Пока ученые не придумали электрическую изоляцию, которая бы со временем становилась бы лучше и электрически "прочнее", нам приходится работать с тем что имеется.
Для тех кто "не в танке", электрическая прочность изоляции - это напряжение при котором в изоляции произойдет электрический пробой, после чего возникнет электрическая дуга и изоляция разрушится из-за локального и сильного перегрева. В некоторых случаях это может привести к пожару.
Обычно, электрическая прочность изоляция со временем только ухудшается - этот процесс называется деградация изоляции. Для примера в твердой изоляции проводов и кабелей накапливаются механические повреждения и микротрещины, на ее поверхности формируются токопроводящие отложения; в трансформаторном масле накапливается влага; газообразные (например элегаз) просачивается наружу и теряют давление, молекулы разрушается от разрядов и т.п. Это приводит к тому, что со временем электрическая прочность любой изоляции как правило уменьшается.
Отмечу, я не рассматриваю случаи когда после дождливой осени или весны в солнечные и сухие дни электрическая прочность изоляции увеличивается. Это временное явление, и оно происходит из-за высыхания изоляции.
Очевидно электрическая прочность изоляции должна быть гарантированно выше номинального напряжения - т.е. напряжения при котором оборудовании должно работать.
Рассмотрим верхний предел прочности изоляции - то есть какому самому высокому напряжению должна надежно противостоять изоляция без пробоя и разрушения. В качестве него можно принять нормы проектирования и обслуживания электрооборудования. Для примера на графике приведены нормы напряжения при испытаниях различного электрооборудования:
Таким образом изоляция должна противостоять напряжениям от 1,4 до 8 раз выше номинального напряжения. Для примера, испытательные напряжение для силовых кабелей с бумажной изоляцией с номинальным напряжением 3 кВ составляет до 25 кВ. В среднем "по больнице" испытательное напряжение в 3,7 раза превышает номинальное напряжение. Кстати, из любопытного:
- высокие средние коэффициенты запаса прочности изоляции у неподвижного оборудования с длительным сроком службы - кабелей (5.8) и трансформаторов (4.7);
- низкие у механического оборудования, подверженного вибрациям - статоры трехфазных электродвигателей переменного тока (1.8) и машины постоянного тока (2.1).
Теперь рассмотрим нижний предел электрической прочности изоляции. Очевидно, что изоляция должна успешно противостоять номинальному напряжению. То есть, если в результате деградации электрическая прочность изоляции деградирует до величины меньше номинального напряжения то в ней обязательно произойдет электрический пробой. По факту, необходим еще небольшой запас прочности, связанный с:
- допустимыми колебаниями напряжения в питающей сети (±10%);
- бросками напряжения в сети при пуске/остановке мощного оборудования;
- запас прочности на случайные броски напряжения в сети.
Получается, что нижний предел прочности изоляции должен быть на 15% - 20% выше номинального напряжения, или коэффициент запаса должен быть 1.15 - 1.20.
Таким образом:
- электрическая изоляция должна противостоять напряжениям от 1,2 раза до минимум 1,8 раза выше номинального напряжения без возникновения электрического пробоя или иных повреждений.
- в зависимости от вида электрооборудования электрическая прочность изоляции может быть выше и может достигать в 8 раз выше номинального напряжения.