23. Объемная и поверхностная проводимость диэлектриков.

Как видно из рис. 1.1, для твердого диэлектрика ток утечки может протекать через весь объем диэлектрика V, а также и по его поверхности S от одного электрода к другому электроду. В связи с этим для твердых электроизоляционных материалов различают объемный ток утечки   и поверхностный ток утечки  , а также объемную и поверхностную электропроводности и соответственно объемное и поверхностное сопротивления. Объемная электропроводность обусловлена свойствами самого диэлектрика. Поверхностная же электропроводность обусловлена присутствием на поверхности диэлектрика влаги и различных загрязнений. Поскольку вода отличается значительной электропроводностью, то достаточно тончайшего слоя влаги на поверхности диэлектрика, чтобы была обнаружена заметная электропроводность, определяемая в основном толщиной увлажненного слоя. Поскольку толщина адсорбированного слоя и его сопротивление связаны с природой материала, на поверхности которого находится этот слой, поверхностную электропроводность обычно рассматривают как свойство самого диэлектрика. Поверхностная электропроводность тем ниже, чем меньше полярность вещества, чем чище поверхность диэлектрика и чем лучше она отполирована. Наиболее высокими значениями поверхностного сопротивления обладают неполярные диэлектрики, поверхность которых не смачивается водой (парафин, полиэтилен, фторопласт-4). Такие диэлектрики называются гидрофобными.

Проводимость она же ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ проявляется во всех веществах , так же и в диэектриках это способность веществ проводить электрический ток, обусловленная наличием в них подвижных заряженных частиц (носителей заряда) , в диэлектриках эта способность минимальна. Величина обратная сопротивлению.

25. Температурное старение изоляционных материалов

При эксплуатации электродвигателей со временем постепенно разрушается изоляция обмоток врезультате ее нагрева, центробежных сил при вращении, воздействия механических усилий от вибрации, динамическихсил при пусках и переходных процессах, влияния влаги и агрессивных сред, загрязнения различной пылью. Главной причиной выхода из строя изоляции электродвигателей низкого напряжения являются температурные воздействия. При температурном расширении изоляционных материалов ослабляется их структура, возникают внутренние механические напряжения. Тепловое старение изоляции делает ее уязвимой для механических воздействий. При потере механической прочности и эластичности изоляция не способна противостоять обычным условиям вибрации или ударам, проникновению влаги и неодинаковым тепловым расширениям меди, стали и изоляционных материалов. Усадка изоляции от воздействия теплоты приводит к ослаблению креплений катушек, клиньев, пазовых прокладок и других крепежных конструкционных деталей, что способствует повреждению обмотки при относительно слабых механических воздействиях. В начальный период эксплуатации пропиточный лак хорошо цементирует обмотку, но вследствие теплового старения лака цементация ухудшается и действие вибрации становится более ощутимым. В процессе эксплуатации обмотка может загрязняться пылью из окружающего воздуха, маслом из подшипников, угольной пылью при работе щеток. Угольная пыль образует проводящие мостики, которые могут вызвать перекрытие или пробой на корпус.

епловое старение изоляции наиболее часто возникает из-за перегрузки электросетей токами, превышающими длительно допустимые для данного сечения проводники. Рассмотрим теперь вопрос о тепловом старении изоляции. Исходя из представления, что тепловое старение изоляции связано с превращениями ( главным образом деполимеризацией) молекул, Т. В. Дейкин [7] на основе изучения связи между процессом старения и скоростью реакций определил соотношение между ними. Это объясняется сложностью процессов, происходящих при тепловом старении изоляции. При воздействии высокой температуры на изоляцию ( здесь мы будем рассматривать компаундированную микаленту) различные ее компоненты по-разному сопротивляются этому воздействию. Однако, если в изоляции, пусть даже в хрупкой и пересушенной, нет еще трещин, расслоений и вспучиваний, ее электрическая прочность остается высокой. Сущность большинства проводящихся в разных лабораториях испытаний на тепловое старение изоляции сводится к тому, что образцы помещаются в специальные шкафы или камеры, аналогичные описанным в § 10 - 1, в которых они выдерживаются в течение определенных промежутков времени при повышенной температуре. Сочетание выбираемых старящих факторов и интенсивности последних соответствует тем особенностям в поведении электроизоляционного материала, которые должны быть выяснены данными исследованиями, или же эксплуатационному режиму, в котором работает материал. Сущность большинства проводящихся в разных лабораториях испытаний на тепловое старение изоляции сводится к тому, что образцы помещаются в специальные шкафы или камеры, в которых и выдерживаются в течение определенных промежутков времени при повышенной температуре. В особых случаях, помимо воздействия нагрева, может даваться одновременное воздействие других факторов: механических нагрузок, в частности вибрационных; воздействие влажности, масла и различных органических растворителей; различных химических реагентов - клслот, щелочей, озона и др. ( в частности, катализаторов старения, например меди или других металлов при испытании на старение нефтяных масел), электрического поля, облучения, в особенности ультрафиолетовым светом, и др. Сочетание выбираемых старящих факторов и интенсивности последних соответствует тем особенностям в поведении электроизоляционного материала, которые должны быть выяснены данными исследованиями, или же эксплуатационному режиму, в котором работает материал. Зависимость продолжительности старения т пленок до появления трещин при изгибе от температуры масляно-битумного лака ( кривая 3, кремнийорганического лака ( кривая 2 и полиимид-ного лака ( кривая /. Необратимое ухудшение качества изоляции лишь при длительном воздействии повышенной температуры вследствие медленно протекающих химических процессов называется тепловым старением изоляции. В процессе эксплуатации электрических машин под действием рабочей температуры происходит ухудшение механических и электрических свойств изоляции обмоток или тепловое старение изоляции. Следовательно, для повышения надежности машин нужно повысить нагревостойкость изоляции и снизить местные перегревы ее по отношению к средней температуре обмотки, измеренной по сопротивлению. Чтобы исследовать качественное и количественное влияние воздействий высоких температур на изоляцию, в ЛПИ были проведены серии опытов по искусственному тепловому старению изоляции в лабораторных условиях. Установка для пропитки статора.| Изоляция катушки статора. При ремонте статорных обмоток из жестких катушек в большинстве случаев удается сохранить обмоточные медные провода прямоугольного сечения, В случае теплового старения изоляции ее восстанавливают. Если ухудшение качества изоляции может обнаружиться лишь при длительном воздействии повышенной температуры - за счет медленно протекающих химических процессов, то это явление называют тепловым старением изоляции. Помимо ухудшения качества электрической изоляции, которое проявляется уже при кратковременном повышении температуры, при длительном воздействии повышенной температуры могут наблюдаться нежелательные изменения за счет медленно протекающих химических процессов - так называемого теплового старения изоляции. В ряде случаев испытания изоляции кратковременным нагревом недостаточны, так как ухудшение качества изоляции может обнаружиться лишь при длительном воздействии повышенной температуры - за счет медленно протекающих химических процессов; это - - так называемое тепловое старение изоляции. Помимо ухудшающих качество электрической изоляции изменений, которые проявляются уже в случае кратковременного повышения температуры, при длительном воздействии повышенной температуры ( но еще меньшей, чем действующая вредно в течение короткого времени) могут наблюдаться нежелательные изменения за счет медленно протекающих химических процессов: это так называемое тепловое старение изоляции. У трансформаторного масла старение проявляется в образовании продуктов окисления ( разд. Помимо упомянутых выше ухудшающих качество электрической изоляции изменений, которые проявляются уже в случае кратковременного повышения температуры, при длительном воздействии повышенной, но еще не действующей вредно в течение короткого времени температуры могут наблюдаться нежелательные изменения за счет медленно протекающих химических, процессов, это - так называемое тепловое старение изоляции. У трансформаторного масла старение проявляется в образовании продуктов окисления ( см. гл. Для проверки стойкости электроизоляционных материалов к тепловому старению образцы этих материалов длительно выдерживают в термостатах при заданной температуре; свойства старевших определенное время образцов измеряют и сравнивают со свойствами свежего непостарезшего материала. Помимо температуры, существенное влияние на скорость старения могут оказать: повышение давления воздуха или концентрации кислорода; присутствие озона, являющегося более сильным окислителем, чем кислород, а также различных химических реагентов, ускоряющих или замедляющих старение. При работе органической изоляции без доступа кислорода тепловое старение замедляется. Срок службы трансформатора определяется в основном старением органической изоляции обмоток. Тепловое старение изоляции обмоток определяется температурой, при которой работает изоляция, и длительностью ее воздействия. Срок службы трансформатора определяется, в основном, старением органической изоляции обмоток. Тепловое старение изоляции обмоток определяется температурой, при которой работает изоляция, и длительностью ее воздействия. ГОСТ 11667 - 85 нормирует расчетный срок службы изоляции трансформатора при работе его с постоянной номинальной нагрузкой при номинальных температурных условиях ( при среднегодовой температуре окружающего воздуха около 20 С) - 25 лет. Это соответствует постоянной средней температуре обмотки 85 С и температуре наиболее нагретой точки обмотки - 98 С. В процессе теплового старения изоляции происходят полимеризация и улетучивание некоторых ее компонентов и как следствие этого в ней появляются микротрещины. На интенсивность старения изоляции, а следовательно, и на срок ее службы оказывают влияние значение и время действия рабочих температур, пределы и частота изменения температур, влажность, электрическое напряжение, механические, особенно вибрационные, нагрузки, воздействие химически активных газов и загрязнителей. Установка для пропитки статора.| Изоляция катушки статора. При ремонте статорных обмоток из жестких катушек в большинстве случаев удается сохранить обмоточные медные провода прямоугольного сечения. В случае теплового старения изоляции ее восстанавливают. Наиболее чувствительной к перегреву машины является электрическая изоляция обмоток. Под действием высоких температур происходит тепловое старение изоляции, проявляющееся в ухудшении ее изоляционных и механических свойств. Свойство теплопроводности противокоррозионных покрытий в определенной степени оказывает влияние на их тепловое старение. С уменьшением теплопроводности увеличивается время теплового старения изоляции. По этим соображениям теплопроводность изоляции необходимо оценить количественно. В лабораторных условиях мы можем состарить изоляцию при высокой температуре, не допустив ее разбухания, образования трещин и расслоений. Для этого мы должны при тепловом старении изоляции заключить ее в обжимки. Состаренная таким образом изоляция будет иметь электрическую прочность, незначительно отличающуюся от исходной. Перегревы изоляции вызывают снижение ее электрической, а главным образом механической прочности. Поэтому, прежде чем перейти к рассмотрению процессов теплового старения изоляции, рассмотрим ее нагревостойкость. Решение задачи о продлении срока службы покрытия может быть осуществлено путем применения многослойных покрытий, в которых всю тепловую нагрузку ( со стороны подогретого металла) воспринимает первый слой. Последующие слои изоляции оказываются в более благоприятных тепловых режимах, поэтому сроки теплового старения изоляции могут быть установлены 10 - 15 лет, а иногда и больше. Поэтому, необходимо установить влияние несимметричного и неполнофазного напряжения на эксплуатационные характеристики процесса вентиляции и асинхронного электродвигателя и определить пороговые значения несимметрии, при которых начинает сказываться ее отрицательное воздействие. При несимметричном или неполнофазном напряжении, отказы электродвигателей, в первую очередь, связаны с тепловым старением изоляции статорных обмоток. Известно, что несимметрия напряжения приводит кшагреву активных частей статора и ротора. В зависимости от класса нагревостойкости изоляции определяется допустимая температура, выше которой начинается тепловое старение изоляции обмоток. Таким образом, необходимо определить пороговое значение несимметрии, при котором температура статорной обмотки начнет превышать допустимое значение. Однако, существующие аналитические способы определения теплового состояния электродвигателя позволяют лишь условно, с некоторой погрешностью, иногда достигающей больших значений, определить показатели нагрева статорной обмотки электродвигателя. Следовательно, оценку влияния несимметрии напряжения на тепловое состояние конкретного электродвигателя и определение ее порогового значения необходимо отнести к экспериментальным задачам исследования. Несимметричные и неполнофазные режимы, кроме нагрева, приводят к изменению скольжения электродвигателя. Возникающий при этих режимах электромагнитный момент обратной последовательности направлен в противоположную сторону к электромагнитному моменту прямой последовательности. Вращающий момент электродвигателя представляет собой разность между этими моментами. Следовательно, при несимметрии напряжения вращающий момент электродвигателя уменьшается, что приводит к снижению угловой частоты вращения ротора и увеличению скольжения. В свою очередь скольжение может быть связано с такими эксплуатационными показателями как коэффициент загрузки, производительность и напор вентилятора, кратность воздухообмена. Зависимость от темпера. Строго говоря, применение закона Аррениуса к сложным реакциям в изоляционных материалах неправомерно. Тем не менее опыт показывает, что ( 8 - 30) дает результаты, хорошо совпадающие с экспериментальными и в случае процессов, возникающих при тепловом старении изоляции. Главной причиной выхода из строя изоляции машин низкого напряжения являются температурные воздействия. При температурном расширении изоляционных материалов ослабляется их структура, возникают внутренние механические напряжения. Тепловое старение изоляции делает ее уязвимой для механических воздействий. При потере механической прочности и эластичности изоляция не способна противостоять обычным условиям вибрации или ударам, проникновению влаги и неодинаковым тепловым расширениям меди, стали и изоляционных материалов. Усадка изоляции от воздействия теплоты приводит к ослаблению креплений и разбалтыванию катушек, клиньев, пазовых прокладок и других крепежных конструкционных деталей, что способствует повреждению обмотки при относительно слабых механических воздействиях. В начальный период эксплуатации пропиточный лак хорошо цементирует обмотку, но вследствие теплового старения лака цементация ухудшается и действие вибрации становится более ощутимо. Кроме того, исследования теплового старения разных материалов и конструкций могут вестись и другими способами, подходящими для того или иного случая. Сущность большинства проводящихся в разных лабораториях испытаний на тепловое старение изоляции сводится к тому, что образцы помещаются в специальные шкафы или камеры, аналогичные описанным в гл. Зависимость температуры стеклования Тс пленки масляно-резольного лака от времени нагревания при температуре 140 С. В ряде случаев вместо полимеризации при нагревании, наоборот, может проявляться деструкция полимерных молекул, что также неблагоприятно сказывается на механических свойствах материала. Эти процессы могут быть либо обратимыми, либо необратимыми. Частично они проявляются уже пря кратковременном повышении температуры, частично - лишь при длительном нагревании; во втором случае мы имеем дело с тепловым старением изоляции. Короткие замыкания возникают в результате нарушения изоляции в электрических проводах, кабелях, машинах и аппаратах. Опасность заключается в том, что ток при коротких замыканиях достигает десятков и сотен ампер. При этом выделяется большое количество тепла и загорается изоляция, плавится металл с выбросом в окружающую среду искр, способных вызвать пожар. При перегрузках происходит быстрое тепловое старение изоляции, что также приводит к пожару. Переходные сопротивления возникают при плохих контактах в местах соединения. Искрение наблюдается при размыкании электрических цепей под нагрузкой, пробое изоляции между проводниками, наличии плохих контактов в местах соединений и. Роль проводниковых материалов с точки зрения обеспечения надежности эксплуатации обмоточных проводов значительно возрастает при повышенных температурах. Проводники для обмоточных проводов особо высокой нагревостойкости должны обладать достаточно высокой электропроводностью, быть стойкими при повышенных температурах к окислению на воздухе и у них должно минимально увеличиваться в процессе эксплуатации электрическое сопротивление. От проводниковых материалов, кроме того, требуется способность в известной степени сохранять свои механические характеристики в процессе эксплуатации при высоких температурах на воздухе и в вакууме. Проводниковые материалы не должны также оказывать каталитического воздействия на тепловое старение изоляции проводов или диффундировать в изоляционное покрытие. Последнее обстоятельство особенно важно при рабочих температурах, превышающих 600 С. Поэтому, необходимо установить влияние несимметричного и неполнофазного напряжения на эксплуатационные характеристики процесса вентиляции и асинхронного электродвигателя и определить пороговые значения несимметрии, при которых начинает сказываться ее отрицательное воздействие. При несимметричном или неполнофазном напряжении, отказы электродвигателей, в первую очередь, связаны с тепловым старением изоляции статорных обмоток. Известно, что несимметрия напряжения приводит кшагреву активных частей статора и ротора. В зависимости от класса нагревостойкости изоляции определяется допустимая температура, выше которой начинается тепловое старение изоляции обмоток. Таким образом, необходимо определить пороговое значение несимметрии, при котором температура статорной обмотки начнет превышать допустимое значение. Однако, существующие аналитические способы определения теплового состояния электродвигателя позволяют лишь условно, с некоторой погрешностью, иногда достигающей больших значений, определить показатели нагрева статорной обмотки электродвигателя. Следовательно, оценку влияния несимметрии напряжения на тепловое состояние конкретного электродвигателя и определение ее порогового значения необходимо отнести к экспериментальным задачам исследования. Несимметричные и неполнофазные режимы, кроме нагрева, приводят к изменению скольжения электродвигателя. Возникающий при этих режимах электромагнитный момент обратной последовательности направлен в противоположную сторону к электромагнитному моменту прямой последовательности. Вращающий момент электродвигателя представляет собой разность между этими моментами. Следовательно, при несимметрии напряжения вращающий момент электродвигателя уменьшается, что приводит к снижению угловой частоты вращения ротора и увеличению скольжения. В свою очередь скольжение может быть связано с такими эксплуатационными показателями как коэффициент загрузки, производительность и напор вентилятора, кратность воздухообмена.