Справочник по электротехническим материалам. Под ред. Ю.В.Корицкого и др. Том 1 (3-е изд., 1986) (1152095), страница 16
Текст из файла (страница 16)
Прн повторном приложении напряжения к ранее подвергавшейся пробою твердой' изоляции пробой по месту прежнего пробоя, как правило, происходит при сравнительно низком напряжении (однако в отдельных случаях возможно «самовосстановление» пробитой твердой изоляции благодаря оплавленню изоляции, абгоранню электрода и т, п.). Такам образом, пробой твердой изоляции в электрической машине, аппарате, кабеле и т.п.
означает аварию, выводящую данное устройство из строя н требующую ремонта илн аамены устройства Если же пробой произошел в жидком или газообразном диэлектрике, то в силу большой подвижности частиц после снятия напряжения пробитый участок дизлектркка полностью восстанавливает первоначальное значение пробивного напряжения (конечно, 2« Рис. 2.33. Зависимость тока от напряжения прн пробое диэлектрика Рис. 2.39. Типичная зависимость пробивною напряжения Ц«» и электрической прочности Е»р от толщины для керамики. Частота ВОГц. По В. В. Пасынкову Рнс.
2.40. Пробой и перекрытие твердого ди. электрика (схематически) если мощность и длительнесть электрической дуги не были насюлько значительны, чтобы вызвать существенные необратимые изменения диэлектрика). Пробивное напряжение (1«р электрической изаляини зависит ат ее тадщнны. т. е. расстояния мюкду злектродамн Ь; чем толще слой злектронзаляционного материала, тем выше Цч, етого слою Слои одной и той же толщины различных материалов имеют различные значения (г«р, что дает основание для введения показателей свойств диэлектрического материала, определяющих его способность противо.
стоять пробою — электрической прочности Еэи Электрическая прочность дкзлектрика— напряженность электрического паля, при да. стиженни которой в какой-либо точке диэлектрика происходит пробой, Для простейшего случая однородного злектрического поля'в.диэлектрике: Епв = (1пвДк (2.91) Единица СИ Е„р †вал иа метр (В/м).
Другие единицы Е»р — см. с. 13. В большинстве случаев прн воврастаниий значение Е р уменьшается. т. е. Оар возрастает с увеличением толщины не линейно, а медленнее (рис. 2.39). Однако при переходе к особо тонким слоям (примеры †лаков пленки; напылеаиые пленки диэлектрика) начинают сказываться неизбежные неоднородности материала и Е„ опять начинает снижатьск. У неоднородных тонких материалов (бумага,лакоткань и т.п.) Е»р уменьшается с увеличением плошади электродов, что объясняется увеличением вероятности попадания под электроды слабых мест диэлектрика.
Для надежной работы любого электротехнического устройства рабочее напряжение его изоляции ()р»з должна быть существенно меньше пробивного напряжекия О«р. Отношение Вар/Ц з называют хазффициалтозр запаса электрической прочности изоляции. Электрическая прочность высококачественных твердых.электроизоляционных материалов, как правило, выше, чем жидких и,. тем баеве, газообразных диэлектриков (при иормальном Общие свойства электраизвляиианных материалов Равд. 2 давлении). Поэтому если расстояние между ближайшими друг к другу тачками электродов по поверхности твердой изоляции ((/ис. 2.40) лишь ненамного превосходит кратчаншее расстояние между электродами сквозь изоляцию, то при повышении приложенного к изоляции напряжения в первую очередь может произойти не пробой изоляции (стрелка а), а поверхностный пробой' (перекрытие) изоляции, т.
е. разряд в прилегающем к твердой изоляции слое газообразного (например. воздуха) или жидкого диэлектрика (стрелка б), Физическая природа пробоя. По физической сущности развития пробоя различают несколько вюц|в, основные нз них: чисто электрический, электратепловой, электромеханический, электрохимический и ионизационный пробой.
Чисто электрический (есобстве|п|ыйе) пробой представляет собой непосредственное разрушение структуры диэлектрика силами электрического поля, воздействующими на электрически заряженные частицы в диэлектрике. Этот вид пробоя развивается практически мгновенно. Если пробой не произошел тотчас после приложения напряжения, изоляция в случае чисто электрического механизма пробоя теоретически должна выдерживать то же значение напряжения длительно (если только не иметь в виду пробой кратковременными— продолжительностью порядка О, 1 — 1 мкс— имп льсами напряжения). Ь тношенне импульсного пробивного напряжения (1,р,еке к пробивному напряжению и и длнтельйоы приложении напряжения ()'.,„„ «э,кк называется казффииивнтои импульса (2. 92) (' агеди данной электрической изоляции. Коэффнпнент импульса зависит от материала диэлектрика и от формы и размеров изоляции; для газов К е Рис, 2.41.
Зависимость пробивного напряжения Е/е„пря электротепловам пробое от времени приложения напряжения // |/ 20 10 20 +0 бй Во 100 '0 Рис. 2.42. Зависимость электрической прочности Е„фарфора от температуры Т при пере- ьюяном напряжении с частотой 50 Гц; 1 — еблееть екеге електркчеекеге пробок; Ы вЂ” об- ласть екектретеелеэеге кребсе при прочих равных условиях бывает больше в случае. неоднородного электрического поля в изоляции. Электрогевловай (сокращенно в тепловой) пробой связан с нагревом изоляции в электрическом поле диэлектрическими потерями (см.
$ 2.4). Этот внд пробоя развивается следующим образом: когда на диэлектрик подается напряжение, в нем выделяется тепютв потерь и температура его повышается, вследствие чего потери еще более увеличиваются; процесс идет, таким образом, все усиливаясь, и, в конце кондов, диэлектрик может сильно измениться (может произойти расплавление, обугливвние и т. п. в зависимости от природы материала) н его собственная электрическая прочность снизится настолько, что произойдет пробой. При этом для возникновения пробоя достаточно, чтобы разогрелось какое-нибудь место диэлектрика, в котором теплоотдача хуже нлн удельные потери повышены, а средняя температура всего объема днзлектрнха может оставаться мало отличающейся от начальной, имевшей место до приложения к диэлектрику напряжения.
Если удельная активная проводимость [па формуле (2.7) в случае постоянного напряженкя нлн же по формуле (2.72) в случае переменного напряжения) мала и ТК ее невелик, а условия отвода тепла в окружающую среду достаточно хороши, установится равновесие между выделяющимся в диэлектрике теплом и его отводом в окружающую среду и диэлектрик будет длительно работать под напряженнем, не пробиваясь. В этом случае пробой может произойти лишь при дальнейшем повышении напряжения.
Если же отвод тепла в окружающую среду затруднен, то даже незначительное нвпряжение„приложенное к диэлектрику, через достаточно большое время должно вызвать пробой, Зависимость пробивного напряжения от времени приложения напряжения при электратеплавом механизме пробоя показана нз рнс. 2.4!. Если мы приложим к диэлектрику напряжение О/ на промежуток времени меньший, чем 1ь я затем напряжение снимем, то диэлектрик еще ве успеаг разогреться и не будет пробит.
Диэлектрик способен неограниченно долго выдерживать напряжение, меньшее У , к которому асимптотнчески стремится (г,э прн увеличении 1. При электротепловом пробое П р завнсиг как от частоты приложенного напряжения. уменьшаясь при ее возрастании, так и от температуры окружаюшей среды (начальной рабочей температуры диэлектрика), уменьшаясь при ее возрастании. Для одного и того же диэлектрика переход нз области чисто электрического пробоя (с электрической прочностью, не зависящей нли лишь мало зависящей от температуры и частоты) в область электротеплового пробоя (с атчетлква выраженной зависимостью как от температуры, так и ат частоты) может пронзойтн при возрастании начальпой температуры (рис.
2.42), прв переходе от постоянного напряжения к переменному и пря дальнейшем повышении частоты, прн ухудшении тем илн иным образом условий охлаждения. Электраиелнлический пробой яодготовлиаг- Термические свойства элскграизоляцианньж материалов Таблица 22 Обозначение класса нзгренастОйкости Н Е Рабочая температура, 'С 180 Выше 180 1ББ 120 130 ся механическим разрушением материала (образованиын макроскопическнх трещин) силами электрического поля (давлением электродов). Элехгрохимический пробой в вид медленно развивающегося пробоя, связанного с химнчесним изменением материала в электрическом поле (прнмер — прорастание металлических древовидных побегов — «дендритов» в результате воектролиза, см. с.
20). Оаниэационный пробой объясняется действием на диэлектрик химически агрессивных веществ, образующихся в газовых порах диэлектрика при частичных разрядах, а также эрозией диэлектрика на границе пор ионамн газа. 2.6. ТЕРМИЧЕСКИЕ СВОИСТВА ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ Нагревастойкость, тепласгайкасть н термасгайкасть. Весьма важна способность электрической гшоляция выдерживать повышенную температуру без существенного ухудшения свойств, так как от этого зависит наивысшая допустимая рабочая температура изоляции. В электрических машинах и аппаратах повышеняе температуры, которое обычна лиивтнруется именно материалами электрической изоляции, дает воэможность для заданной мощ. насти достигнуть уменьшевия габаритных размеров. массы и стоимости изделия. Повышение рабочей температуры особенно важно для тяговых н крановых электродвигателей, самолетного электрооборудования н друг передвижных устройств, где вопросы умен ыпш массы н габаритяых размеров выступ на первый план..Для электрических печей нагревательных приборов, злектросварочно аппаратуры, источников света и многих э раиных и ионных приборов и т.
и. высок(~я рабочая температура изоляции необходима,' У аморфньш материалов (стекла„ смо н пр ) резко выраженной температуры плавления Тоо нет, н у них температура размягчения Тыоя определяется при помощи различных условных приемов (см. ркзд, 29) Приближение к температуре размягчения в эксплуатационных условиях может вызвать сильное снижение механической прочности-и постепенную деформацию нвделий, что ограничивает гепласгойкость электроязоляциониых материалов. У ряда материалов прн нагреве могут наблюдатьси химическое разложение, обугливание, интенсивное окисление до явного гореяня включительна, В ряде случаев, даже при сохраяенни механической прочности и целостности изоляция, диэлектрические свойства ее ухудшаются настолько, что делают работу изоляции пря повышенной температуре уже невозможной.
Такие изменения качества изоляция могут проявляться даже при кратковременном повыше. нии температуры. Рис. 2.43. Возникновение температурных напряжений в поверхностном слое стекла пря термоударах: о — соучна быстрого согрев«; б — случоз быстрого озяьжяеззв Помимо ухудшающих качество электрической изоляции изменений, которые проявляются уже в случае кратковременного повышения температуры, при длительном воздействии повышенной температуры (но меньшей, чем действузнцая вредно в течение короткого времени» могут наблюдаться нежелательные изменения за счет медленно протекающих химических процессов: это так называемое герма«еское (тепловое) старение изоляции. У трансформаторного масла старение проявляется в образовании продуктов окисления (см, равд. 4), у лаковых пленок — в повышении жесткости к хрупкости, образовании трещин и отставании от подложки (равд.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
