23. Пробій твердої ізоляції

Електрична міцність твердої ізоляції вища, ніж газоподібної і рідкої .

Електрична міцність твердої ізоляції залежить від:

1. форми електричного поля;

2. вигляду напруги і полярності;

3. часу впливу напруги;

4. однорідності діелектрика;

5. електрофізичних характеристик (полярний-неполярний, , , і ін.);

6. температури.

Розрізняють три види пробою діелектрика:

1. електричний - ;

2. тепловий ;

3. старіння і менше.

Тверда ізоляція включає в собі всі види твердих діелектриків від плівок до товстої монолітної.

У табл. 1.5 наведені деякі електричні характеристики твердої ізоляції, котрі можуть бути зажадані в процесі її експлуатації.

Таблиця 1.5 – Характеристики ізоляції

Електричні характеристики	Механічні характеристики	Теплові характеристики	Хімічні характеристики	Інші
,	Твердість Гнучкість Еластичність	Теплопровідність Теплоємність Теплове розширення	Стабільність Розчинність Дія на ін. діелектрики	Питома вага Абсорбція вологи Дія опромінення Мікроорганізми

Найбільш сильний вплив на електричну міцність твердої ізоляції мають час прикладання напруги, температура, товщина. Залежність пробивної напруги від часу прикладання напруги називається вольт-секундною характеристикою. Вона наведена на рис. 1.27.

Рисунок 1.27 – Вольт-часова характеристика твердої ізоляції: І- електричний пробій, запізнення каналу розряду; ІІ – електричний пробій, , не залежить від температури; ІІІ – тепловий пробій, , різке зниження у часі; IV – старіння, мало змінюється, а час до пробою значно зростає

На кривій виділяють 4 області. Області І та ІІ відповідають електричному пробою. Час прикладання напруги . Різке зростання пробивної напруги в І області обумовлено запізненням розвитку розряду відносно часу прикладання напруги. Область ІІІ характеризується різким спадом пробивної напруги, що говорить про переважну роль теплових процесів. Область IV – повільне зниження пробивної напруги зі збільшенням часу дії пов’язано з повільними процесами старіння, деградації твердої ізоляції. Електрична міцність твердої ізоляції зростає зі зменшенням її товщини і особливо швидко в області мікронних товщин. Цей ефект використовують в ізоляції конденсаторів, кабелів, вводів і ін. Вплив температури наглядно ілюструє рис. 1.28, де наведена залежність електричної міцності порцеляни від температури. Видно, що до температури пробивна напруженість порцеляни практично не змінюється (область А). Подальше збільшення температури призводить до різкого зменшення (область Б).

Рисунок 1.28 – Залежність пробивної напруги від температури для порцеляни (50 Гц)

Розвиток теплового пробою в твердому діелектрику в загальних рисах може бути представлений у вигляді такої послідовності:

де - напруга, прикладена до ізоляції; - струм, що протікає через ізоляцію; - температура ізоляції; - провідність ізоляції; - діелектричні втрати ізоляції.

Суть теплового пробою ізоляції можна представити у вигляді рис. 1.29, де - тепло, що виділене в ізоляції за рахунок джоулевих та діелектричних втрат, - відведене від ізоляції тепло в навколишнє середовище.

Виділене тепло визначається, як

47147\* MERGEFORMAT (.)

а відведене тепло, як

48148\* MERGEFORMAT (.)

де - кутова частота; - ємність виробу; - діелектричні втрати в ізоляції; - коефіцієнт теплопередачі; - площа поверхні ізоляції; - температура навколишнього середовища; - температура всередині діелектрика.

Рисунок 1.29 – Зміна виділеного і відведеного тепла в ізоляції при різних напругах

Вимірювання прикладеної напруги до ізоляції призводить до зміни втрат в ній. На рис. 1.29 , , - тепло, виділене при , а - тепло, що відведене від ізоляції.

Для при - немає нагріву.

Для при - тепловий пробій.

Для - завжди тепловий пробій.

- точка теплової рівноваги. Робоча температура .