 |
Пробой твердых диэлектриков.
|
|
|
|
В твердых диэлектриках могут наблюдаться три основных механизма пробоя:
- электрический;
- тепловой;
- электрохимический.
Электрический пробой. В основе механизма электрического пробоя твердых диэлектриков лежат электронные лавинообразные процессы. Пробой наступает вследствие образования в диэлектрике между электродами плазменного газоразрядного канала, в формировании которого участвуют эмиссионные токи из катода и свободные заряды, образующиеся в результате электронной ударной ионизации и фотоионизации. Завершается пробой механическим или тепловым разрушением.
На механизм пробоя твердых диэлектриков влияет однородность структуры материала. К неоднородным относятся диэлектрики, имеющие пористую структуру, т.е. содержащие газовые включения. Для однородных диэлектриков наблюдается заметная разница между значениями пробивного напряжения в однородном и неоднородном электрических полях. Это объясняется тем, что в однородном поле происходит пробой диэлектрика в самом слабом месте диэлектрика (например, в месте имеющегося дефекта структуры), а в неоднородном электрическом поле – в точке с максимальной напряженностью поля.
Для однородных диэлектриков электрическая прочность практически не зависит от их толщины: ее незначительное снижение при большой толщине может наблюдаться только при наличии дефектов структуры. Для неоднородных диэлектриков с увеличением толщины образца усиливается неоднородность структуры (возрастает число газовых включений) и снижается электрическая прочность, как в однородном, так и в неоднородном электрических полях.
Тепловой пробой. Возникает он вследствие нарушения в диэлектрике теплового равновесия между процессами тепловыделения и теплоотдачи и проявляется в тепловом разрушении материала (расплавлении, прожиге и т.п.) в месте наибольших диэлектрических потерь.
|
|
|
Под действием диэлектрических потерь, обусловленных релаксационными видами поляризации и током сквозной проводимости, протекает процесс тепловыделения; материал диэлектрической конструкции нагревается. Повышение температуры сопровождается возрастанием диэлектрических потерь и, следовательно, дальнейшим увеличением количества выделяемого тепла. Образующееся тепло в результате высокой теплопроводности металла токопроводящих частей электроустановки, а также конвекции воздуха (или жидкого диэлектрика) отводится от диэлектрика в окружающую среду — идет процесс теплоотдачи. Если при этом тепловыделение превысит теплоотдачу, то разогрев диэлектрика приведет в конечном счете к тепловому разрушению материала и потере электрической прочности.
Электрохимический пробой возникает вследствие электрического старения диэлектриков. Под воздействием окружающей среды и, в первую очередь, электрического поля материал стареет. В нем протекают необратимые химические процессы, вызывающие ухудшение физико-химических, в том числе и электрических, свойств. Электрическая прочность материала снижается, и пробой наступает при напряженности поля ниже расчетной.
Тема №5. Неэлектрические свойства диэлектриков.
Тепловые свойства.
Нагревостойкость – способность изоляционного материала выдерживать воздействие повышенной температуры без явного ухудшения изоляционных свойств в течение всего срока службы электрооборудования.
В зависимости от допустимых в эксплуатации рабочих температур (диэлектрики различают по классам нагревостойкости. Всего выделяют 7 классов (Y, A, E, B, F, H, C), охватывающих диапазон рабочих температур от 90 до более 180 градусов.
|
|
|
Холодостойкость – способность изоляции не снижать эксплуатационной надежности при низких температурах (минус 60-70оС) и более низких (криогенных температурах).
Теплопроводность – способность материалов переносить тепло от более нагретых частей к менее нагретым, что приводит к выравниваю температуры.
Перенос тепла осуществляется свободными электронами, поэтому у металлов коэффициент теплопроводности значительно выше, чем у диэлектриков.
Тепловое расширение – увеличение объема материала при нагреве. Количественной оценкой данного свойства является температурный коэффициент линейного расширения.
Влажностные свойства.
Гигроскопичность – способность изоляционных материалов впитывать влагу из окружающей среды.
При соприкосновении твердой изоляции с атмосферой, содержащей влагу, происходит два явления: адсорбция и абсорбция. Адсорбция – это смачивание поверхности материала; абсорбция – это проникновение влаги внутрь материала по причине его пористой или неплотной структуры.
Адсорбированная влага уменьшает поверхностное сопротивление материала, т.е. приводит к увеличению токов утечки не через диэлектрик, а по его поверхности. Абсорбция влаги приводит к уменьшению сопротивления изоляции, электрической прочности и увеличению угла диэлектрических потерь.
Причиной абсорбции являются силы, которые действуют между молекулами воды и частицами материала на его поверхности. Если эти силы притягивающие, то поверхности являются гидрофильными; если отталкивающие, то поверхности гидрофобные, т.е. не смачиваются водой. Способность диэлектрика смачиваться водой (или другой жидкостью) характеризуется краевым углом смачивания.
Для уменьшения абсорбции используется пропитка материалов или покрытие их изоляционными лаками, но это лишь замедляет процесс увлажнения. Единственный способ защиты от проникновения влаги – это герметизация электрооборудования.
Влагопроницаемость – способность материала пропускать через себя пары воды.
Механические свойства.
Количественной оценкой способности материалов выдерживать механические нагрузки без разрушения являются пределы прочности при растяжении σр, сжатии σс, изгибе σи. Единица измерения пределов прочности – паскаль.
|
|
|
Способность материалов деформироваться под действием механических нагрузок определяет их пластичность.
Хрупкость – способность диэлектрика разрушаться без заметной пластической деформации.
Механические нагрузки делят на статические (медленно нарастающие); динамические (внезапно возникающие, ударные). Количественной оценкой способности диэлектрика выдерживать воздействие динамических нагрузок является – ударная вязкость (σуд), определяемая по формуле
Вязкость (внутреннее трение) – свойство жидкостей оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой. Количественной оценкой вязкости является коэффициент динамической вязкости или коэффициент внутреннего трения – η. Вязкость жидких диэлектриков зависит от температуры.
Вибропрочность – способность электроизоляционных материалов выдерживать без разрушения длительное воздействие вибраций, то есть повторяющихся колебаний определенной частоты и амплитуды.
Химические свойства.
Растворимость – это свойство важно для подбора растворителей лаков, а также для оценки стойкости изоляционных материалов к действию различных жидкостей, с которыми эти материалы соприкасаются в процессе изготовления изоляции например, при пропитке лаками) и в эксплуатации (изоляция маслонаполненных трансформаторов и т.п.).
Химостойкость – стойкость к коррозии различными химически активными веществами (кислотами, щелочами, солевыми растворами).
Для масел и смол измеряют кислотное число, характеризующее содержание в материале свободных кислот. Кислотное число – количество граммов едкого кали КОН, которое требуется для нейтрализации всех свободных кислот, содержащихся в 1 кг испытуемого образца.
Радиационная стойкость – способность изоляционных материалов продолжать выполнять свои функции в условиях интенсивного облучения или после радиационного воздействия.
Светостойкость – способность диэлектриков сохранять свои эксплуатационные характеристики под действием оптического облучения.
Трекингостойкость – способность диэлектрика сопротивляться образованию проводящих следов (треков) на поверхности материала.
|
|
|
