Файл: Техника высоких напряжений учеб. пособие.pdf

б. Влияние влаги и волокон

Влага в жидком диэлектрике может быть в молекулярно-раство­ ренном состоянии и в виде эмульсии.

Растворимость воды в жидких диэлектриках зависит от темпера­ туры (рис. 6.7). Так, в трансформаторном масле при 20 °С раство­ ряется примерно 40-10-0 воды по объему, а при 80 °С—400-ІО-6.

Влага как в первом, так и во втором состоянии снижает электри­ ческую прочность, особенно в присутствии волокон, причем наиболее сильно влияет эмульгированная влага. Частички влаги и волокон вследствие большой диэлектрической проницаемости втягиваются в область наибольшей напряженности электрического поля, поляризу­ ются и вытягиваются вдоль силовых линий поля. Твердые частички при касании электродов заряжаются и двигаются к противоположному

электроду. Это приводит к образованию мостиков из цепочек частиц. Нарушение или образование неполного мостика приводит к возник­ новению сильных напряженностей в точках разрыва цепочек частиц, вследствие чего начинаются местные ионизационные процессы, обра­ зуются лавины электронов и стримеры и может произойти пробой всего промежутка.

Влияние влаги на электрическую прочность наиболее сильно ска­ зывается, при малых! искровых промежутках в слабонеравномерном поле ( S d c n i) . Характерные зависимости пробивной напряженности ■от процентного количества влаги для минерального масла приведены на рис. 6.8. Снижение электрической прочности при малых концен­ трациях вызвано влиянием растворенной влаги, а при больших кон­ центрациях — влиянием эмульгированной влаги. При больших проме­ жутках как в слабонеравномерном, так и особенно в сильнонеравномерном поле влияние влаги и примесей значительно слабее, что объ-

109 '

ясняется ухудшением условий образования цепочек с длиной, соизме­ римой с расстоянием между электродами.

Влага и волокна оказывают весьма малое влияние на прочность жидких диэлектриков при кратковременных импульсах напряжения длительностью порядка единиц и десятков микросекунд. За такое короткое время частицы примесей не успевают переместиться на значительные расстояния и повлиять на развитие разряда в жидкости.

в. Влияние температуры и давления

Пробивное напряжение чистого сухого минерального масла прак­ тически не зависит от температуры в интервале от 15 до 80 °С. Для тех­ нического трансформаторного масла имеет место сложная зависимость

образование газовых пузырьков и приводит к снижению пробивного напряжения. Влияние температуры кипения (при изменении давления) на электрическую прочность жидкости иллюстрируется рис. 6.10,

по

Пробивная напряженность Епр при промышленной частоте для тех­ нически чистых жидкостей сильно зависит от давления (рис. 6.11). Эта зависимость подтверждает, что пробой связан с наличием или об­ разованием в жидкости при высоком напряжении ионизированных пузырьков газа, являющихся очагами развития пробоя.

В области избыточного давления 0 < .р < .6 am для трансформатор­ ного масла зависимость электрической прочности от давления может -быть представлена в виде Епр = 110(1+0,1 р) кв/см.

При импульсных воздействиях увеличение давления практически не сказывается на электрической прочности жидкостей.

г. Влияние времени воздействия напряжения

Электрическая прочность жидких диэлектриков уменьшается с увеличением длительности приложения напряжения т. Чем больше примесей в жидкости (особенно влаги и волокон), тем сильнее прояв­

ность начинает снижаться вследствии влияния примесей, а также вслед­ ствие возможного образования в жидкости пузырьков газа. Например, в минеральном масле-в сильном электрическом поле электроны спо­ собны приобрести энергию порядка 3 зв, достаточную для разложения молекулы углеводорода с отщеплением атома водорода: 2 С„Н2л+2-> —<-С,„Н4„+2+ Н 2.

При толщине слоя масла между электродами около 1 см газовыделение'в масле происходит при напряженности порядка 100 кв!см.

Ш

д.Влияние формы и размеров электродов, расстояния между ними

иполярности напряжения

На рис. 6.13 и 6.14 приведены зависимости пробивных напряжений от расстояния для технического трансформаторного масла в сильно­ неоднородном поле (электроды стержень — плоскость) при напряжении постоянном, импульсном и промыш­ ленной частоты, а на рис. 6.15 — аналогичные зависимости в слабоне­ однородном поле (электроды шар —

112

при отрицательной полярности электрода с меньшим радиусом кри­ визны. Во всех случаях средняя пробивная напряженность падает с увеличением расстояния между электродами.

Для напряжения промышленной частоты и промежутка стержень — плоскость в трансформаторном масле может быть предложена следую­ щая эмпирическая формула:

(рис. 6.15). Они существенно зависят от объема масла между электро­ дами и от площади электродов, что объясняется статистическими осо­ бенностями развития■пробоя (см. § 15.1).

На рис. 6.16 приведена зависимость электрической прочности ми­ нерального масла от его объема при малом расстоянии между элек­ тродами.

§ 6.5. МЕХАНИЗМ ПРОБОЯ ЖИДКИХ ДИЭЛЕКТРИКОВ

а. Влияние воды пли пузырьков газа

Опытные данные показывают, что присутствие влаги в жидком диэлектрике сильно снижает его электрическую прочность, причемнаиболее опасным является эмульгированное ее состояние.

Пробой увлажненной жидкости наступает вследствие образования цепочек из поляризованных мелких водяных капель. В электрическом поле круглые водяные капельки поляризуются- и вытягиваются вдоль силовых линий, принимая эллиптическую форму. Взаимодействие со­ седних капелек приводит к их дальнейшему удлинению и к образо­ ванию протяженных цепочек. По этим цепочкам проходит ток, разо­ гревающий воду до кипения, в результате чего образуется газовый канал, по которому происходит пробой.

Аналогичный процесс образования путей пробоя может иметь ме­ сто при наличии в жидкости ионизированных пузьфьков газа или при­ месей с повышенной проводимостью.

б.Теория пробоя вследствие ударной ионизации электронами

Втеории пробоя жидких диэлектриков удается применить многое из того, что ранее было получено при исследовании электрической прочности газов (например, роль искажения поля объемными заряда­ ми). С другой стороны, ряд физических процессов в жидких диэлектри­ ках ближе к явлениям, возникающим при пробое твердых диэлектри­ ков, так как различие между твердыми веществами и жидкостью мень­ ше, чем между жидкостью и газом. Это относится к процессам рассеи­ вания энергии электронов в жидкости, эмиссии электронов с поверх­ ности катода и др.

ИЗ