Влияние температуры

Для чистых сухих жидкостей значительное влияние температуры наблюдается в области интенсивного испарения и кипения (рис. 1.26).

Д ля технически чистых жидкостей с примесью влаги зависимость электрической прочности от температуры достаточно сложная. Из рис. 1.26 видно, что имеет место минимум и максимум электрической прочности. Снижение температуры от точки максимума приводит к уменьшению Е_пр до минимума, что связано с переходом растворенной влаги в эмульгированное состояние. Дальнейшее понижение температуры (< 0 ºС) вызывает замерзание капелек воды и, как следствие, повышение Е_пр. У льда диэлектрическая постоянная _Л примерно равна диэлектрической постоянной масла _м (_л  _м), что уменьшает влияние влаги на электрическую прочность масла.

Уменьшение электрической прочности для сухого и технического масел при температуре выше +80 ^оС обусловлено интенсивным испарением и кипением жидкости.

Влияние времени воздействия напряжения

Электрическая прочность жидких диэлектриков существенно зависит от длительности приложения напряжения и от примесей. Чем больше примесей в жидкости (влаги и волокон), тем меньше пробивное напряжение (рис. 1.27).

Рис. 1.27. Полная вольт-секундная характеристика. Зависимость пробивного напряжения трансформаторного масла

Зависимость U_пр = f(t) для технического трансформаторного масла можно разбить на 2 области. Область I: влага и волокна не успевают переместиться и не оказывают влияние на электрическую прочность. Резкое увеличение электрической прочности при t < 10^–5 с связано с запаздыванием развития разряда, когда время воздействия напряжения становится соизмеримо с временем формирования разряда. Область II: увеличение времени воздействия напряжения t > 10^–3 с приводит к снижению U_пр вследствие влияния влаги и волокон, а также образования газовых пузырьков под действием нагрева токами проводимости.

Влияние материала, геометрии электродов, расстояния между ними и полярности напряжения

Увеличение коэффициента неоднородности поля, так же как и в газах, снижает пробивное напряжение. Даже незначительное увеличение радиуса кривизны электродов в резконеоднородных полях дает более существенное увеличение U_пр по сравнению с воздухом. Увеличение расстояния между электродами S приводит к увеличению пробивного напряжения (рис. 1.28). В обобщенном виде зависимость пробивного напряжения от расстояния между электродами можно представить как

(1.50)

где А и n – постоянные, зависящие от свойств диэлектрика и условий пробоя.

Рис. 1.28. Зависимость пробивного напряжения от расстояния для трансформаторного масла, электроды острие–плоскость:

1 – стандартный импульс, «отрицательное» острие – плоскость; 2 – стандартный импульс, «положительное» острие – плоскость; 3 – переменное напряжение 50 Гц; 4 – постоянное напряжение, «отрицательное» острие – плоскость; 5 – постоянное напряжение, «положительное» острие – плоскость

На величину пробивного напряжения при неизменном S оказывает влияние площадь электродов и объем жидкости между электродами: увеличение площади электродов и объема жидкости вызывает снижение U_пр. Состояние поверхности электродов оказывает влияние на электрическую прочность Е_пр жидких диэлектриков. Загрязнение, окисление и плохая полировка поверхности электродов снижают Е_пр.

По мере увеличения расстояния между электродами влияние материала электродов уменьшается и при расстоянии несколько миллиметров прекращается. Электрическая прочность в малых промежутках зависит от высоты потенциального барьера для носителей заряда на границе металл–диэлектрик (работы выхода электронов). Как следует из рис. 1.28, пробивное напряжение зависит от полярности электрода-острия при несимметричной системе электродов. Наиболее ярко эта зависимость проявляется для полярных жидкостей. Например, для воды увеличение U_пр при отрицательной полярности острия достигает 2,0–2,5 раза по сравнению с положительной полярностью.

Барьерный эффект

Барьеры из твердого изоляционного материала, устанавливаемые в масле между электродами, широко применяются для повышения электрической прочности масляной изоляции. Увеличение Е_пр обусловлено двумя факторами. Барьер непроницаем для ионов жидкости. Поэтому ионы, двигаясь от одного электрода к другому, оседают на барьере, «растекаются» по его поверхности и заряжают ее. Благодаря этому, электрическое поле в промежутке выравнивается, что приводит к увеличению пробивного напряжения. Кроме этого, барьер затрудняет образование сплошных проводящих мостиков из волокнистых веществ, находящихся в масле. Действие барьеров более эффективно в неоднородных полях и при длительном воздействии напряжения.

При кратковременных импульсных воздействиях напряжения барьеры менее эффективны, чем на постоянном и переменном напряжениях.

Н

U_б/U_ПР

2,0

1,5

1,0

0

0,250

0,5

0,75

S_б/S

а рис. 1.29 представлено относительное изменение пробивного напряжения U_б/U_пр (U_пр – пробивное напряжение чисто масляного промежутка, а U_б – пробивное напряжение того же промежутка с барьером) в зависимости от расстояния до барьера S_б/S (S = 75 мм – расстояние между электродами, а S_б – расстояние от острия до барьера) в масляном промежутке, образованном электродами острие–плоскость при воздействии переменного напряжения с частотой 50 Гц.

Барьер – плоский электрокартон толщиной 5 мм. Пробивное напряжение масляного промежутка без барьера равно 1. Наличие барьера приводит к увеличению пробивного напряжения. Максимальный эффект соответствует расстоянию до барьера S_б ≈ 0,25 S, что хорошо коррелирует с аналогичным эффектом для газа и твердых диэлектриков.

Маслобарьерная изоляция широко применяется в высоковольтной технике при изготовлении трансформаторов, вводов, реакторов и т. п.