ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.04.2024
Просмотров: 331
Скачиваний: 3
Для оценки интенсивности ч. р. может быть принята величина, равная произведению среднего значения заряда q4_р, теряемого в образце при одном импульсе, и среднего числа ч. р. в секунду пЧшр, которая называется током ч. р.: /,ь v=q4, рнч. .
Если плавно повышать напряжение на испытуемом объекте, то при некотором его значении £/н в изоляции появляются ч. р. слабой интенсивности. Это напряжение называется напряжением начальных частичных разрядов. При выдержке напряжения UHв пределах десят ков минут они могут прекращаться на некоторый промежуток вре
мени и появляться вновь. При небольшом снижении |
напряжения |
U <; Un эти процессы прекращаются. Особенность этих |
разрядов со |
стоит в том, что их появление при кратковременном воздействии не приводит к заметному разрушению изоляции и снижению Un. Дли тельное существование таких ч. р. определенной интенсивности (в течение тысячи часов и более) приводит к относительно медленному разрушению диэлектрика и сказывается на росте величины tg б изо ляции.
Если дальше повышать напряжение U > £УН, то при некотором его значении — напряжении критических частичных разрядоз Дкр — интенсивность ч. р. резко возрастает. Это приводит к заметному раз рушению некороностойкой изоляции, сопровождающемуся в ряде случаев быстрым (в течение секунд) снижением £/кр.
Таким образом, можно установить следующие виды частичных разрядов в изоляции: 1) начальные частичные разряды имеют слабую интенсивность и не приводят к заметному разрушению изоляции или уменьшению напряжения ч. р. при кратковременном воздействии; 2) критические частичные разряды имеют значительную интенсив ность и вызывают быстрое заметное разрушение некороностойкой изо ляции в ряде случаев, сопровождающееся снижением Дкр. Для каж дого из обоих видов ч. р. имеет место свое напряжение возникновения
инапряжение погасания.
б.Физическая природа частичных разрядов при переменном
напряжении
Частичные разряды в изоляции могут происходить как в местах. с пониженной электрической прочностью (например, в масляных прослойках бумажно-масляной изоляции), так и в газовых включениях
втолще диэлектрика. В дальнейшем для обоих случаев элемент диэ лектрика, участвующий в частичном разряде, будет называться «вклю чением».
Характерные осциллограммы ч. р. при переменном напряжении приведены на рис. 7.21.
Возникновение частичного рязряда произойдет тогда, когда напря жение на включении (см. рис. 7.20, емкость Св) достигнет пробивного значения £/ВіЭ.. Как показали опыты, пробивное напряжение воздуха
воткрытых и закрытых порах приблизительно одинаково; для поры толщиной 10 50 мкм величина пробивного напряжения соответст
139
вует |
нижней части кривой |
Пашена и лежит в пределах 320—550 в |
(£ nj= |
110 Ч-320 кв/см). |
(емкости Са) ионы, образующиеся в про |
При пробое включения |
||
цессе разряда, заряжают поверхность включения и создают поле, обратное по направлению основному полю. Напряжение на включении падает не до нуля, а до определенной величины U„, при которой раз ряд гаснет. Величина напряжения погасания при размерах газового
■0.01 С,С2сек
Рис. 7,21. Осциллограммы начальных (а) и критических (6) частич ных разрядов при переменном напряжении
включения или масляной пленки порядка 10 -f- 100 мам не намного меньше соответствующего пробивного напряжения. Обычно
UB. „ ^ 0 , 9 U B. 3.
После погасания разряда напряжение на включении начинает нарастать от значения Ua, Пі по закону, соответствующему изменению приложенного напряжения, смещенному по вертикали вниз на вели чину постоянной составляющей АUB= U B_3<— L/„. возникшей вслед ствие появления зарядов на поверхности включения (на емкости Св). Благодаря проводимости диэлектрика эти заряды будут постепенно нейтрализоваться, однако сам процесс настолько медленный (из-за малой проводимости), что с его влиянием за один период переменного напряжения можно не считаться.
Когда напряжение UB на емкости Св достигнет величины £/„. 3, процесс повторяется. Следовательно, разряды в рассматриваемой области диэлектрика повторяются через промежутки времени, соот ветствующие изменению UB на величину UB_3 — £/в. п. При прохож
ий
дении напряжения и0 (t) через максимум включение находится под напряжением, величина которого лежит в интервале между UB 3 и UB_п_ Затем происходит уменьшение ив до нуля, перемена знака и
дальнейший |
его |
рост до величины — UB,3. |
В |
первом |
приближении |
||||||||||||||
можно |
принять, |
что |
при |
обеих |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
полярностях |
пробивное |
напря |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
жение |
включения |
одинаковое. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
При |
достижении |
ив |
величи |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
ны— UВѣз |
происходит |
пробой |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
включения и процесс продолжа |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
ется |
описанным |
ранее |
образом |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
(рис. 7.22). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Таким |
образом, |
частичные |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
разряды должны |
прекращаться |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
при |
прохождении |
напряжения |
Рис. 7.22. |
Иллюстрация |
изменения на |
||||||||||||||
на образце и (і) через максимум |
|
пряжения на |
включении: |
||||||||||||||||
и вновь возникать |
после его из |
t/ |
|
при |
наличии |
частичных |
разрядов; |
||||||||||||
менения |
на |
величину |
|
АU', |
со |
|
' В/Л’ |
“ |
В. ГГ |
|
В. 3 ’ |
|
|||||||
|
|
отсутствии |
частичных разрядов |
||||||||||||||||
ответствующую |
изменению |
на |
|
UB_п. |
|
|
|
|
|
||||||||||
пряжения |
на |
включении |
AU'B& UB, 3 + |
|
|
|
|
|
|||||||||||
Так как изменение напряжения на включении пропорционально |
|||||||||||||||||||
изменению |
напряжения |
на |
электродах, то |
при |
и = £/m sin со7 число |
||||||||||||||
разрядов во включении |
за один полупериод |
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
ПТ/2 = 2UKm- ( U a.3 + U |
п) = |
2 U m - ( U 3+ U „ ) |
|
(7.41) |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
U В. 3 |
^ в . п |
|
|
и3- и п |
' |
|
|
||||
где U3 и ІІП— напряжения |
на образце |
при |
зажигании |
и погасании |
|||||||||||||||
ч. р. во |
включении. При этом число разрядов |
во включении |
за 1 сек |
||||||||||||||||
Л ч.р = |
2//?т /2. |
рассеиваемую |
во включении |
при |
ч. р., |
можно |
опреде |
||||||||||||
Энергию, |
|||||||||||||||||||
лить по разности начальной н конечной |
энергии, запасаемой на ем |
||||||||||||||||||
кости |
включения. С учетом |
U3— UB<^.U3 имеем |
|
|
|
||||||||||||||
W4. v = WH- W |
K=(CBl2)(Ul.3- U l n) ^ C BUB. 3(UB. 3- U B. B) = |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= <7^3.3 = 74. р^з- |
|
|
|
|
|
(7-42) |
||||
Потери на ч. р. в единицу времени (мощность, расходуемую на ч. р.) в одном включении при частоте переменного тока f равны
Т’ч. р —^ч . рлч. р — 2fCBUB_з [2f/Bm (Нв. з + Т/в- „)], |
(7.43) |
Из выражения (7.43) следует, что при фиксированном количестве одинаковых включений потери на ч. р. линейно возрастают с ростом приложенного напряжения и частоты.
Начальные и критические частичные разряды в одной и той же изоляционной конструкции обычно имеют различную физическую природу. Например, у кромки конденсаторной обкладки в воздухе начальные ч. р. представляют собой корону, а критические ч. р.— скользящие разряды по поверхности диэлектрика. В комбинированной
141
изоляции в ряде случаев критические ч. р. возникают в газовых вклю чениях, образовавшихся за счет разложения жидкого диэлектрика вследствие развития в нем начальных ч. р.
в. Зависимость напряжения частичных разрядов от толщины диэлектрика
Для изоляции, находящейся в слабонеоднородном поле (например, в кабеле или в средней части проходного изолятора вдали от краев обкладок), напряженности начальных и критических ч. р., рассчитан ные по максимальной напряженности у электрода с меньшим диа метром, не зависят от толщины диэлектрика.
Для изоляции, находящейся в сильнонеоднородном поле, толщинадиэлектрика d определяет величину напряжения £/н и средней напря женности Еа= UJd начала развития местных разрядов в области острого края электрода. У острого края обкладки возникает сильнонеравномерное поле со значительной составляющей напряженности,
направленной вдоль слоев изоляции. |
электрода при r<Z |
Напряженность поля на расстоянии г от края |
|
< 0 ,ld |
|
Er= U jV n d r = EcpVd/nr. |
(7.44) |
Из формулы (7.44) может быть найдена зависимость величины Ew от толщины изоляции d. Критерием возникновения частичных раз рядов у края обкладки можно считать величину напряженности поля ЕГо на некотором расстоянии г0от края обкладки, достаточную
для развития разряда. При этом Er0= U jV n d r 0 — const |
и, следо |
вательно, напряжение начальных ч. р. |
|
Un= E ry n r ^ d = Ad^b. |
(7.45) |
Отсюда средняя напряженность начальных ч. р. |
|
En = Ad~a'\ |
(7.46) |
Аналогичная конструкция формулы следует также из эквивалент ной схемы замещения на краю электрода при рассмотрении скользя щих разрядов по поверхности диэлектрика (см. § 2.11) или критичес ких ч. р.
Из (7.46) видно, что величина напряженности растет с уменьше нием толщины изоляции. Поэтому для повышения напряжения ѵс средней напряженности начала частичных разрядов в области острого, края электрода выгодно иметь в этой области вместо одного слоя изо ляции с толщиной d несколько (п) тонких слоев с толщиной din.
Несколько иначе обстоит дело с изоляцией, в которой имеются; воздушные включения. Такие включения могут образоваться в резуль тате неправильного технологического процесса изготовления изоля ции, неправильной эксплуатации, а также в результате воздействия перенапряжений и развития частичных разрядов (например, хотя бы кратковременного существования критических ч. р.). В последнем
142
случае при достаточной интенсивности критических ч. р. напряжение их возникновения резко падает.
Для изоляции с газовыми включениями и сильнонеоднородным по лем зависимость напряженности ч. р. от толщины диэлектрика также определяется процессами на краю электродов [см. (7.46)].
Для изоляции с газовыми включениями и со слабонеоднородным или однородном полем эти соотношения могут быть получены из рас смотрения эквивалентной схемы диэлектрика с газовым включением (см. рис. 7.20).
Если предположить, что газовое включение расположено парал лельно обкладкам и при относительно большой площади толщина его мала, то в первом приближении поле можно считать однородным.
'Обозначим полное напряжение через |
и, а его составляющие на емко |
||||
стях С„ и Сл— через иа и ия. При этом имеем |
|
||||
u a z_ C B _ e a ( d — d B ) |
(7.47) |
||||
К д |
О д |
8 д |
d B |
||
|
|||||
и, следовательно, |
|
|
|
|
|
и = U B + |
И д = и в |
14- |
Е р ( d сіц ) |
(7.48) |
|
|
|
|
Ед4д |
|
|
Принимаем, что начальные частичные разряды возникнут, когда напряжение на воздушном включении ив достигнет напряжения за жигания Uд.3. Таким образом,
|
£в (d |
dB) |
(7.49) |
|
|
ед4в |
J |
||
|
|
|||
ю напряженіе |
> начальных ч. р.: |
|
||
Ett= ^а = U |
ев |
, |
ед—ев |
(7.50) |
£д dg |
|
|
||
Выражение (7.50) показывает, что при неизменных размерах включения напряженность ч. р. в области равномерного поля падает с ростом толщины диэлектрика, однако зависимость Ея от d в этом случае обычно слабее, чем в сильнонеоднородном поле.
г. Частичные разряды при постоянном напряжении
Эксплуатация многих видов изоляции при постоянном напряжении показала, что частичные разряды в ряде случаев оказывают сущест венное влияние на старение изоляции. В качестве примера можно указать на различие в сроках жизни конденсаторов с твердой и с мало вязкой пропиткой. У первых благодаря наличию газовых полостей и развитию в них интенсивных разрядов срок жизни при постоянном напряжении значительно меньше. Частичные разряды, как и при ■переменном напряжении, представляют собой пробои участков изо ляции с пониженной электрической прочностью, например газовых включений или пленок жидкого диэлектрика в слоистой изоляции. Существенное отличие в протекании процесса при постоянном напря жении заключается в том, что интенсивные частичные разряды типа
І43
