Твердые диэлектрики, применяемые в ТВН. (Лекция 7)

1.

Твердые диэлектрики, применяемые в ТВН
Материалы: электрофарфор, фарфор, электрокартон, бумага,
кремнийорганические композиции, резина, полимеры.
Основные требования: электрическая прочность, механическая прочность,
термостойкость
Электропроводность твердых диэлектриков: 10 16 10 8 1/ Ом м
Зависимости электропроводности от внешних
факторов
a t oC t0oC
e
0
a=0.04-0.05 1/град
0eb E E0
Проводимость в основном ионная, в сильных электрических полях - электронная

2.

3.

Виды пробоя твердого диэлектрика
1) Электрический пробой Eпр ≈ 100 кВ/мм
2) Тепловой пробой
Eпр ≈ 10- 100 кВ/мм
3) Старение
Eпр ≤ 10 кВ/мм

4.

Влияние времени приложения напряжения на электрическую прочность
твердого диэлектрика

5.

Влияние толщины (d) твердого диэлектрика на электрическую прочность ( Eпр)
d↓
Eпр ↑
Эффект применяется в конденсаторной и кабельной технике
путем применения тонкопленочных диэлектриков
Влияние температуры. Тепловой пробой твердого диэлектрика

6.

Физическая картина развития теплового пробоя
Pвыд E 2 tg S d
tg tg 0 e
(T T0 )
Pвыд Pотв
Pотв 2 (T T0 ) S S – площадь обкладок
U
E
d
Тепловое равновесие
U пр ~ d
Точка предельного
равновесия
Pвыд Pотв
T
T

7.

Частичные разряды в твердых изолирующих материалах
Ев Eд
Пробой включений ΔUв =250-300 В т.е. вблизи минимума кривой Пашена
При этом нейтрализуется заряд
Q U прСв
Нормируемой величиной (по МЭК) является т.н.
кажущийся заряд qx, определяемый по скачку
напряжения на электродах
Возникает скачок
напряжения на емкости
объекта qx = Cэ :
ΔUx

8.

Кажущийся заряд qx U xC x Q
CД
C Д Св
Частичные разряды при переменном напряжении
Интенсивность ч.р.
2U вm (U вз U вп ) 2U m (U з U п )
nT / 2
U вз U вп
U з Uп
U вп 0.9U вз
Энергия, рассеиваемая в одном ч.р.
С
2
2
Wчр в U вз
U вп
СвU вз U вз U вп
2
Мощность, расходуемая на 1 чр
Pчр Wчр (2 fnT / 2 ) 2 fCвU вз 2U вm (U вз U вп )
Pчр ~ fU

9.

Разрушающее воздействие частичных разрядов на диэлектрики
1)
2)
3)
4)
Воздействие ударных волн
Тепловое воздействие
Бомбардировка заряженными частицами
Воздействие химически активными продуктами разряда
(озон, окислы азота)
5) Воздействие излучения
6) Развитие древовидных побегов - дендритов
Классификация и природа частичных разрядов
Дендрид в
полиэтилене
1. Начальные ч.р. qx=1-10 пКл. Возникают при некотором значении напряжения
Uн. Вызывают медленное (от тысячи часов до нескольких лет) разрушение
изоляции. Физическая природа – электронные лавины во включениях или
местах резкого усиления поля. Начальные ч.р. - неустойчивы
2. Критические ч.р. qx>1000 пКл. Для критических ч.р. характерно резкое
увеличение интенсивности в области U=Uк > Uн ( Uk – напряжение критических
ч.р. ). Это сравнительно мощные стримерные разряды, разлагающие
некороностойкие органические материалы с выделение газа и образование
полостей и трещин. Появление критических ч.р. При эксплуатации в/в
оборудования недопустимо, т.к. ведет к быстрому (от нескольких секунд до
нескольких минут) пробою изоляции.

10.

Частичные разряды при постоянном напряжении
Временной
интервал
между
последовательными ч.р. Составляет
секунды – десятки секунд, так как
время восстановления напряжения
после ч.р. при постоянном внешнем
напряжении
определяется
электропроводностью
диэлектрика,
которая крайне низка.
Интенсивность
ч.р.
при
постоянном напряжении на несколько
порядков ниже
допустимы
более
высокие
рабочие
напряженности электрического поля.
Частичные разряды при импульсном напряжении
Принципиально не отличаются от ч.р. на переменном напряжении. При
каждом приложении импульса напряжения, например при
перенапряжениях в сетях ВН, возникают вспышки ч.р. В результате
многократного воздействия импульсных перенапряжений возникает
кумулятивный эффект – накопление повреждений и пробой изоляции