Составить доклад по теме определение электрической прочности твердых диэлектриков

Обновлено: 08.07.2024

Передача электрической энергии на любые расстояния осуществляется по металлическим проводникам, которые обязательно должны отделятся диэлектриком. От качества изоляции во многом зависят не только эффективность работы энергосистемы, но и безопасность человека. Однако со временем технические характеристики диэлектрика утрачиваются, из-за чего во всех устройствах периодически должна проверяться электрическая прочность изоляции.

Электрическое старение может ускоряться из-за воздействия ряда факторов, чтобы разобраться в них мы более детально рассмотрим строение и физические процессы, протекающие в диэлектрических материалах.

Что такое электрическая прочность?

Под электрической прочностью для любой изоляции следует понимать такую минимальную разность потенциалов, приложенную к единице толщины, при которой начинают происходить разряды. Электрическая прочность представляет собой нелинейную функцию, изменение которой зависит от таких факторов:

Толщины изоляции;
Диэлектрической проницаемости;
Температуры как окружающего пространства, так и самой изоляции;
Тип диэлектрика;
Род приложенного напряжения (переменное или постоянное).

Таким образом, можно сказать, что прочность изоляции определяет пробивное напряжение. На практике для каждого материала этот параметр вычисляется эмпирическим путем после проведения многочисленных испытаний.

Рис. 1. Воздействие напряжения на диэлектрик

Величина измеряется как В/мм или кВ/см и т.д., к примеру, сухой воздух, в среднем, обладает прочностью 32кВ/см.

Однако прочность изоляции будет зависеть и от агрегатного состояния материала:

Твердые диэлектрики – наиболее распространенные в кабельно-проводниковой продукции, предназначены для изготовления изоляции жил, корпусов приборов, прокладок и т.д. После пробоя или микро пробоя происходит разрушение изоляции, образуются каналы, по которым повторный пробой будет происходить уже при меньшем напряжении.
Жидкие диэлектрики – наиболее распространенный вариант – трансформаторное масло, используемое в трансформаторах, выключателях, кабелях высокого напряжения. За счет подвижной структуры обладают способностью к восстановлению, благодаря чему они отлично проявляют себя в тех же масляных выключателях, где изоляция одновременно гасит дугу, а после этого восстанавливается.
Газообразная изоляция – вокруг обмоток трансформатора или других электрических аппаратов используется воздух, то же можно сказать о некоторых типах высоковольтных выключателей. Но в современных приборах часто применяется элегаз или азот. Газы также легко восстанавливаются после пробоя.

Физически электрическая прочность диэлектриков обеспечивается за счет отсутствия свободных носителей заряда в материале. Молекулы диэлектрика настолько прочно удерживают электроны на крайних орбитах, что даже приложенное напряжение не может вырвать их с орбит. Разумеется, что если рассмотреть идеальный вариант – расположение материала между двумя пластинами, на которые подано напряжение, то через него протекать не будет. Однако все атомы будут получать дополнительную энергию, что создаст большую напряженность электрического поля, как во всей твердой изоляции, так и в каждом отдельном атоме.

Но, если между вышеприведенными пластинами поместить не один кусок диэлектрика, а две из разных материалов или половину из воздуха, а вторую из пластика, то напряженность электрического поля в этих материала будет отличаться из-за того, что у них разная диэлектрическая проницаемость. Это является одним из важнейших факторов снижения электрической прочности.

Причины уменьшения электрической прочности

Самое сильное влияние на состояние изоляции оказывает подача переменного напряжения и температурные скачки до предельных норм и выше. Температурные колебания в большую сторону ускоряют движение атомарных частиц, что повышает проводимость изоляции, и, соответственно, снижает ее электрическую прочность. Понижение температуры имеет обратный эффект – для атомов требуется больше энергии, чтобы предоставить свободу электронам или ионам в толщине диэлектрика.

Переменное напряжение создает поляризацию частиц, которые 100 раз в секунду изменяют свое направление на противоположное. Для материалов с высокой степенью чистоты данный фактор не представляет большой угрозы, однако все включения инородных веществ ведут себя иначе. Из-за неоднородности поля при переходе от изоляции к включению происходит изменение физических параметров электрических величин. Со временем включения расширяются и достигают величины микротрещин, что и приводит к старению изоляции.

Конечным результатом снижения прочности изоляции является электрический пробой, который может привести к разрушению диэлектрика и выходу со строя соответствующего оборудования.

По виду они подразделяются на:

Электрический – происходит в твердых изоляционных материалах, характеризуется лавинообразным процессом при котором разрываются естественные связи внутри атома;
Тепловой пробой – происходит когда изоляция получает больше тепловой энергии, чем способна отвести. Возникает как следствие размягчения, которое приводит к деформации и уменьшению толщины материала;
Электромеханический – характерен для хрупкой изоляции (фарфора, керамики) где внутренние разряды приводят к механическим повреждениям;
Электрохимический – обуславливается изменением химического состава изоляции. Чаще всего, в результате старения, иногда за счет диффузии металла проводника в поры диэлектрика, что и снижает электрическую прочность;
Ионизационный – присущ тем диэлектрикам, где присущи газовые включения или другие неоднородности, в которых происходит ионизация частиц.

На практике вышеперечисленные виды, чаще всего, дополняют друг друга, поэтому электрическая прочность снижается не сразу, а со временем старения.

Рис. 2. Зависимость видов пробоя

Методы контроля

Контроль состояния и электрической прочности позволяет вовремя выявлять дефекты или старение диэлектрика в обмотках силовых трансформаторов, проходных и опорных изоляторах, высоковольтных вводах, силовых кабелях и других видах оборудования. Благодаря этому устройства можно заменить или отремонтировать, просушить изоляционную среду или установить новую обмотку. Современные испытательные установки для проверки электрической прочности могут применять различные методики.

Наиболее популярными являются:

Измерение сопротивления изоляции – производится при помощи мегаомметра напряжением в 500, 1000 или 2500В, в зависимости от номинала испытуемого агрегата. Длительность и нормы регламентируются Приложением 3 ПТЭЭП, на внутреннюю изоляцию подается напряжение и происходит измерение сопротивления.
Испытание повышенным напряжением – выполняется путем подачи на внешнюю изоляцию, устройство или его часть через испытательный трансформатор кенотронной установки повышенного напряжения. Данная процедура носит временный, а в некоторых случаях и импульсный характер, технология и нормы испытательных напряжений регламентируются ГОСТ 246060.1-81, а также более современным ГОСТ Р55195-2012 для различных видов оборудования, бумажной изоляции и прочих.
Измерение угла диэлектрических потерь – в идеальном диэлектрике этот параметр должен равняться 0, но чем меньше электрическая прочность, тем больше потери в изоляции. Возникает разница между активной и реактивной составляющей переменного тока, из-за чего и возрастает tg δ, что показано на рисунке ниже:

Рис. 3. Тангенс угла диэлектрических потерь

Примеры расчетов

Для вычисления электрической прочности любого диэлектрика вам необходимо знать условия эксплуатации и геометрические параметры, которые затем сравниваются с табличными данными. Например, если у вас имеется промежуток с воздушным диэлектриком 2 см, к которому будет приложено напряжение в 20 кВ.

Далее вычислим напряженность электромагнитного поля по формуле:

где E – это напряженность поля, U – напряжение в электрической цепи, d – толщина изоляционного слоя.

Рис. 4. Пример расчета

Тогда напряженность для этого примера составит E = 20/2 = 10 кВ/см. Далее сравниваем полученную величину с электрической прочностью для воздуха из таблицы ниже:

Таблица: Электрическая прочность материалов

Наименование диэлектрика	Электрическая прочность, кВ/см
Бумага кабельная сухая	60 – 90
Бумага, пропитанная маслом	100 – 250
Воздух	30
Масло трансформаторное	50 – 180
Миканит	150 – 300
Мрамор	35 – 55
Парафин	150 – 300
Электрокартон сухой	80 – 100
Электрокартон, пропитанный маслом	120 – 170
Слюда мусковитая	1200 – 2000
Слюда флогопит	600 – 1250
Стекло	100 – 400
Фибра	40 – 110
Фарфор	180 – 250
Шифер	15 – 30
Эбонит	80 – 100

Из таблицы видим, что пробой воздуха может начаться при 30 кВ/см, в наших расчетах получилась величина 10 кВ/см, значит, изоляция нормально выдержит такой режим работы.

Электрическая прочность представляет собой физическую характеристику электроизоляционного материала, с помощью которой оценивается способность материала противостоять электрическому прибою, т.е. разрушению под воздействием электрического поля.

При постепенном увеличении напряжения, приложенного к образцу изолирующего материала, обнаруживается, что при определенном значении напряжения диэлектрик теряет свои изолирующие свойства. В каком-то своем участке он становится проводником и по нему протекает большой ток. Таким образом, явления пробоя сводится к местному резкому увеличению проводимости диэлектрика, которое происходит внезапно, когда напряжение, приложенное к образцу, достигает некоторого определенного, пробивного значения.

С количественной стороны электрическую прочность электроизоляционного материала определяют величиной пробивной напряженности однородного электрического поля, при которой происходит пробой. Пробивная напряженность (Е_пр) определяется величиной пробивного напряжения (U_пр), отнесенной к толщине диэлектрика (h) в точке пробоя.

h - толщина диэлектрика, см или мм;

U_пр - напряжение пробоя, кв;

Е_пр - напряженность пробоя, кв/см или кв/мм.

В эксплуатационных условиях электрическое поле чаще всего неоднородно, поэтому электрическую прочность находят на образцах в условиях неоднородного поля и полученное значение называют средней пробивной напряженностью. Эта величина существенно зависит от толщины образца, его площади, свойств окружающей среды. Поэтому для средней напряженности необходимо указывать еще условия испытания.

Определение электрической прочности газа

Результаты опытного измерения электрической прочности воздуха и элегаза представлены в Таблице 1.

Таблица 1 – Таблица результатов определения электрической прочности газа.

Газ	воздух
h, мм	7,04
P, бар	0,25	0,7	1,25	1,75	2,35	2,7	2,9
U_пр , кВ
Е_пр, кВ/мм	5,26	0,57	1,99	2,56	3,27	4,55	5,26	5,97	6,96	7,67
Газ	элегаз
h, мм	4,02
P, бар	0,25	0,7	1,25	1,75	2,35	2,7	2,9
U_пр , кВ
Е_пр, кВ/мм	5,22	1,49	5,47	7,71	9,7	13,18	15,42	17,66	20,15	22,39

По данным Таблицы 1 построен график (Рис. 1) зависимости U_пр от давления воздуха при постоянном h=7,04 мм.

Рисунок 1 – График зависимости U_пр=f(p) воздуха.

По данным Таблицы 1 построен график (Рис. 2) зависимости U_пр от давления элегаза при постоянном h=4,02 мм.

Рисунок 2 – График зависимости U_пр=f(p) элегаза.

По данным Таблицы 1 построены графики (Рис. 3) зависимости E_пр от давления воздуха и элегаза при постоянном h.

Определение электрической прочности жидкости

Результаты опытного измерения электрической прочности трансформаторного масла и перфторуглеродной жидкости представлены в Таблице 2.

Таблица 2 – Таблица результатов определения электрической прочности жидкостей.

Жидкость	h, мм	U_пр , кВ	Е_пр , кВ/мм
Масло трансформаторное	2,47	2,83
Жидкость перфторуглеродная	1,97	49,24

Определение электрической прочности твёрдых диэлектриков

Результаты опытного измерения электрической прочности твёрдых диэлектриков представлены в Таблице 3.

Таблица 3 – Таблица результатов определения электрической прочности твёрдых диэлектриков.

Материал	h, мм	U_пр , кВ	Е_пр , кВ/мм
Винипласт	0,5
Гетинакс	0,39	20,51
Полистирол	1,68	28,57
Резина	1,23	19,51
Текстолит	1,81	14,36
Фторопласт-4	1,52	34,21

· Из график зависимости E_пр=f(p) (Рис. 3) видно, что при р=0 E_пр имеет некоторое значение, а при увеличении р сначала наблюдается резкое уменьшение значения E_пр до некоторого значения (зависит от рода газа). А затем постепенно, с ростом давления р, возрастает значение E_пр.

· Из сравнительной гистограммы (Рис. 4) следует, что самый лучший диэлектрик это – Перфторуглеродная жидкость (E_пр=49,24 кВ/мм)

· Из сравнительной гистограммы (Рис. 4) следует, что самый лучший диэлектрик среди газов это – Перфторуглеродная жидкость (E_пр=49,24 кВ/мм)

· Из сравнительной гистограммы (Рис. 4) следует, что самый лучший диэлектрик среди твёрдых диэлектриков это – Фторопласт-4 (E_пр=34,21 кВ/мм)

Историческое сочинение по периоду истории с 1019-1054 г.: Все эти процессы связаны с деятельностью таких личностей, как.

Роль химии в жизни человека: Химия как компонент культуры наполняет содержанием ряд фундаментальных представлений о.

Содержание лекции:
- определение пробоя диэлектриков и электрической прочности;
- методы определений.
Цели лекции: изучить явления пробоя диэлектриков.
5.1 Пробой диэлектриков
Каждый диэлектрик в электрическом поле теряет изоляционные
свойства, если напряженность поля Е превысит некоторое
критическое значение. Это явление носит название пробоя
диэлектрика. Напряжение, при котором происходит пробой,
называется пробивным напряжением Uпр, а Епр - пробивной
напряженностью. Пробивная напряженность поля Епр,
определяется отношением пробивного Uпр к толщине
диэлектрика в месте пробоя

Епр = Uпр/ ,
• где - толщина диэлектрика, м.
• В системе СИ Епр измеряется в В/м; но для практических
расчетов удобной единицей измерения является кВ/мм: 1 В/м =
10 -6 кВ/мм.
• Разряд в воздухе у поверхности твердого диэлектрика
называется поверхностным пробоем или поверхностным
перекрытием. На величину поверхностного разряда оказывают
влияние форма электрического поля, обусловленная
конфигурацией
электродов
и
диэлектрика,
частота
переменного тока, состояние поверхности диэлектрика,
давление воздуха.
• При пробое в газах или жидких диэлектриках, в силу
подвижности молекул, пробитый участок после снятия
напряжения U восстанавливает свои первоначальные свойства.
• При пробое твердого диэлектрика в нем остается след в виде
пробитого, прожженного или оплавленного отверстия
неправильной формы. Повреждение поверхности твердого
диэлектрика, связанное с образованием проводящих следов,
называют трекингом.

• Номинальное напряжение Uн электрической изоляции должно
быть меньше пробивного напряжения Uпр
Uпр/Uн = Кпр
• Это отношение называют коэффициентом запаса электрической
прочности.
• Продолжительное воздействие электрического поля высокой
напряженности Е приводит к необратимым процессам в
диэлектрике, в результате которых его Uпр снижается, т.е.
происходит электрическое старение изоляции. Вследствие такого
старения срок службы изоляции ограничен. Кривую зависимости
Uпр от времени приложения напряжения U называют кривой жизни
электрической изоляции.
• Электрическая прочность диэлектриков зависит от агрегатного
состояния, от химического состава, структуры вещества и
воздействия внешних факторов (температуры, атмосферного
давления, толщины, частоты и однородности поля, времени
приложения напряжения, влажности и др).
• Механизм пробоя газообразных, жидких и твердых диэлектриков
имеют существенные различия.

Пробой жидких диэлектриков
• Жидкие диэлектрики обладают более высокой электрической
прочностью, чем газы в нормальных условиях. Более высокая
прочность жидких диэлектриков обусловлена их более высокой
плотностью (в 2000 раз) и значительно меньшими
межмолекулярными расстояниями.
• Предельно чистые жидкости получить чрезвычайно трудно.
Постоянными примесями в жидкости являются вода, газы и
мельчайшие механические частицы. Наличие примесей сильно
осложняет явление пробоя жидких диэлектриков.
• В жидких диэлектриках возможны следующие виды пробоя:
• электрический, вследствие ударной ионизации;
• тепловой пробой при резко возрастающих диэлектрических
потерях и нагрева жидкости в местах наибольшего скопления
примесей;
• ионизационный, вследствие ионизации газовых включений
жидкости, роста диэлектрических потерь.

Пробой твердых диэлектриков
• Физическая картина пробоя твердых диэлектриков
может быть весьма различна: ионизационные процессы;
вторичные
процессы,
обусловленные
сильным
электрическим полем Е; нагрев; химические реакции;
частичные разряды; механические напряжения в
результате электрострикции; образования объемных
зарядов на границах неоднородностей и т.д. Поэтому
различают несколько механизмов пробоя твердых
диэлектриков:
- электрический
- тепловой
- электрохимический
- ионизационный
- электромеханический

Методы экспериментального определения электрической
прочности
• Электрическая прочность жидких и твердых диэлектриков
определяется на установках типа
АИИ - 70, позволяющих
производить испытания на постоянном и переменном U в
пределах от 0 до 70 кВ. Принципиальная схема электрических
соединений установки АИИ - 70 дана на рисунке 3.3.
1 - резервуар с электродами для испытания жидких диэлектриков;
2 - вывод постоянного U для испытания твердых диэлектриков;
3 - вывод переменного U для испытания твердых диэлектриков.
Рисунок 5.3 - Электрическая схема испытательной установки АИИ - 70

• Пробивное напряжение и электрическая
прочность
• Минимальное напряжение Uпр, приложенное
к диэлектрику, и приводящее к образованию в
нем
проводящего
канала,
называется
пробивным напряжением. В зависимости от
того замыкает канал или нет оба электрода
пробой
может
быть полным, неполным или частичным. У
твердых
диэлектриков
возможен
также поверхностный пробой, после которого
повреждается поверхность, образуя так
называемый трекинг, науглероженный след на
органических
диэлектриках.
Отношение
импульсного пробивного напряжения к его
статическому больше

• единицы и называется коэффициентом импульса.
Зависимость пробивного напряжения от времени
приложения напряжения называют кривой жизни
электрической изоляции. Снижение Uпр от времени
происходит
из-за
электрического
старения изоляции - необратимых процессов под
действием
тепла
и
электрического
поля. Электрической прочностью называют
напряженность электрического поля при пробое
изоляции
в
однородном
электрическом
поле Eпр=Uпр/h, где Eпр, В/м, Uпр - пробивное
напряжение, В, h - толщина диэлектрика, м. Кроме
В/м электрическую прочность часто выражают в
МВ/м или кВ/мм. Соотношение между этими
единицами такое: 106 В/м = 1 МВ/м = 1 кВ/мм.

• Электротепловой пробой
• Электротепловой
(тепловой)
пробой
возможен,
когда
выделяющееся
в
диэлектрике за счет электропроводности
или диэлектрических потерь тепло Q1 становится больше отводимой теплоты Q2. В результате в месте пробоя происходит
прогрессирующий разогрев диэлектрика,
сопровождающийся образованием узкого
проплавленного
канала
высокой
проводимости.

• Если не учитывать распределение температуры по
толщине диэлектрика, то можно легко получить
приближенное
выражение
для
анализа
зависимости Uпр от влияния различных факторов.
Пусть
Q1 = U 2 ω C tgδ (4.1)
• Если в диэлектрике будут только потери
проводимости (неполярный диэлектрик), то
tgδ = tgδ0 exp[a(T- T0)],
• где а и tgδ0 зависят от природы диэлектрика, Т0 температура окружающей среды (электродов), T температура диэлектрика. Количество отводимого
тепла определяется равенством
Q2 = 2σS(T- T0) (4.2)
• где σ - суммарный коэффициент теплоотвода от
диэлектрика в окружающую среду, S - площадь
электрода.

• Из графического представления зависимости Q1 и Q2 от
температуры (рис. 4.1) видно, что при U1 и T1 будет
устойчивое
тепловое
равновесиеQ1
=
Q2;
при U2, T2 и U1, T3 - состояние неустойчивого теплового
равновесия, при нарушении которого в результате
прогрессивного разогрева диэлектрика будет тепловой
пробой. Видно, что U3 = Uпр. Из условия теплового
равновесия
• Uпр = Ö 2σ S (Tкр-To)/(2π f C tgδo) • exp[-a(Tкр-To)/2],
• где Tкр соответствует температуры T2 и T3.
• Тепловой пробой обычно происходит в течение 10 -2 -10 3 с, а E около 10 МВ/м.
пр
• Пробой диэлектрика при тепловом пробое происходит
там, где хуже всего теплоотдача. Eпр при тепловом пробое
уменьшается: при увеличении температуры, времени
выдержки образца под напряжением; при увеличении
толщины диэлектрика из-за ухудшения теплоотвода от
внутренних слоев (Uпр с увеличением толщины
диэлектрика растет нелинейно).

• Электрохимический пробой
• происходит при напряжениях меньших
электрической прочности диэлектрика.
Вызывается
изменением
химического
состава и структуры диэлектрика в
результате электрического старения. Время
развития этого вида пробоя 103 - 108с.

• Пробой газообразных диэлектриков
• Пробой газов определяется двумя механизмами лавинным и лавинно-стримерным, связанными с
процессами ударной ионизации электронами и
фотоионизацией. Для пробоя газа в постоянном
однородном поле (рис. 4.2) характерна зависимость Епр
от давления. Давление 0,1 МПа соответствует
нормальному атмосферному давлению. Eпр при
больших давлениях растет в связи с уменьшением
длины свободного пробега электронов и уменьшением
вероятности актов ионизации; возрастание Eпр при
малых давлениях связано с уменьшением вероятности
столкновения электронов с молекулами газа из-за
малой плотности газа. Eпр воздуха в однородном поле
растет, как показано на рис. 4.3 с уменьшением
расстояния между электродами из-за уменьшения
вероятности столкновения электронов с молекулами
газа.

• Пробивное напряжение газов существенно
снижается в неоднородных полях, например
для воздуха при h=l см от 30 кВ до 9 кВ. В
неоднородном поле влияет также полярность
электродов. Так для электродов с малым
радиусом кривизны Uпр при положительной
полярности оказывается меньше, чем при
отрицательной. Это связано с образованием
положительного объемного заряда у острия в
результате развития коронного разряда, что
приводит к возрастанию напряженности поля
в остальной части промежутка.

• Пробой жидких диэлектриков
• Электрическая форма пробоя, развивающаяся
за время 10 -5-10 -8 с, наблюдается в тщательно
очищенных
жидких
диэлектриках
и
связывается с инжекцией электронов с
катода. Епр при этом достигает 107 В/м, В
технически чистых жидких диэлектриках
пробой носит тепловой характер.
• На
электрический
пробой
жидких
диэлектриков влияют многие факторы, числу
которых относятся материал электродов,
примеси, загрязнение жидкости; дегазация
жидкости
и
электродов;
длительность
воздействия
напряжения;
скорость
возрастания напряжения и его частоты;
температура, давление и др.

• В неочищенных жидкостях пробивное напряжение
определяется действующим значением (тепловой
характер пробоя), в очищенных-амплитудным
(электрическая форма пробоя). Более сильное
влияние примесей и загрязнений как жидких, так и
газообразных сказывается на низких частотах.
Увеличение
электрической
прочности
трансформаторного
масла
происходит
при
фильтрации и сушке (при частоте 50 Гц- втрое, на
частоте 105 Гц- только на 30%).
• Для многих жидкостей в зависимости пробивного
напряжения от температуры имеется максимум при
температурах 30-80°С, высота которого уменьшается
с ростом частоты (в пределах 0,4-12 МГц). Кривая
тангенса угла диэлектрических потерь при
температуре максимума проходит через минимум.
• Увеличение давления от 60 до 800 мм. рт. ст.

• увеличивает пробивное напряжение на
200-300%.
• Добавка к жидкости частиц вещества с
диэлектрической проницаемостью
большей, чем у жидкости, приводит к росту
тока в несколько раз.

ГОСТ

Электрическая прочность жидких, твердых и газообразных диэлектриков

Электрическая прочность — это характеристика диэлектрика, представляющая собой минимальную напряженность электрического поля, при которой происходит электрический пробой.

Электрический пробой — это возрастание электрического тока в диэлектрике, которое возникает при приложении напряжения выше, чем критическое.

Электрическая прочность газообразных веществ определяется:

Давлением в исследуемом газе.
Расстоянием между электродами.
Сродством молекул газа к электрону.

Связь электрической прочности с давлением объясняется следующим образом. С увеличением давления в газе, расстояние между его молекулами уменьшается. Для разгона электрону на длине разбега необходимо приобрести такую же энергию, как и для ионизации газа. Эта энергия определяется скоростью электрона в момент соударения, а скорость развивается благодаря ускорению силой, которая действует на электрон со стороны электрического поля, то есть благодаря напряженности.

Зависимость пробивного напряжения и расстояния между электронами показывается при помощи кривой Пашена, пример которой (для воздуха), изображен на рисунке ниже.

Рисунок 1. Кривая Пашена. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Сродство электронов представляет собой способность некоторых молекул и атомов газообразного вещества присоединять к себе дополнительные электроны и тем самым становиться отрицательными ионами. В газах, обладающих атомами с высоким сродством, электронам необходима большая энергия разгона.

Электрическая прочность жидких диэлектриков напрямую не связана с их химическим строением. На электрический пробой таких диэлектриков влияние оказывает тот факт, что между их электронами, по сравнению с газовыми, очень маленькое расстояние. В реальности электрическая прочность жидкостей зависит от количества газа в них, а также от состояния поверхности электродов, к которой прилагается напряжение. Еще одним фактором, определяющим электрическую прочность жидких диэлектриков является количество примесей в них.

Готовые работы на аналогичную тему

Электрическая прочность твердых диэлектриков связана с временем, в течении которого прикладывается пробивное напряжение. В зависимости от данного времени и ряда физических процессов, происходящих за этот промежуток времени, различают:

Тепловой пробой, который возникает в промежуток от нескольких секунд до нескольких часов.
Электрический пробой, который возникает через доли секунды.
Пробой из-за частичных разрядов, который может возникнуть более, чем через год.

Электрическая прочность твердых диэлектриков, в большинстве случаев, больше, чем у газов и жидкостей.

Исследование электрической прочности в диэлектриках

Электрическая прочность диэлектрика может быть выражена следующим образом:

где: Uпр — пробивное напряжение; d – толщина исследуемого диэлектрика.

Для исследования пробоя диэлектрика используются электроды различной формы, между которыми помещается сам диэлектрик. Испытания могут проводиться в неоднородном и/или однородном электрическом поле. В жидких и газообразных диэлектриках однородность электрического поля обеспечивается за счет придания поверхностям электродов определенной формы, например, сферической с определенным радиусом, который значительно больше, чем расстояние между самыми близкими точками. Еще могут использоваться электроды Роговского, у которых форма соответствует эквипотенциальным поверхностям, что обеспечивает однородность электрополя в средней части между электродами.

Почти однородное электрическое поле в твердых диэлектриках может быть получено благодаря механической обработке, предполагающей высверливание или выдавливание в них лунок с сферической поверхностью. Чтобы точно установить механизм и закономерности пробоя диэлектрика данный процесс осуществляется в однородном и неоднородном полях. Для получения неоднородного поля применяются электроды типа острие-плоскость или острие-острие. Значение пробивного напряжение в неоднородном электрическом поле заметно ниже, чем в однородном. Причина такого явления — увеличение средней напряженности поля вблизи электрода с маленьким радиусом кривизны:

Важным практическим значением является задача исследования электрической прочности композиционных, неоднородных и слоистых диэлектриков. К данным диэлектрикам относится конденсаторная бумага, которая пропитана изоляционным маслом. Электрическая прочность нескольких слоев такой бумаги зависит от точечных повреждений отдельных слоев (микронеоднородность), их площади, формы используемых электродов, толщины одного листа, плотности бумаги, а также от толщины прослойки масла между листами, их диэлектрических свойств и наличия включений газа.

В системе контроля качества изоляции получил широкое распространение метод определения электрической плотности и среднего пробивного напряжения, основанный на определении разности между максимальными и минимальными измеренными величинами. Для этого определяются такие параметры как дисперсия, доверительный интервал, среднеквадратичное отклонение, коэффициент вариации и т. п.

Читайте также: