4.3. Зависимость электрической прочности внутренней изоляции от длительности воздействия напряжения.

Характерная для внутренней изоляции зависимость пробивного напряжения от времени  приложения пробивного напряжения показана на рисунке 4.7.

Рис. 4.7. Зависимость пробивного напряжения от времени воздействия напряжения

Сложный вид этой зависимости объясняется тем, что при разных временах  процессы в изоляции, приводящие к пробою, имеют различную физическую природу.

Прежде всего, следует обратить внимание на то, что при любом значении времени  пробивное напряжение - величина случайная, разбросы которой около среднего значения характеризуются коэффициентом вариации, порядка 5-15%. Случайный характер величины объясняется как природой процессов развития пробоя, так и неконтролируемыми случайными различиями между внешне одинаковыми изоляционными конструкциями.

Зависимость =f(), показанная на рис. 4.7, может быть разделена на несколько участков, границы которых указаны ориентировочно.

Электрический пробой.

При малых временах , т.е. в диапазоне от единиц микросекунд до нескольких миллисекунд, в изоляции возможен так называемый чисто электрический пробой, сущность которого состоит в том, что при некотором напряжении в изоляции создаются условия для образования и быстрого увеличения числа свободных электронов. Последние в сильном электрическом поле приобретают энергию, достаточную для ионизации нейтральных молекул и образования концентрированного потока электронов. За счет энергии, выделяющейся при взаимодействии потока электронов с молекулами диэлектрика, происходит разрушение последнего с образованием проводящего канала.

При временах  более нескольких десятков микросекунд значение напряжения остается практически неизменным, так как время  много больше времени формирования проводящего канала, а другие механизмы пробоя еще не успевают проявиться.

Примесный пробой в жидкостях.

При  > 10 c для внутренней изоляции, содержащей большие объемы жидкого диэлектрика, может наблюдаться некоторое снижение . Это происходит вследствие того, что с увеличением  сильнее проявляется влияние примесных твердых частиц, неизбежно присутствующих в технически жидких диэлектриках. Такие частицы имеют, как правили, более высокую, чем у жидкости диэлектрическую проницаемость. Поэтому около них происходит некоторое увеличение напряженности в жидкости, что влечет за собой снижение пробивного напряжения. Под действием электрического поля примесные частицы перемещаются в области повышенных напряженностей. Чем больше время , тем дальше успевают сместиться частицы, тем больше вероятность появления их в наиболее напряженной области изоляции и, следовательно, ниже пробивное напряжение . При  < 10 с частицы практически не успевают сместиться, и их влияние минимально.

Тепловой пробой.

Следующий участок кривой - область теплового пробоя. В зависимости от размеров и свойств изоляции и температуры окружающей среды он может занимать диапазон от десятков секунд до нескольких часов. Сущность теплового пробоя состоит в следующем.

Под действием приложенного напряжения в изоляции возникают диэлектрические потери, обусловленные наличием у реальной изоляции небольшой проводимости и рассеянием энергии при некоторых видах поляризации. За счет диэлектрических потерь происходит дополнительный разогрев изоляции.

Мощность диэлектрических потерь в изоляции определяется выражением

(4.3)

где  - круговая частота; С - емкость рассматриваемой изоляции; U - воздействующее напряжение; tg - тангенс угла диэлектрических потерь, равный отношению активного тока через изоляцию к емкостному току .

Если мощность потерь в изоляции будет превышать мощность отвода тепла, произойдет нарушение теплового баланса изоляции, температура в изоляции будет неограниченно расти до потери изоляцией диэлектрических свойств - произойдет тепловой пробой.

Изложенная упрощенная модель теплового пробоя относится к случаю, когда время приложения напряжения значительно превышает постоянную времени нагрева изоляции.

Старение изоляции.

Последний участок зависимости =f() соответствует временам  от нескольких минут или часов до 10-15 и более лет. Это область, в которой пробой постепенно подготавливается медленно протекающими процессами электрического старения изоляции. Эти процессы возникают под действием сильных электрических полей и необратимо ухудшают свойства изоляции.

Вопросы для самоконтроля:

1. Каким воздействиям подвергаются элементы внутренней изоляции в высоковольтных конструкциях в процессе эксплуатации?

2. Каковы требования к диэлектрическим материалам для внутренней изоляции?

3. Какова цель комбинирования диэлектриков во внутренней изоляции?

4. С какой целью осуществляется регулирование электрических полей во внутренней изоляции?

5. Назовите основные виды внутренней изоляции.

6. Каковы исходные материалы и область применения бумажно-пропитанной изоляции?

7. Какой диэлектрик является основным в маслобарьерной изоляции?

8. По каким причинам происходит выделение газов из трансформаторного масла в процессе эксплуатации?

9. Как образуются проводящие мостики в маслобарьерной изоляции?

10. Какие твердые диэлектрические материалы входят в состав маслобарьерной изоляции?

11. В каком электротехническом оборудовании применяется изоляция на основе слюды?

12. Каковы достоинства изоляции на основе слюды?

13. Почему оборудование с элегазовой изоляцией может быть установлено на распределительных устройствах как в густонаселенных районах, так и в пустынных регионах и в прибрежных областях?

14. Для чего газонаполненные полости элегазового оборудования разделяются на отсеки?

15. Как влияет коронный разряд на состояние элегаза?

16. Можно ли полностью исключить существование несамостоятельного разряда в элегазовом оборудовании при рабочих напряжениях?

17. В чем преимущества применения смеси элегаза с азотом?

Задания на самостоятельную работу

1. Сравнить между собой характеристики кабельной и конденсаторной бумаги.

2. Сравнить между собой характеристики трансформаторного и конденсаторного масла.