ПО ПОВЕРХНОСТИ ТВЕРДЫХ ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 6Следующая ⇒

Цель работы – ознакомление с методикой испытания твердых изоляционных материалов на электрическую прочность, исследование разрядных поверхностных характеристик изоляционных конструкций различных конфигураций.

Общие сведения . Механизм пробоя твердых электроизоляционных материалов определяется структурой вещества, температурой его нагрева, длительностью воздействия напряжения и свойствами окружающей среды. Различают три формы пробоя твердых ЭИМ: электрическую; тепловую; электрохимическую.

Электрический пробой возможен только при весьма сильных электрических полях, возникающих при воздействии на изоляцию импульсных перенапряжений. Он связан с развитием электронной лавины вследствие ударной ионизации. Электрический пробой имеет место, когда исключено влияние электропроводности и диэлектрических потерь.

Наиболее частым видом пробоя твердого тела является тепловой, проявляющийся при неудовлетворительном теплоотводе и при воздействии постоянного или низкочастотного переменного напряжения.

Основные положения тепловой теории пробоя сводятся к следующему. При приложении к твердому ЭИМ высокого напряжения в нем выделяется некоторое количество тепла. Его источниками служат ток проводимости, дипольные потери и потери энергии на абсорбцию. Если количество тепла, выделяемое внутри материала, будет больше количества тепла, отводимого в окружающую среду, то температура ЭИМ начинает повышаться. Разогрев материала происходит неравномерно. Наибольшему нагреву подвергаются отдельные каналы, вдоль которых протекают токи. Так как ЭИМ обладают отрицательным температурным коэффициентом сопротивления, то с нагревом ток сквозь каналы возрастает. Это ведет к дальнейшему, еще большему разогреву отдельных каналов, оплавлению и прожогу материала. ЭИМ теряет свои изолирующие свойства и наступает пробой, называемый тепловым. На вероятность возникновения теплового пробоя существенно влияет начальная температура материала. Чем она выше, тем легче развивается пробой, тем при меньшем напряжении он наступает. При низкой температуре и малом времени действия напряжения нет условий для развития пробоя.

Электрохимический пробой обычно возникает в ЭИМ с неоднородной структурой при длительном воздействии напряжения. Например, в ЭИМ с воздушными включениями под действием высокого напряжения воздух ионизируется. Образующиеся при этом атомарный кислород и водород вместе с азотом дают азотную кислоту, которая разрушает органический материал. При повышенной температуре в ЭИМ могут происходить электролитические процессы, сопровождающиеся образованием дендритов. При их прорастании на всю толщину материала происходит замыкание электродов и наступает пробой. Электрохимические явления в сочетании с действием перепадов температур, влажности, динамических, механических нагрузок приводят к постепенному необратимому ухудшению качества ЭИМ, называемому «старением» изоляции.

Пробивное напряжение стареющей изоляции постепенно снижается. Повышению ее электрической прочности способствует придание изоляции монолитности за счет пропитки жидким диэлектриком.

Электрическая прочность Е_пр для твердых ЭИМ определяется в слабонеоднородном поле. При определении Е_пр регламентируется время воздействия напряжения. В соответствии с этим различают: мгновенную и длительную (полминутную, минутную, получасовую).

У большинства высоковольтных аппаратов токоведущие части отделяются друг от друга твердыми изолирующими материалами и часть поверхности электродов диэлектриком не покрывается. Поэтому между ними остается воздушный зазор, включенный параллельно твердой изоляции. Наличие твердого диэлектрика влияет на разрядное напряжение воздушного зазора. Образование и развитие поверхностного разряда связано с эффектом искажения электрического поля у поверхности и повышением напряженности в точках поверхности раздела сред.

На рис. 3 показаны наиболее характерные взаимные расположения твердого ЭИМ и воздуха в электрическом поле. При внесении твердого ЭИМ в равномерное электрическое поле (рис. 3, а), боковая поверхность которого оказывается параллельной силовым линиям поля, равномерность поля не нарушается, поверхностный разряд имеет место, но наступает при напряжении U_р, меньшем, чем для чистого воздушного зазора. Снижение разрядного напряжения по поверхности по сравнению с разрядным напряжением чистого воздуха при равномерных и слабонеравномерных электрических полях вызывается наличием воздушных прослоек между ЭИМ и электродами, влажностью поверхности твердого электроизоляционного материала и наличием трещин и мелких дефектов на ней.

Образование и развитие поверхностного разряда в конструкциях происходит иначе. Здесь ЭИМ помещен в неравномерное поле.

Рис. 3. Схемы, иллюстрирующие влияние твердого диэлектрика

на разрядное напряжение воздушного зазора:

1 – металлические электроды; 2 – твердый диэлектрик

На границе раздела сред вектор напряженности электрического поля может быть разложен на две составляющие: нормальную – и тангенциальную– . У конструкции, приведенной на рис. 3, б, нормальная составляющая на большей части поверхности преобладает над тангенциальной. У конструкции, изображенной на рис. 3, в, тангенциальная составляющая превышает нормальную. Чем больше , тем легче за счет трения частиц и разогрева поверхности, а также возникновения термической ионизации образуется и развивается скользящий разряд. При переменном напряжении ток скользящего разряда зависит от удельной поверхностной емкости твердого ЭИМ С (Ф/см²). При постоянном напряжении скользящий разряд образуется значительно труднее, чем при переменном, что объясняется отсутствием влияния на разряд поверхностной емкости. С дальнейшим ростом приложенного напряжения наступает поверхностный разряд. При достаточной мощности источника перекрытие сопровождается дуговым разрядом, что может повредить изоляционную конструкцию. Во многих случаях требуются специальные меры, затрудняющие образование и развитие поверхностных разрядов по изоляционной конструкции. В [3] приведено описание мероприятий по защите пазовой изоляции высоковольтных электрических машин.

Программа работы

1. Определить зависимость мгновенного пробивного напряжения от толщины электроизоляционного материала (простая изоляционная бумага и пропитанная).

2. Определить длительную электрическую прочность изоляционной бумаги.

3. Снять разрядные характеристики для диэлектрика с цилиндрической поверхностью в неравномерном электрическом поле.

4. Снять разрядные характеристики воздушного зазора в равномерном электрическом поле с твердым диэлектриком и без него.

5. Пронаблюдать и описать явление скользящего разряда на ЭИМ с плоской поверхностью (стекло).

⇐ Предыдущая 123 4 5 6 Следующая ⇒