Файл: Техника высоких напряжений учеб. пособие.pdf

Развитие ч. р. является следствием приложенного к изоляции напря­ жения и определяет ее срок службы.

Зависимость пробивного напряжения от времени выдержки может быть определена двумя способами. Первый заключается в том, что к испытуемому образцу прикладывается заданное напряжение и выдер­ живается до пробоя. Изменяя величину напряжения, можно опреде­ лить зависимость величины пробивного напряжения от времени вы­

при больших временах). В дальнейшем будет рассматриваться первая зависимость.

Исследование зависимости пробивного напряжения от времени выдержки Unp—f(t) требует весьма длительных экспериментов, про­ ведение которых в лабораторных условиях крайне затруднительно. Поэтому время выдержки редко превосходит сотни часов, причем эта зависимость вынужденно снимается в области напряжений, значи­ тельно (в три и более раза) превышающих нормальное рабочее на­ пряжение изоляции. Зависимость пробивного напряжения Unp от времени выдержки в определенном интервале времени выражается

где показатель степени а зависит от рода воздействующего напряже­ ния и от его величины. Последнее определяет характер старения изоляции (область развития критических или начальных ч. р.).

Характерные зависимости срока службы от напряженности элект­ рического поля при переменном напряжении 50 гц и постоянном на­

167

начальных ч. р. и переходом их в критические ч. р. В случае, когда нарушение электрической прочности происходит не в результате од­ нократного процесса, а за счет постоянного накапливания разрушений структуры диэлектрика под воздействием частичных разрядов, может быть введено понятие ресурса изоляционной конструкции. Ресурс изоляционной конструкции R представляет собой величину, харак­ теризующую способность изоляции в течение определенного времени выдерживать приложенное напряжение и противостоять разрушаю­ щему действию процессов, протекающих при этом напряжении (глав­ ным образом частичных разрядов). Ресурс изоляционной конструкции может быть определен количеством твердого, жидкого или газообраз­ ного вещества, которое должно быть разрушено (образовано или вы­ делено), для того чтобы привести к нарушению или резкому снижению электрической прочности изоляционной конструкции. Этот ресурс зави­ сит от структуры и размеров изоляции, видов диэлектриков, входящих в эту структуру, а также от конструкции изоляции, расположения электродов и их формы.

Для заданной изоляционной конструкции при изменении напря­ жения в определенных пределах в первом приближении этот ресурс может быть принят постоянным. В этом случае срок службы изоляции

чество разрушенного диэлектрика (расходование ресурса) за счет частичных разрядов с энергией 1 дж\ Рч р — мощность частичных разрядов.

При этом для бумажно-масляной изоляции, а в некоторых случаях и для маслобарьерной изоляции можно считать, что срок службы определяется временем, необходимым для образования газовых пу­ зырьков, после возникновения которых появляются критические ч. р., резко возрастает их интенсивность и происходит быстрое раз­ рушение изоляции. В этом случае срок службы изоляции выражается формулой (8.9).

В формуле (8.24) зависимость Рч р от напряжения (напряженности) для переменного или постоянного напряжения выражается соответ­

а для постоянного напряжения а=8-М 4.

Формула (8.25) для переменного и постоянного напряжений доста­ точно хорошо соответствует экспериментально полученной зависимо­ сти (8.22). Сравнение формул (8.23)-^ (8.25) показывает, что в частном случае бумажно-масляной изоляции ресурс R=CrVM определяется

168

а.Изоляция на основе эпоксидных и полиэфирных смол

Всовременной электротехнической промышленности все более широкое применение находят электроизоляционные материалы нового типа, позволяющие принципиально изменять конструкцию и техно­ логию обработки деталей, узлов и блоков аппаратов, трансформато­ ров и машин. Теплостойкость, влагостойкость, механические харак­ теристики и главным образом комплекс этих важнейших свойств новых электроизоляционных материалов значительно выше, чем у природ­ ных веществ.

Вкачестве высоковольтной изоляции из новых материалов наи­ большее распространение получила изоляция на основе эпоксидных

иполиэфирных смол. Эпоксидные смолы при действии на них соеди­ нений с активным атомом водорода (отвердителей — малеиновый ан­ гидрид, полиэтиленполиамин и др.) способны отверждаться с обра­ зованием неплавких нерастворимых полимеров. При производстве изоляции в эпоксидную смолу добавляют значительное количество наполнителя (например, кварцевый песок) для уменьшения коэффи­ циента линейного расширения, увеличения твердости и снижения стоимости.

Смесь смолы, наполнителя и отвердителя называется компаундом. Для получения эластичных компаундов, выдерживающих действие низких температур, механических и тепловых ударов, применяют спе­ циальные пластификаторы, например дибутилфталат, полиэфиры.

Старение высокомолекулярных диэлектриков сопровождается ком­ плексным изменением его физических свойств: увеличиваются жест­ кость и хрупкость диэлектрика, изменяется его механическая проч­ ность, появляется липкость, снижается электрическая прочность и др. В полимерных диэлектриках при старении важнейшим фактором являются деструктивные процессы. Скорость их протекания зависит от температуры и описывается выражением (8.21).

В процессе длительного приложения напряжения твердые изоля­ ционные материалы могут пробиться из-за прорастания внутри них древовидных каналов — дендритов. Обычно дендриты не проводят электрического тока и представляют собой непроводящие полые тру­ бочки, связанные между собой. Дендриты начинают зарождаться у включений или пустот, имеющихся в диэлектрике, по-видимому, вслед­ ствие внутренних разрядов в них.

При внутренних разрядах разрушение материала может носить двоякий характер. Первоначально происходит эрозия поверхности полости под воздействием разрядов. Разряды концентрируются, обра-

169

зуя углубления в нескольких местах. Эти впадины подвергаются про­ цессу эрозии с возрастающей скоростью, по ка глубина их не достигает некоторой критической величины, после чего через остальную часть диэлектрика прорастают тонкие каналы — дендриты (рис. 8.20).

Главной причиной эрозии служит термическая деструкция. При переходе даже небольшой части энергии частичного разряда в тепло на поверхности диэлектрика может

пониженных напряженностях дендрит, возникший у иглы, продвинув­ шись в глубь промежутка, перестает расти и начинает ветвиться, после чего прорастает вновь. При этом повышается срок жизни изоля­ ции. В твердой изоляции трансформаторов со слабонеоднородным по­ лем дендрит может возникнуть у включений или пустот. В этом случае он продолжает быстро расти вследствие более высокого значения сред­ ней напряженности электрического поля.

б. Композиционная твердая изоляция

Для изоляции обмоток электрических машин и токопроводов широкое распространение получила композиционная твердая изоля­ ция, ряд свойств которой наиболее близко соответствует высоким тре­ бованиям, предъявляемым условиями эксплуатации. В нее входят три составляющие: 1) изоляционный барьер — обеспечивает высокую электрическую прочность; 2) подложка — придает изоляции хорошие

170