Гелль П.П., Иванов-Есипович Н.К. Конструирование и микроминиатюризация радиоэлектронной аппаратуры (1984) (1092053), страница 79
Текст из файла (страница 79)
Экспериментально установлено, что существенную роль в уменьшении разрядного напряжения пу Рис. 7-48. Схемы конструкций с твердым диэлектриком в воздушном нроме- жутке играет влага, адсорбированная на поверхности диэлектрика. Материалы, обладающие более высокой гигроскопично-, стью (стекло, текстолит, гетинакс) дают большее снижение разрядных напряжений (рис. 7-49), чем материалы с меньшей гигроскопичностью (винипласт, парафин, глазурованная керамика).
кВ БВ БВ р у г г .и хВ 'уй';- ВВ Рис. 7-49 Амплитуда разрядных напряжений частоты 50 Гц вдоль поверхности диэлектрика в однородном поле 1 — параеип; у — керамика: 8— стекла; а — стекло. керамика при плохом ксотакте с электролами; З чисто воздушныа промежуток Рис. 7-50. Амплитуда разрядных напряжений в воздухе вблизи поверхности стекла в однородном поде 1 — импульсное наприженне (т=чд мкс; частота повторения 60 Гни у — постоянное напрнжениез 3 напряжение частотой 50 Гзй а— разрядное напряжение воздушного вромежуска у Существенную роль иг- рает длительность воздейстаа вующего напряжения (рис. 7-50).
Снижение электричезр ской прочности при посто- янном и переменном (50 Гц),' 40 напряжении больше, чем при кратковременных импульсах рр с относительно невысокой частотой повторения. Это и У м м Уа Уа „„ объясняется тем, что про- цесс разряда развивается Рнс, 7-ЗК Распределение нанря- медленно. гкеннй, блнакнх к раарнлно" у» Адсорбированная на по- вдоль поверхности стекла верхности диэлектрика влага содержит ионы обоих знаков, которые в электрическом поле смещаются, образуя объемные заряды. В этих условиях поле в середине промежутка ослабляется, а вблизи электродов усиливается.
Это снижает разрядное напряжение (рис. 7-51). В резко неоднородном электрическом поле (см. рис. 7-48,б и в) разрядное напряжение при прочих равных условиях ниже, чем в однородном электрическом поле. Адсорбированная на поверхности влага значительно слабее сказывается на пробивном напряжении. Это можно объяснить тем, что процессы в адсорбированной на поверхности влаге могут лишь незначительно добавочно увеличить и без того большую неоднородность поля.
В конструкциях на рис. 7-48, в напряженность поля наибольшая у центрального электрода. Поэтому вблизи него и возникает коронный разряд в виде полоски неяркого свечения. Скользящие разряды. При увеличении напряжения на поверхности диэлектрика возникают стримеры — узкие светящиеся каналы (з(геат — течение, поток). Стримеры при малой толщине диэлектрика имеют довольно большую емкость по отношению к другому электроду, поэтому через них проходит значительный ток. При возрастании напряжения ток растет, температура стримеров увеличивается и может появиться термическая ионизация. Г1ри этом сопротивление канала резко падает, интенсивность свечения воз' растает. Эти каналы получили название каналов скользя-' щих разрядов. Падение напряжения иа скользящих разрядах незначительно, длина их резко увеличивается, и может произойти полное перекрытие промежутка.
' Ток в канале определяется еМкостью канала разряда, т.е. емкостью единицы поверхности диэлектрика, па которой развивается разряд, по отношению к другому электроду. Теплером была предложена эмпирическая формула напряжения промышленной частоты, при котором появляются скользищие разряды (в киловольтах): (/ = ' ° 1Π— ' с.в о чз где С вЂ” удельная поверхностная емкость, Ф/смз. Для плоского диэлектрика или трубки большого диаметра при С)0,25.10 — м Ф/смз формула дает хорошее ' схождение с экспериментом. Длину канала скользящего разряда можно определить по другой формуле Теплера 1 р — — нС'и' у/ г/и/г//, (7-28) где н — коэффициент, определяемый опытным путем. Если вместо длины скользящего разряда 1г,р подставить длину воздушного промежутка между электродами по поверхности диэлектрика, то можно получить разрядное напряжение (7-29) р т Й~/<Й С учетом того, что С=все/д, где е — относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика, а д — толщина, для частоты 50 Гц получаем и, — й 0//а)" /".
(7-30) Из этого выражения видно, что разрядное напряжение увеличивается весьма медленно с ростом расстояния 1, поэтому целесообразно увеличивать диаметр А Обычно увеличение диаметра делают у фланца, с которого начинается разряд (рис. 7-52). При постоянном напряжении заряды, образующиеся прн ионизационных процессах, оседают на диэлектрике и выравнивают напряжение по длине диэлектрика. При этих условиях образование скользящих разрядов затруднено и разрядное напряжение приближается к разрядному напря.
женню воздушного промежутка. Электрическое старение изоляции. Сильные электрические поля вызывают старение изоляции. В результате старе- ° 31 Рис. 7-52. Конструкции высоковольтных изоляторов 1, И 8 — кривые пир-1(т] прв воввееству. ыпжх нвнряженнях Юь Оь ОИ 4 — крнввя жнввн кволяцвн 432 ния кратковременная электрическая прочность изоляции постепенно уменьшается. В момент, когда пробивное напряжение изоляции снижается до значения воздействующего напряжения, происходит пробой. Интенсивность процессов старения зависит от приложенного напряжения и увеличиваегся с его ростом.
Экспериментальное определение зависимости пробивного напряжения от времени связано с большими трудностя- яр ми, поэтому обычно Цир определяют пробивное напряжение граничных точек (рис. 7-53). Аб- 1 У сциссы точек а, б, в по- казывают время снижейг ния электрической грочности изоляции до уровня приложенного напряжения. Полую" ченные данные дают зависимость срока тв тв службы изоляции от воздействующего парис. 7-5з. изменение пРобивного нв- пРЯжениЯ.
Эта кРиван' нряжения упв в процессе стврения получила название кривой жизни изоляции. Зависимость сред- них значений т от на- Рис 7-54. Зависимость срока службы изоляции от приложенного на- пряжения пряжения и (или напряженности Е) для изоляционных материалов разного типа носит практически одинаковый характер. Это говорит о том, что во всех случаях имеет место одинаковый механизм пробоя (рис. 7-54). Указанные зависимости приближаются к прямой линии: т =- Азуи" или т - АаУЕ".
(7-51) Для различных изоляционных конструкций получены примерно одинаковые показатели степени и. При переменном напряжении и==:4 —:7; зтри постоянном напряжении п.=8 —:12. Коэффициенты Л~ и Ла зависят от физико-химических свойств диэлектрика, от конструкции и технологических режимов изготовления диэлектрика. При снижении напряжения срок службы растет быстрее этой величины, определяемой приведенными формулами.
Вследствие случайного характера процесса старения сроки службы изоляции тоже являются случайными величинами, которые, как показывают исследования, подчиняются экспоненциальпым распределениям. Прн сроках службы более ЗООО— 4000 ч зависимость 1дт=)(1д и) на рис. 7-54 отклоняется от линейной. Были предложены видоизмененные выражения т: — ахи — (7 )"' и т = а I (Š— Е )"', (7-32) Эти формулы удовлетворительно согласуются с опытными данными в области значения т(10з ч.
Для т)10а ч они указывают лишь предполагаемый ход кривых жизни. 433 Выражения (7-32) не имеют строгого экспериментального илн теоретического обоснования, однако они в большей степени, чем формулы (7-31), соответствуют современным представлениям о природе старения изоляции под воздействием электрического поля. Согласно существующей теории основной причиной старения изоляции являются частичные разряды. Они представляют собой пробои отдельных слоев илн участков изоляции. Частичные разряды возникают при некотором напряжении (/,р в местах усиЛения электрического поля, например в газовых включениях. Отдельный частичный разряд сопровождается рассеиванием небольшой энергии и ничтожно малым разрушающим эффектом.
Однако многократное повторение разрядов приводит к разрушению изоляции до полного пробоя. При напряжениях и<У,р частичные разряды в диэлектрике отсутствуют и электрического старения не происходит. Таким образом, У и Е имеют вполне определенный физический смысл: У = У, р и Е = Е, г. Прн длительном воздействии поля на изоляцию в ней могут протекать н электрохимические процессы старения.
Под воздействием электрического поля ионы или дру~ие заряженные частицы извлекаются из объема изоляции и скапливаются у электродов, где они могут участвовать в химических реакциях с образованием продуктов, ухудшающих качество изоляции. При переменном напряжении электрохимические процессы практически отсутствуют. Тепловое старение изоляции.
Снижение электрической прочности диэлектриков может происходить и за счет теплового старения. Тепловое старение происходит вследствие :ускорения химических процессов в изоляционных материалах с повышением температуры. Характер и скорость химических реакций в изоляции могут быть существенно различными в зависимости от свойств диэлектрика и условий старения (температуры, наличия химически активных веществ). Значительное влияние оказывает электрическое поле. Тепловое старение твердых диэлектриков выражается главным образом в снижении механической прочности, появлении трещин и, как следствие, в наступлении пробоя.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
