Druhy namáhání

Pojem elektrické namáhání  zahrnuje všechny druhy namáhání, které jsou způsobené vlivem elektrického napětí. Elektrické namáhání může být klasifikováno dle tvaru, frekvence, hladiny, spojitosti nebo determinovanosti napětí. Pokud se elektrické napětí mění v čase je nutno vzít do úvahy také rychlosti změn mezi jednotlivými hladinami.

Nejčastější rozdělení elektrického namáhání spočívá v dělení na namáhání střídavým napětím sinusového průběhu a napětím stejnosměrným (ss). Namáhání střídavým napětím 50 Hz je v současné době nejčastější namáhání ve výkonových aplikacích. Stejnosměrné napětí se ve výkonové technice v minulých letech používalo  především na vysokonapěťová vedení a kabely se stejnosměrným proudem (sloužící jako spojení mezi jednotlivými rozvodnými sítěmi rozlehlých států). V současnosti se tento obor rozvíjí zejména v Číně, kde je budováno vysokonapěťové dálkové vedení stejnosměrného napětí o napětí 1 a 1,2 MV. Dále se užívalo zejména v řízených pohonech se stejnosměrnými motory.

V rozvodných soustavách se často setkáváme s elektrickým namáháním způsobeným vlivy atmosférických výbojů (blesků), které jsou modelovány rázovou vlnou 1,2/50 μs,    a s vlivy spínacích impulzů modelované spínacím impulsem 250/5000 μs. Vliv impulzu opačné polarity se projevuje v obvodech se stejnosměrným napětím. Vysokofrekvenční namáhání nízkým napětím se objevuje v digitálních datových kanálech, výpočetní technice atd.

Ve výkonové elektrotechnice existují dlouholeté zkušenosti s namáháním střídavým napětím 50 resp. 60 Hz. Je vypracována řada metodik zkoušek pro toto napětí a známy jsou časové závislosti elektrických parametrů (klesající vnitřní rezistivita izolačního materiálu během stárnutí nebo pozvolný nárůst ztrátového činitele). Svým charakterem se jedná o stárnutí zejména maximální hodnotou přiváděného napětí. Změna napětí z jedné polarity na druhou trvá poměrně dlouhou dobu – 10 ms.

Při namáhání stejnosměrným napětím dochází především k problémům vytvářením prostorového náboje, jinak se při návrhu izolačních systémů bere v úvahu vodivostní proud a napěťová odolnost. Procházející vodivostní proud zde může způsobovat problémy vznikem elektrolýzy apod.

Atmosférický výboj se ve vysokonapěťových obvodech modeluje rázovou vlnou. Zde se sleduje zejména schopnost izolačního systému odolat určité hladině maximálního napětí rázové vlny_. Normované zkoušky se provádí tak, že se testuje odolnost třem po sobě jdoucím impulzům. Ty mají jen jednu polaritu, a pokud se mezi jednotlivými impulzy neodvede elektrický náboj, následující impulz pak interaguje s prostorovým polem uvnitř a na povrchu izolačního materiálu. Spínací impulzy působí problémy v rozvodných systémech. Vlivy spínacích impulzů na životnost izolačních systémů jsou také předmětem výzkumu, např. [25].

V oblasti výkonové elektroniky je extrémním případem vysokofrekvenční pulzní namáhání způsobované např. měniči kmitočtu nebo napětí v obvodech řízených pohonů. Pulzní namáhání je namáhání způsobené pulzním napětím (napětím obdélníkového tvaru o strmosti napěťové hrany větší než 500 V.μs^-1 a opakovací frekvenci větší než 1 kHz, viz. oddíl 6.1.2).

 Toto namáhání můžeme označit jako extrémní díky několika skutečnostem. Vysokofrekvenční pulzní namáhání ve výkonových aplikacích je poměrně nová záležitost. Vzhledem k tomu, že způsobuje zvýšenou degradaci izolačních systémů viz. např. [3], [4], [5], [8], [9], [15], je třeba mu věnovat zvýšenou pozornost.

V případě pulzního napětí nastává degradace izolačních materiálů nejen hodnotou napětí, ale i vlivem strmých nárůstů napětí na izolaci (kV.μs^-1). Vlivem vysoké frekvence se strmý nárůst napětí na izolačním systému periodicky opakuje (v řádu jednotek až desítek kHz). Vysoká frekvence zde také způsobuje dielektrický ohřev materiálu. Dalším jevem spojeným s pulzním namáháním  je zvýšená aktivita výbojové činnosti. „Vysokofrekvenční korona“ se začíná objevovat při nižších hladinách napětí než při napětí střídavém 50 Hz, Obr. 13.

Tab. 3 Pulzní namáhání ve výkonové elektrotechnice

Tab. 4 Zjištěný vliv vysokofrekvenčního pulzního namáhání na parametry izolačních systémů

Testování jednotlivých dopadů pulzního namáhání, příklady evaluace izolačních materiálů, naměřené charakteristiky a další popis je uveden v oddílech 8.1 a 8.2.