024x687.jpg)

Dielektrilise tugevuse eelis - SIS vs. AIS konstruktsiooni võrdlustabel

Valatud epoksüvaigu 6-kordne dielektrilise tugevuse eelis õhu ees väljendub otseselt mõõdetavates tehnilistes eelistes SIS-konstruktsioonis - eelised, mida saab arvutada esimestest põhimõtetest lähtudes ja kontrollida paigaldatud seadmete mõõtmete suhtes.

### Kliirensi vähendamise arvutamine

Minimaalne isolatsiooni paksus, mis on vajalik, et taluda nimipingeimpulsspinget (BIL), määratakse kindlaks järgmiselt:

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

Kus BILBIL on piksekiirguse impulsside nimipinge ja EdesignE_{design} on isolatsioonikeskkonna konstruktsiooniväli.

**12kV jaotusseadmete puhul (BIL = 75kV):**

- **Õhuisolatsioon:** dmin=75 kV15 kV/cm=50 mmd_{min} = \frac{75 kV}}{15 kV/cm}} = 50 \text{ mm} (kasutades ebaühtlast väljakujundusväärtust)
- **Epoksüvaik:** dmin=75 kV200 kV/cm=3.75 mmd_{min} = \frac{75 kV}}{200 kV/cm}} = 3,75 \text{ mm} (kasutades lahtist lühiajalist väärtust; praktilises konstruktsioonis kasutatakse 20-40 kV/cm ohutusteguritega → 19-38mm kogu isolatsioon)

Praktiline tulemus: 12 kV juures on epoksüisolatsioonile vaja 15-25 mm tahket materjali, kui õhuisolatsioonile on vaja 120-160 mm ruumi - see tähendab, et pinge all olevate juhtmete ja maandatud konstruktsioonide vahelisele isolatsioonile eraldatud ruumi väheneb 6-10 korda.

**Tühimiku võrdlus erinevate pingetasemete vahel:**

| Pinge | BIL | Õhuvaru (IEC 62271-1) | Epoksiidipaksus (praktiline) | Ruumi vähendamine |
| 12kV | 75kV | 120mm (faasipõhine) | 15-20mm | ~85% |
| 24kV | 125kV | 220mm (faasipõhi) | 25-35mm | ~85% |
| 40,5kV | 185kV | 320mm (faasipõhi) | 40-55mm | ~85% |

### Epoksü-süsteemide väljalangevusetehnika

Kuigi epoksiidiplaadi dielektriline tugevus on 180-200 kV/cm, piirab praktilist konstruktsiooni elektrivälja kontsentratsioon geomeetrilistes katkestustes. Juhtmete servades, ühenduspunktides ja materjalipiiridel võib kohalik väli ületada mahtväärtust 2-5 korda, tekitades osalise tühjenemise alguspunkte isegi siis, kui keskmine väli jääb projekteerimispiiridesse.

**SIS-lülitusseadmete väljalangemise tehnikad:**

**Geomeetriline liigitus:**
Kõik juhtmete servad ja ühenduskohad on projekteeritud kontrollitud raadiusega. Suhe juhtme raadiuse vahel rr ja maksimaalne väljatugevustegur kk on:

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

Kus dd on isolatsiooni paksus. 5 mm raadiusega juhi puhul 20 mm epoksüisolatsiooniga,k≈9k \ ligikaudu 9 - mis tähendab, et lokaalne väli juhi pinnal on 9× keskmine väli. See eeldab kas juhi raadiuse suurendamist või väljalangevusmaterjalide kasutamist liidese juures.

**Pooljuhtivad väljalangemiskihid:**
Koordinaatorite ühenduskohtades, kaabli ühenduskohtades ja katkestusliideste juures kasutatakse õhukest pooljuhtiva epoksüühendi kihti (takistusjõud 102−104 Ω⋅cm10^2 - 10^4 \text{\Omega\cdot\text{cm}) rakendatakse juhi ja lahtise isolatsiooni vahel. [See kiht jaotab elektrivälja gradienti ühtlaselt piki liideseid, kõrvaldades välja kontsentratsiooni juhi servas.](https://ieeexplore.ieee.org/document/7483038)[5](#fn-5) ja vähendades tippvälja PD-vaba projekteerimise piires.

**Mahutavuse liigitus:**
Kaabli ühenduskohtades, kus XLPE-kaabli isolatsioon kohtub jaotusseadme epoksüisolatsiooniga, jaotavad eelvormitud pingekoonused koos mahtuvusklassifikatsioonikihtidega välja üle liidese piiri ümber, vältides välja koondumist kaabli ekraani tagasipööramise kohas.

### Suhtelise lubavuse erinevuse kaalutlused

Üks tahkete isolatsioonisüsteemide spetsiifiline projekteerimisprobleem on erinevate isolatsioonimaterjalide suhtelise permittivsuse (εr) erinevus piiripunktides:

- **Valatud epoksüvaik:** εr=3.5−4.5\varepsilon_r = 3,5 - 4,5
- **Õhk:** εr=1.0\varepsilon_r = 1,0
- **XLPE kaabli isolatsioon:** εr=2.3\varepsilon_r = 2,3
- **SF6 gaas:** εr=1.006\varepsilon_r = 1,006

Kahe erineva εr väärtusega materjali vahelisel piiril jaotub elektriväli pöördvõrdeliselt permittivsuse suhtega:

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

See tähendab, et epoksiidi-õhk liidesel on väli õhus 3,5-4,5 korda suurem kui kõrvalasuvas epoksüürsis - seetõttu muutub iga epoksiidipinna juures olev õhuvahe või lõhe osalise tühimiku tekkepunktiks väljadega, mis on palju madalamad kui epoksiidipinna arvutuslik väärtus. See on füüsikaline põhjus, miks tühimikevaba APG-valu ja nõuetekohane väljalangevus kõikide materjalide liideste juures on SIS-lülitusseadmete tootmisel vaieldamatud kvaliteedinõuded.

## Millised on epoksüisolatsioonisüsteemide spetsifikatsiooni- ja kvaliteedikontrolli nõuded?

![Põhjalik epoksüisolatsioonikatsete armatuurlaud, mis näitab IEC-põhiseid kontrollandmeid: integreeritud katsete tabel (osaline tühjendus, võimsussageduse taluvus, impulss, isolatsioonitakistus, CTI, kaaretakistus, mahuline dielektriline tugevus, tühimike kontrollimine) koos vastuvõtukriteeriumidega (1000 MΩ IR, >600 V CTI, >180 s kaaretakistus, >180 kV/cm tugevus, ei ole tühimikke >0,5 mm). Sisaldab PD-künnise graafikut (<5 pC / <10 pC), vastupidavuspinge võrdlusgraafikut, CTI ja kaaretakistuse mõõtjaid ning ristlõike tühimikuanalüüsi diagrammi. Puhas professionaalne andmete visualiseerimine, suhe 3:2, seadmeid ei ole näidatud.](https://voltgrids.com/wp-content/uploads/2026/04/Epoxy-Insulation-System-Specifications-and-Verification-Dashboard-1024x559.jpg)

Epoksüisolatsioonisüsteemi spetsifikatsioonid ja kontroll-lauad

Epoksüvaigu dielektrilise tugevuse eelis õhu ees realiseerub kasutamisel ainult siis, kui isolatsioonisüsteem on valmistatud tühimikuvabade kvaliteedistandardite kohaselt ja seda on kontrollitud asjakohaste elektriliste katsetega. Epoksüisolatsioonisüsteem, millel on tootmispuudujäägid, liideste defektid või ebakorrektne liigitus, võib töötada halvemini kui hästi projekteeritud õhuisolatsioon, sest erinevalt õhust ei parane tahke isolatsioon pärast osalise tühjenemise põhjustatud kahjustusi iseeneslikult.

### 1. samm: täpsustage isolatsiooni kvaliteedinõuded

- **Osalise tühjendamise tase:** Määrake PD < 5 pC juures 1.5×Um/31.5 \kordse U_m / \sqrt{3} üksikute valukomponentide puhul (tehasekatse); PD < 10 pC temperatuuril 1.2×Um/31.2 \times U_m / \sqrt{3} täieliku paigaldatud koostu puhul (kohapealne vastuvõtukatsetus)
- **Dielektriline vastupidavus:** Määrake energiasagedus, mis talub 2×Um+1 kV2 \ korda U_m + 1 \teksti kV} 60 sekundit ja välguimpulsside vastupidavus nimivoolutugevusel IEC 62271-1 kohaselt
- **Isolatsioonikindlus:** Määrake IR > 1000 MΩ 2,5 kV DC juures faaside ja faasi ja maa vahel tehase vastuvõtu ja kohapealse kasutuselevõtu korral.
- **Jälgimisvastupidavus:** Määrake CTI (Comparative Tracking Index) > 600 V vastavalt IEC 60112 kõikidele avatud epoksiidpindadele.
- **Kaarikindlus:** Määrake lülituselementidega külgnevate pindade jaoks kaarekindlus > 180 sekundit vastavalt IEC 61621-le.

### 2. samm: Tootmiskvaliteedi kontrollimine

- **APG protsessi sertifitseerimine:** nõuda tõendeid selle kohta, et valatud komponendid on toodetud automaatse survegeelamise teel koos dokumenteeritud protsessiparameetritega (süstimisrõhk, hallituse temperatuur, kõvenemistsükkel).
- **Üksikute komponentide PD-katsete protokollid:** Nõutakse tehase PD-katsesertifikaati iga valatud vooluahela, CT ja isoleeriva vaheseinte kohta - mitte partiide proovivõtu.
- **Materjali sertifitseerimine:** Taotleda epoksüvaigusüsteemi materjali andmelehte, mis kinnitavad dielektrilise tugevuse, termilise klassi, CTI ja kaarekindluse väärtusi.
- **Tühja kontrollimine:** Kriitiliste komponentide puhul nõuda röntgen- või ultraheliuuringu protokollid, mis kinnitavad, et sisemised tühimikud ei ole suuremad kui 0,5 mm läbimõõduga.

### 3. samm: Sobitamine standardite ja sertifikaatide vahel

- **IEC 60243-1:** Tahkete isoleermaterjalide dielektrilise tugevuse mõõtmine
- **IEC 60270:** Osalise tühjenemise mõõtmine - tahke isolatsiooni esmane kvaliteedikontrolli standard
- **IEC 60112:** Tahkete isolatsioonimaterjalide jälgimiskindlus (CTI)
- **IEC 61621:** Tahkete isolatsioonimaterjalide kaarekindlus
- **IEC 62271-1:** Kõrgpingejaotusseadmete ühised spetsifikatsioonid - dielektrilise vastupidavuse nõuded
- **IEC 62271-200:** Metallkattega keskpinge lülitusseadmed - kogu paneeli dielektrilise tüübikatsetuse nõuded
- **IEC 60587:** Isolatsioonimaterjalide elektriline erosioonikindlus pinnalekke tingimustes

### Isolatsiooni kontrollimise katse kokkuvõte

| Test | Standard | Vastuvõtukriteerium | Kui rakendatakse |
| Osaline tühjendamine | IEC 60270 | < 5 pC juures 1,5 × Um (komponent) | Tehas, iga komponent |
| PD (paigaldatud koost) | IEC 60270 | < 10 pC juures 1,2 × Um | Kohapealne kasutuselevõtt |
| Võimsus Sageduse taluvus | IEC 62271-1 | 2 × Um+1kV, 60s, ei ole läbikukkumist. | Tehase tüüp + rutiinne test |
| Välguimpulsi taluvus | IEC 62271-1 | BIL ei ole jaotus hinnatud BIL | Tehase tüübikatsetus |
| Isolatsiooni vastupidavus | IEC 60270 | > 1000 MΩ 2,5kV alalisvoolu juures | Tehase + kohapealne kasutuselevõtmine |
| Jälgimisvastupidavus (CTI) | IEC 60112 | > 600V | Materjali kvalifikatsioon |
| Kaarikindlus | IEC 61621 | > 180 sekundit | Materjali kvalifikatsioon |
| Dielektriline tugevus (lahtiselt) | IEC 60243-1 | > 180 kV/cm | Materjali kvalifikatsioon |

### Tavalised isolatsiooni spetsifikatsiooni ja kontrollimise vead

- **Partii PD-katsesertifikaatide vastuvõtmine üksikute komponentide protokollide asemel** - üks tühimikku sisaldav komponent partiis võib läbida partii keskmise katse, kuid mitte vastata individuaalsetele PD-kriteeriumidele; nõuda iga valatud komponendi kohta eraldi katseprotokolli.
- **Paikvaatluskatsete tegemata jätmine pärast paigaldamist** - transpordivibratsioon, paigalduse käitlemine ja ühenduskohtade kokkupanek võivad põhjustada isolatsioonivead, mida tehase katsetamisel ei esine; PD-katse kohapeal on ainus usaldusväärne meetod paigalduse terviklikkuse kontrollimiseks.
- **Dielektrilise vastupidavuse määramine ilma PD-taset määramata** - komponent võib läbida pinge taluvuskatsed, kuigi see sisaldab tühimikke, mis tekitavad PD alla läbilöögikünnise; PD-katsed avastavad algavaid defekte, mis taluvad katsete vahelejäämist.
- **Kaabli liidestes esineva diferentsuse mittearvestamine** - kaabli lõpetamise liidesed XLPE (εr=2.3\varepsilon_r = 2,3) ja epoksü (εr=4.0\varepsilon_r = 4,0) tekitavad väliskontsentratsiooni, mis nõuab eelnevalt vormitud pingekoonuseid; ebaõige lõpetamine on kõige sagedasem isolatsioonirikke põhjus kaabli liideste juures iec-62271-200 jaotusseadmetes.

## Kokkuvõte

Dielektrilise tugevuse võrdlus valatud epoksüvaigu ja õhu vahel ei ole pelgalt akadeemiline materjaliteaduslik harjutus - see on kvantitatiivne tehniline alus, mis seletab kõiki tahke isolatsiooni lülitusseadmete mõõtmete, jõudluse ja keskkonnaalaseid eeliseid võrreldes nende õhuga isoleeritud eelkäijatega. Epoksüvaigu 6-kordne eelis mahulise dielektrilise tugevuse osas väljendub otseselt 85% kliirensi vähendamises, saastekindluses, niiskusest sõltumatuses ja kõrgusest sõltumatutes toimimisnäitajates - samas kui tühimikuvaba APG tootmisprotsess ja osalise tühjendamise kontrollprotokoll tagavad, et teoreetiline materjalieelis realiseerub täielikult igas paigaldatud paneelis.

**Määrake epoksüisolatsiooni kvaliteet osalise tühjenemise taseme, mitte ainult pingeklassi järgi - sest tahke isolatsioonitehnoloogia puhul on erinevus 5 pC ja 50 pC vahel erinevus 30-aastase isolatsioonisüsteemi ja enneaegse rikke vahel, mis ootab juhtumist.**

## Korduma kippuvad küsimused epoksüvaigu ja õhu dielektrilise tugevuse kohta

### **K: Milline on valatud epoksüvaigu dielektriline tugevus võrreldes õhuga ja miks on see erinevus oluline keskpinge lülitusseadmete projekteerimisel?**

**A:** Valatud epoksüvaigu dielektriline tugevus on 180-200 kV/cm võrreldes 30 kV/cm õhuga, mis on ligikaudu 6× suurem. See võimaldab SIS-lülitusseadmetel asendada 12 kV juures 120-160 mm õhuvahe 15-20 mm tahke epoksiidiga, võimaldades 40-60% paneeli jalajälje vähendamist, kõrvaldades samal ajal pinnasaaste veamoodused.

### **K: Miks on epoksüisolatsiooni praktiline projekteerimisväli (20-40 kV/cm) nii palju madalam kui selle mõõdetud dielektriline tugevus (180-200 kV/cm)?**

**A:** 5-10-kordne ohutustegur võtab arvesse 30-aastast vananemist pideva vahelduvvoolu all (1,6 miljardit tsüklit), mööduvat ülepingejuhtumit 3-5-kordse nimipinge juures, termilise vananemise mõju ja osalise tühimiku erosiooni mis tahes tootmisvahedes - kõik need vähendavad dielektrilist tugevust järk-järgult alla lühiajalise laboratoorse mõõtmise väärtuse.

### **K: Kuidas mõjutavad niiskus ja saastatus õhuisolatsiooni dielektrilist toimivust võrreldes epoksüvaiguga tööstuslikes MV-rakendustes?**

**A:** Kõrge õhuniiskus (> 80% RH) ja pinna saastumine vähendavad isolaatorite pinnaläbimissuundade pinna juhtivuse tõttu 30-50% võrra õhu isolatsiooni vastupidavust. SIS-lülitusseadmete valatud epoksiidil ei ole avatud õhuvahepindu - saastumine ei pääse primaarsesse isolatsioonikeskkonda, säilitades täieliku dielektrilise toimivuse saasteklassi d keskkondades.

### **K: Milline on epoksüvaigu ja õhu vahelise suhtelise permittivsuse mittevastavuse tähtsus isolatsiooni piiripunktides?**

**A:** Epoksiidi (εr = 4,0) ja õhu piiril on elektriväli õhus 4× suurem kui kõrvalasuvas epoksiidis. Iga epoksiidipinnal asuvas õhuvahe või tühimik on seega 4 × suurem kui keskmine projekteeritud väli - see tekitab osalise tühjenduse alguse pingel, mis on palju madalam kui materjali lahtise osa läbilöögi lävi, mistõttu tühimikevaba APG-valu on vaieldamatu tootmisnõue.

### **Küsimus: Milline on õige elektriline katse, millega kontrollitakse, kas SIS-kohtvõrkude valatud epoksüisolatsioon vastab oma dielektrilise tugevuse nimiväärtusele kasutamisel?**

**A:** IEC 60270 kohane osalise tühjenemise mõõtmine 1,5 × Um/√3 (tehas, üksikud komponendid: PD < 5 pC) ja 1,2 × Um/√3 (kohapealne kasutuselevõtt, paigaldatud koost: PD < 10 pC). PD-katsed tuvastavad lävepakke ja liideste defekte, mida pingetaluvuskatsed ei tuvasta - see on ainus usaldusväärne näitaja isolatsiooni pikaajalise terviklikkuse kohta.

1. “Dielektriline tugevus”, `https://en.wikipedia.org/wiki/Dielectric_strength`. Annab põhilised läbilöögivälja väärtused ühtsete õhulõhede puhul standardsetes atmosfääritingimustes. Tõendusmaterjali roll: statistika; Allikatüüp: teadusuuringud. Toetab: õhu läbilöögivälja väärtus. [↩](#fnref-1_ref)
2. “IEC 60243-1: Isolatsioonimaterjalide elektriline tugevus - Katsemeetodid”, `https://webstore.iec.ch/publication/1150`. Määratleb standardse lühiajalise katse metoodika ja kontrollväärtused tahkete dielektrikute jaoks. Tõendite roll: standard; Allikatüüp: standard. Toetab: epoksü lühiajaline dielektriline tugevus. [↩](#fnref-2_ref)
3. “IEC TS 60815-1: Saastunud tingimustes kasutamiseks ettenähtud kõrgepingeisolaatorite valik ja dimensioneerimine”, `https://webstore.iec.ch/publication/3725`. Määratleb neli standardset reostuse raskusastet ja roomamiskauguse nõuded. Tõendite roll: standard; Allikatüüp: standard. Toetab: IEC reostuse raskusastme klassifikatsioon. [↩](#fnref-3_ref)
4. “Täiustatud materjalide tehnilised andmed”, `https://www.huntsman.com/about/advanced-materials`. Tehniline teabeleht, milles on üksikasjalikult esitatud bisfenool-A epoksüdeemaldielektrilise tugevuse termilise lagunemise kõver. Tõendite roll: mehhanism; Allikatüüp: tööstus. Toetused: temperatuuri mõju epoksü dielektrilisele vastupidavusele. [↩](#fnref-4_ref)
5. “Keskpinge lõppseadmete väljalangemine”, `https://ieeexplore.ieee.org/document/7483038`. Analüüsib pooljuhtkihi kasutamist isolatsiooni liideste pingevähendamiseks. Tõendite roll: mehhanism; Allikatüüp: teadusuuringud. Toetab: väljade ümberjaotamine pooljuhtkihide abil. [↩](#fnref-5_ref)