Кратковременная электрическая прочность внутренней изоляции
Способность изоляции выдерживать значительные перенапряжения в течение нескольких минут характеризует ее кратковременную электрическую прочность. При этом различают электрический пробой электротепловой, электромеханический, электрохимический, ионизационный пробой внутренней изоляции.
Электрический пробой, как правило, наступает при воздействии на изоляцию очень больших по величине перенапряжений. При значительной напряженности поля на электродах возникает автоэлектронная эмиссия. Свободные электроны разгоняются на столько, что разрушают кристаллическую решетку твердого диэлектрика. В жидком диэлектрике быстро развиваются ионизационные процессы, приводящие к возникновению лавинно-стримерному разряду. Процесс завершается полным пробоем изоляции и длится в течении нескольких микросекунд.
Для теплового пробоя необходимо некоторое время, чтобы диэлектрик разогрелся. Если при этом темп нарастания тепловыделения превысит темп нарастания отвода тепла в окружающую среду, то возникает термическое разрушение изоляции, то есть тепловой пробой.
Количество
выделяемого тепла при переменном
напряжении пропорционально диэлектрическим
потерям в изоляции
и зависит от квадрата приложенного
напряжения:
. (2.3)
Отвод тепла пропорционален поверхности изоляции S и разности температуры с окружающей средой:
. (2.4)
Значение
сильно зависит от температуры изоляции.
При нормальной температуре
.
С ростом температуры этот показатель
возрастает в несколько раз. В результате
при некоторой температуре диэлектрика
наступает лавинообразный процесс
выделения тепла и в итоге – тепловой
пробой. Как правило, толчком к началу
развития теплового пробоя силовых
кабелей и электрических машин является
нагрев проводника большими токами
нагрузки. От проводника нагревается
изоляция, растет
и при относительно небольших внутренних
перенапряжениях развивается тепловой
пробой. В трансформаторах с повышением
токов нагрузки или температуры масла
более
автоматически включается обдув радиаторов
охлаждения. В электрических машинах
малой мощности на ротор устанавливают
вентилятор воздушного охлаждения,
который постоянно продувает работающую
машину. Для охлаждения машин большой
мощности в качестве теплоносителя
применяют водород или воду.
Электромеханический пробой, который может наблюдаться, например у хрупких материалов в сильно неоднородном электрическом поле подготавливается механическим разрушением материала (образованием макроскопических трещин) силами электрического поля.
Электрохимический пробой – вид медленно развивающегося пробоя, связанного с химическим изменением материалов в электрическом поле (пример – прорастание металлических древовидных побегов – «дендритов» в результате электролиза). Такое явление часто называют старением диэлектрика в электрическом поле, поскольку оно приводит к постепенному снижению электрической прочности, заканчивающемуся пробоем при напряженности поля, значительно меньшей пробивной.
Ионизационный пробой объясняется воздействием на диэлектрик химически агрессивных веществ, образующихся в газовых порах диэлектрика при частичных разрядах, а также эрозией диэлектрика на границе пор ионами газа.