» Строительство »

пробій діелектриків

пробій діелектриків

При напруженості електричного поля, яка перевершує межа електричної міцності діелектрика, настає пробою. Пробій являє собою процес руйнування діелектрика, в результаті чого діелектрик втрачає електроізоляційні властивості в місці пробою.
Величину напруги, при якому відбувається пробій діелектрика, називають пробивним напругою пробій діелектриків   При напруженості електричного поля, яка перевершує межа електричної міцності діелектрика, настає пробою , А відповідне значення напруженості електричного поля називається електричною міцністю діелектрика .
Для рівномірного електричного поля електрична міцність (пробивна напруженість) діелектрика визначається за формулою

де d - товщина діелектрика в місці пробою, м.
Пробій газоподібних діелектриків см. розділ .
Пробій рідких діелектриків - явище складне, що пояснюється складним складом рідких діелектриків і сильним впливом забруднень на розвиток пробою. На рис. 5-13 показана залежність зміни електричної міцності трансформаторного масла від вмісту вологи. Найбільш різке зниження електричної міцності рідких діелектриків викликає емульсійна вода. З підвищенням температури емульсійна вода переходить в розчинену; при цьому рідкий діелектрик стає більш однорідним і електрична міцність його підвищується.
Інші забруднення (волокна, смолисті речовини та ін.) Як і вода знижують електричну міцність рідких діелектриків.
Чистота поверхні електродів істотно впливає на електричну міцність рідких діелектриків.
Велика тривалість впливу електричного поля на рідкий діелектрик викликає різке зниження пробивної напруги (рис. 5-14).
Конфігурація електричного поля і полярність електродів також викликають зміну пробивних характеристик рідких діелектриків (рис. 5-15 і 5-16).
Пробивна напруга рідких діелектриків підвищується зі збільшенням тиску (рис. 5-17). Залежність пробивної напруги від тиску помітно зменшується з підвищенням ступеня очищення електроізоляційних рідин, що вказує на великий вплив газоподібних домішок.
При імпульсних впливах напруги на шар рідкого діелектрика залежності пробивної напруги від тиску практично не спостерігається. Зі збільшенням щільності рідкого діелектрика його електрична міцність лінійно зростає.
Вплив температури на пробивні характеристики рідких діелектриків по-різному залежно від їх хімічного складу і ступеня забруднення домішками. Помітні зміни електричної міцності з температурою спостерігаються у електроізоляційних рідин складного хімічного складу, особливо при наявності в них забруднень (волога, гази і ін.). У міру наближення до температури кипіння електрична міцність рідких діелектриків різко знижується.
Найбільший практичний інтерес представляють теорії, присвячені процесам пробою технічних електроізоляційних рідин. У більшості цих теорій (автори Н. Н. Семенов і А. Ф. Вальтер, Едлер і ін.) Пробою рідких діелектриків розглядається як теплової процес, в результаті якого в шарі рідкого діелектрика утворюються газові або парові канали. Парова і газова фази в рідкому діелектрику виникають при нагріванні його струмами провідності, підвищені значення яких спостерігаються в найбільш забруднених частинах діелектрика. При критичних значеннях напруженості електричного поля в газових і парових каналах починає розвиватися процес ударної іонізації газу, що завершується пробоєм.
Пробій твердих діелектриків є або чисто електричний процес (електрична форма пробою), або теплової процес (теплова форма пробою). В основі електричного пробою лежать явища, в результаті яких в твердих діелектриках має місце лавинне зростання електричного струму, подібно до того як це спостерігається в процесі ударної іонізації в газоподібних діелектриках.
Характерними ознаками електричного пробою твердих діелектриків є:
1. Незалежність або дуже слабка залежність електричної міцності діелектрика від температури і тривалості прикладеної напруги (до с).
2. Електрична міцність твердого діелектрика в однорідному полі не залежить від товщини діелектрика (до товщини см).
3. Електрична міцність твердих діелектриків знаходиться в порівняно вузьких межах: В / см; причому вона більше, ніж при тепловій формі пробою.
4. Перед пробоєм ток в твердому діелектрику збільшується за експоненціальним законом, а безпосередньо перед настанням пробою спостерігається стрибкоподібне зростання струму.
5. При наявності неоднорідного поля електричний пробій відбувається в місці найбільшої напруженості поля (крайовий ефект).
Тепловий пробій має місце при підвищеній провідності твердих діелектриків і великих діелектричних втратах, а також при підігріві діелектрика сторонніми джерелами тепла або при поганому теплоотводе. Процес теплового пробою твердого діелектрика полягає в наступному. Внаслідок неоднорідності складу окремі частини обсягу діелектрика мають підвищену провідність. Вони являють собою тонкі канали, що проходять через всю товщину діелектрика. Внаслідок підвищеної щільності струму в одному з таких каналів будуть виділятися значні кількості тепла. Це спричинить за собою ще більше наростання струму внаслідок різкого зменшення опору цієї ділянки в діелектрику. Процес наростання тепла буде тривати до тих пір, поки не відбудеться теплове руйнування матеріалу (розплавлення, коксування) по всій його товщині - по ослабленому місця.
Характерними ознаками теплового пробою твердих діелектриків є:
1. Пробій спостерігається в місці найгіршого тепловідведення від діелектрика в навколишнє середовище.
2. Пробивна напруга діелектрика знижується з підвищенням температури навколишнього середовища (рис. 5-18).
3. Пробивна напруга знижується зі збільшенням тривалості прикладеної напруги (рис. 5-19).
4. Електрична міцність зменшується зі збільшенням товщини діелектрика.
5. Електрична міцність твердого діелектрика зменшується з ростом частоти прикладеного змінного напруги.
При пробої твердих діелектриків часто спостерігаються випадки, коли до певної температури має місце електричний пробій, а потім у зв'язку з додатковим нагріванням діелектрика настає процес теплового пробою діелектрика (рис. 5-20).
Аналогічний перехід електричної форми пробою в теплову відбувається в залежності від часу витримки твердого діелектрика під напругою.
Згідно з висновками теорії теплового пробою твердих діелектриків (В. А. Фок, Н. Н. Семенов) можна підрахувати величину пробивної напруги для простих електроізоляційних конструкцій (пластини) за формулами
а) для постійної напруги

б) для змінної напруги

де - функція величини,

- коефіцієнт тепловіддачі в навколишнє середовище; - коефіцієнт теплопровідності електродів, Дж / (з м ° С); - коефіцієнт теплопровідності діелектрика Дж / (з м ° С); h - половина товщини діелектрика, м; - товщина електрода, м; а - постійна, що характеризує зростання провідності діелектрика з температурою; - діелектрична проникність твердого діелектрика (при температурі навколишнього середовища); - тангенс кута діелектричних втрат твердого діелектрика (при температурі навколишнього середовища); f - частота, Гц.
За відомими значеннями обчислюють величину з і, скориставшись графіком (рис. 5-21), знаходять .
При необмеженому зростанні з величина прагне до межі, рівному 0,66.

Посетители рекомендуют:
Полезно знать:
Современные строительные технологии Геология, города и строительство © Все права сохранены.