Файл: Техника высоких напряжений учеб. пособие.pdf

Так как теплоотдача системы в окружающую среду происходит через внешние поверхности электродов, то вся система симметрична относительно плоскости z = 0, где температура всегда максимальна

dT

1КС), и, следовательно, ^ = 0. Непрерывность потока

( ^ г = 0 — Т'макс/

тепла на поверхности электрод—диэлектрик дает первое граничное условие:

Второе граничное условие получается из непрерывности теплового потока на внешней поверхности электрода:

\z = ( d / 2 ) + ö

где Т 2—температура наружной поверхности электрода; Т 0—темпе­ ратура окружающей среды; X— коэффициент теплоотдачи с внешней поверхности электрода в окружающую среду; 8Э—толщина электрода.

Кроме того, в электроде практически не происходит выделения тепла, поэтому градиент температуры в нем можно принять постоян­ ным; при этом температура в некоторой точке электрода с коорди­ натой z

от температуры воспользоваться приближенным выражением, ана­

з диэлектрике при его разогреве напряженность поля не зависит от координаты г. Это допущение можно считать справедливым для пере­ менного напряжения, для которого, пренебрегая током проводимости, имеем

е E —D = const,

134

а величина е для большинства технических диэлектриков слабо за­ висит от температуры при низких частотах.

В результате решения уравнения (7.25) получается зависимость между напряженностью и максимальной температурой в середине слоя диэлектрика (рис. 7.15). Наибольшая возможная по этой зависи­ мости напряженность является напряженностью теплового пробоя, так как незначительное повышение температуры приводит за счет нарастающего выделения тепла к ее неограниченному росту. Эта на-

пряженность и соответственно напряжение теплового пробоя могут быть выражены формулами:

график ф(с) в диапазоне значений параметра с, представляющем практический интерес.

При больших толщинах изоляции d и соответственно больших значениях с функция ф(с) стремится к пределу lim ф (с) = 0,662.

135

При постоянном напряжении должно выполняться условие у£ = = / = const. Проводимость у зависит от температуры Т и соответст­ венно от координаты г, следовательно, напряженность, поля Е из­ меняется по толщине диэлектрика, причем слон диэлектрика, бли­ жайшие к электродам, нагружаются сильнее, чем центральные. В этом случае напряженность и напряжения теплового пробоя определяются формулами, аналогичными (7.31), в которых изменяется только функция ф(с):

Зависимость срі (с) приведена на рис. 7.16. При d->-оо (с->-оо) ве­ личина ф1(оо)->1,0. Повышение пробивных напряжений для посто­ янного напряжения при тех же d и уэ объясняется уменьшением на­ пряженности в центральной части диэлектрика, т. е. в области наи­ больших температур и развития теплового пробоя.

При малых толщинах диэлектрика (kd<^:4k) на основании (7.31) и (7.32) имеем

т. е. пробивное напряжение пропорционально Yd, а пробивная на­

пряженность обратно пропорциональна Yd.

Термическое разрушение диэлектрика может происходить и без неограниченного роста температуры. В стационарном состоянии, когда количество тепла, выделяемого в диэлектрике за счет потерь, равно количеству отводимого через электроды тепла, установившаяся температура в диэлектрике может оказаться слишком высокой. Раз­ рушение в этом случае может наступить в результате оплавления, обугливания и тому подобных процессов, вызванных диэлектрическим нагревом. Это явление называют тепловым пробоем второго рода.

§ 7.5. РАЗРЯД ВДОЛЬ ПОВЕРХНОСТИ ТВЕРДОЙ ИЗОЛЯЦИИ В ЖИДКОМ ДИЭЛЕКТРИКЕ

Основные характерные закономерности развития разряда по по­ верхности твердой изоляции одинаковы при жидкой и газообразной (воздушной) среде, окружающей твердый диэлектрик. Абсолютные ве­ личины разрядных напряженностей, как правило, значительно больше в случае жидкой среды, что связано с большей прочностью жид­ кости по сравнению с газом. При больших расстояниях соотношение меняется (рис. 7.17). Это объясняется тем, что при больших напряже­ ниях полному разряду предшествуют скользящие разряды, перекры­ вающие часть расстояния между электродами. В газе канал такого разряда быстро распадается, в жидкости же он сохраняется дольше. В ряде случаев он может сохраняться до момента начала следующего скользящего разряда (в течение того же импульса или того же полупериода напряжения), что облегчает продвижение нового разряда на большую длину в сторону противоположного электрода.

136

Величины напряжений скользящего разряда могут быть рассчи­ таны по (2.29). Эмпирические формулы имеют аналогичную структуру. Например, зависимость напряжения появления скользящих разрядов по поверхности Uai от толщины ди­

электрика d в масле

1,см

где А — постоянная, зависящая от природы и толщины диэлектрика. Например, при е1 = 4е0 и при толщине диэлектрика 1 мм, по опыт­ ным данным,

где ТУ —в кв; I— в см.

На рис. 7.18 приведены зависимости разрядных напряжений по поверхности от расстояния при различных толщинах диэлектрика для системы электродов по рис. 2.£5 при наличии нижнего электрода.

137

Для повышения разрядных напряжений применяются промежу­ точные конденсаторные обкладки, задающие принудительное распре­ деление напряжения по поверхности изоляции (см. § 15.4). Выполне­ ние изоляции с открытыми краями обкладок значительно повышает разрядное напряжение в масле (рис. 7.19).

§7.6. ЧАСТИЧНЫЕ РАЗРЯДЫ В ИЗОЛЯЦИИ

а.Основные характеристики частичных разрядов

Понятие «частичные разряды» (ч. р.) в изоляции охватывает мест­ ные разряды на поверхности или внутри изоляции в виде короны, сколь­ зящих разрядов или частичных пробоев отдельных элементов изоля­ ции. Характеристики частичных разрядов в настоящее время явля­ ются определяющими для выбо­ ра допустимых рабочих и испы­ тательных напряженностей боль­ шинства конструкций внутрен­ ней изоляции при переменном напряжении. Методика измере­ ний ч. р. рассмотрена в § 17.6.

Каждый из единичных раз­ рядов сопровождается нейтрали­ зацией некоторого заряда q в толще диэлектрика. Возникно­ вение частичного разряда при­ водит к изменению напряже­ ния на внешних электродах

всего образца емкостью Сх на некоторую величину AUx=q44 ѴСх. Соотношения между q и q4, р определяются соотношениями между ем­ костью элемента диэлектрика С„, участвующего в частичном разряде, и емкостью элемента диэлектрика Сд, включенного последовательно с

напряжения на электродах на величину ДUx заканчивается одновре­ менно с погасанием частичного разряда, замыкавшего С„. В резуль­ тате из емкости Са ушел заряд на подзарядку последовательно соеди­

Величина q4_р называется кажущимся зарядом ч. р. Нейтрализа­ ция заряда q и связанное с этим изменение напряжения на образце приводят к появлению высокочастотных колебаний в схеме, в которую включен образец. Регистрация этих высокочастотных колебаний специальными усилительными устройствами позволяет исследовать частичные разряды в изоляции (см. § 17.6).

138