1.6. Общие сведения о пробое диэлектриков

При повышении напряжения на электродах, между которыми находится диэлектрик, может пройти пробой – потеря диэлектриком его электроизоляционных свойств с образованием канала высокой проводимости между электродами, приводящего к короткому замыканию электродов. В месте пробоя возникает искра или при большой мощности источника напряжения – электрическая дуга.

Минимальное напряжение, приложенное к диэлектрику и приводящее к его пробою, называют пробивным напряжением . Оно обычно измеряется в киловольтах (кВ).

Продолжительное воздействие электрического поля высокой напряженности приводит к необратимым процессам в диэлектрике, в результате которых пробивное напряжение снижается, т.е. происходит электрическое старение изоляции. Вследствие старения изоляции срок службы изоляции ограничен.

Пробивное напряжение растет с увеличением толщины диэлектрика. Для характеристики способности материала противостоять разрушающему действию электрического поля вводят понятие напряженности электрического поля, при которой происходит пробой. Напряженность электрического поля, при которой происходит пробой диэлектрика, называется электрической прочностью . Она определяется, как отношение пробивного напряжения к толщине диэлектрика и измеряется в кВ/м

.

Электрическая прочность является одним из важнейших параметров электроизоляционного материала. На ее значение влияют степень однородности поля, связанная с формой электродов, время нахождения диэлектрика под напряжением, вид напряжения, его частота, температура и влажность диэлектрика.

Пробой в диэлектрике может быть вызван электрическими, тепловыми или физико-химическими процессами, происходящими в нем. Атомы и молекулы диэлектрика характеризуются очень сильной связью между собой заряженных частиц, так что в обычном состоянии все заряженные частицы связаны, взаимно компенсируют друг друга и перемещения заряженных частиц на расстояния, сопоставимые с расстоянием между электродами, не происходит. При пробое происходит освобождение заряженных частиц, которые направленно перемещаются под действием сил электрического поля, создавая электрический ток.

Наиболее изученным является пробой газовых промежутков; механизмы пробоя жидких и твердых диэлектриков отличаются большим разнообразием и значительно более сложны. В то же время именно газовая изоляция (воздух) является основным видом изоляции в электроустановках и изучение поведения ее в электрических полях большой напряженности имеет первостепенное значение. Далее будут подробнее рассмотрены процессы пробоя в разных видах диэлектриков.

1.7. Атмосферный воздух как диэлектрик. Электрическая

прочность воздуха

Основным диэлектрическим «материалом» для создания внешней изоляции электроустановок служит атмосферный воздух. Изолируемые электроды (шины распределительных устройств, провода линий электропередачи, наружные токоведущие части электрических аппаратов) располагаются на определенных расстояниях друг от друга и от земли (или заземленных частей установок) и укрепляются в заданном положении с помощью изоляторов. Изоляционные расстоя­ния по воздуху зависят от значений напряжения, воздейст­вию которого подвергается установка, и от электрической прочности воздуха.

При нормальных атмосферных условиях электрическая прочность воздушных промежутков относительно невелика и в однородном поле при межэлектродных расстояниях бо­лее 1 см имеет значение, не превышающее 30 кВ/см. В боль­шинстве изоляционных конструкций при приложении высо­кого напряжения создается резконеоднородное электриче­ское поле. Электрическая прочность воздуха в таких полях еще меньше и при расстояниях между электродами поряд­ка 1—2 м составляет приблизительно 5 кВ/см, а при рас­стояниях 10—20 м снижается соответственно до 2,5—1,5 кВ/см. В связи с этим габариты воздушных линий элек­тропередачи и распределительных устройств в значительной мере определяются электрической прочностью воздуха и при увеличении номинального напряжения очень быстро возра­стают.

На разрядные напряжения воздушных промежутков ока­зывают влияние давление, температура и абсолютная влажность воздуха, поэтому изоляционные расстояния по воздуху выбираются таким образом, чтобы они имели до­статочную электрическую прочность при неблагоприятных атмосферных условиях.