Лекция (продолжение) Тема: Электрическая прочность диэлектриков




Скачать 80.99 Kb.
НазваниеЛекция (продолжение) Тема: Электрическая прочность диэлектриков
Дата публикации01.07.2013
Размер80.99 Kb.
ТипЛекция
zadocs.ru > Физика > Лекция
ЛЕКЦИЯ (продолжение)

Тема: Электрическая прочность диэлектриков

1)Пробой воздуха
Влияние частоты

Влияние частоты на электрическую прочность связано с возможностью формирования разряда за время Т/2.


Епр


Время формирования разряда -

1-ый участок - при f до за время Т/2 успевает сформироваться разряд.

2-ой участок – при f в межэлектродном промежутке накапливается объёмный положительный заряд, в результате чего искажается электрическое поле, и это способствует образованию токопроводящего канала между электродами. Электрическое поле усиливается, а значит, электрическая прочность снижается.

3-ий участок – при частотах и выше затрудняются условия формирования разряда, потому что затруднено выполнение условия (2) из-за малой длины свободного пробега. Выполнение условия (2) возможно лишь при повышении скорости движения свободных зарядов.


(1)

(2)

(3)

Влияние давления

При больших давлениях и соответственно повышенной плотности газа расстояние между отдельными молекулами становится меньше; тем самым уменьшается длина свободного пробега электронов, и как следует из (3), для того чтобы пробой произошёл, должна быть увеличена напряженность поля.

При уменьшении давления вначале наблюдается падение электрической прочности (рис.3), когда же давление доходит до некоторого предела, ниже атмосферного давления, и разрежение достигает высоких степеней, электрическая прочность начинает снова возрастать. Это возрастание объясняется уменьшением числа молекул газа в единице объёма при сильном разрежении и снижении вероятности столкновений электронов с молекулами.

При высоком вакууме пробой можно объяснить явлением вырывания электронов из поверхности электрода. В этом случае электрическая прочность доходит до весьма высоких значений и зависит от материала и состояния поверхности электродов.

Применение: большую электрическую прочность вакуума используют в технике при конструировании вакуумных конденсаторов для больших напряжений высокой частоты. Газы при больших давлениях применяются в качестве изоляции для высоковольтной аппаратуры, в производстве кабелей и конденсаторов высокого напряжения (воздушные выключатели, кабели воздухонаполненные). Давление в этих аппаратах порядка 30 атм.


Влияние влажности на электрическую прочность

При увлажнении воздуха его электрическая прочность меняется: уменьшается – если поле однородное; увеличивается – если поле неоднородное, потому что капельки воды выравнивают электрическое поле между электродами.

Пробой воздуха вблизи поверхности диэлектрика называется напряжением разряда по поверхности Uразр, которое меньше пробивного напряжения. Потому что на поверхности диэлектрика имеются нескомпенсированные поверхностные заряды. Они искажают электрическое поле, делают его неоднородным, следовательно разряд произойдет быстрее.

Uразр резко снижается если поверхность увлажнена и загрезнена.

Поэтому нужно следить за чистотой поверхности.

Чтобы повысить Uразр используют специальную конфигурацию поверхности изоляторов.

Пробою воздуха предшествует явление «корона», т.е. ионизация воздуха в местах повышенной неоднородности поля. В месте ионизации появляется светящееся облако – корона. Коронный разряд – это самостоятельный разряд в области, прилегающей к электроду, с малым радиусом кривизны.

На корону затрачивается энергия электрического поля, которая называется потери на корону. Потери на корону нежелательны, поэтому при расчете ЛЭП стараются повысить напряжение начала короны. Этого можно достичь путем выравнивания электрического поля следующими методами: использование нескольких проводов на одну фазу или расщепление фазы.

Кроме воздуха, в качестве газообразного диэлектрика используется элегаз (электрический газ) – SF6

Элегаз имеет электрическую прочность в 2,5 раза больше чем у воздуха, негорюч. Широко применяется в качестве диэлектрика в выключателях и кабелях при напряжении от 3 кВ и выше.

2)Пробой твёрдого диэлектрика

Основным видом пробоя твердого диэлектрика является электротепловой, потому что электрическая прочность твердых диэлектриков намного (в 10, 100 раз) больше чем у воздуха. И зависит от толщины материала: с увеличением толщины электрическая прочность Епр уменьшается.

  1. Увеличение толщины связано с ухудшением теплоотвода у материала;

  2. При увеличении толщины материала возможно увеличение числа слабых мест.

Слабое место – это воздушные пузырьки, трещины, т.е. попадание воздуха внутрь материала и наличие различных примесей.

Пленочный полиэтилен – Епр=180кВ/м

Епр


Влияние температуры(тв.диэлектрик)

При повышении температуры происходит переход от электрического пробоя (при Т<Т к) к тепловому (при Т> Т к), как это показано на рис 5.

Электрический пробой развивается за очень незначительное время. Поэтому если пробой не произошел в ближайшее время после приложения напряжения, то, вероятно, следует ожидать, что он не произойдет и в дальнейшем. Для развития теплового пробоя требуется накопление в диэлектрике тепла, на что нужно определенное время, тем меньшее, чем выше приложенное к диэлектрику напряжение.

1

2

^ Рис. 5
1-ый участок - электрическая прочность не зависит от Т, соответствует электрическому виду пробоя в твердом диэлектрике, когда материал не нагрелся. Такое возможно если материал неполярный, т.е. у него диэлектрические потери малы или маленькая толщина.

2-ой участок – тепловой вид пробоя материала.

Исследование электрической прочности твердых диэлектриков производится по ГОСТу, который учитывает форму и размеры электродов; чистоту поверхности – она должна быть гладкой.

Измерения проводят в 5 точках одной толщины.

Пробивают диэлектрик при плавном подъеме напряжения или при ступенчатом. Вид подъема напряжения определяется характером работы материала.

^ При плавном подъеме: скорость подъема напряжения влияет на результат. Скорость устанавливается ГОСТом. Сначала определяют напряжение пробоя при плавном подъеме. И в зависимости от этой величины устанавливается скорость подъема.

^ При ступенчатом подъеме берется первоначально 50% от величины пробивного напряжения при ориентировочном пробое. Выдерживается 5 мин. И если пробой не произошел, то приложенное напряжение увеличивают, и так до тех пор пока не произойдет пробой.

Напряжение пробоя материала при ступенчатом подъеме меньше чем при плавном, потому что материал успевает нагреваться. Это определяется тем, что под действием электрического поля, когда мы поддерживаем определенную ступень напряжения, в материале может наблюдаться ионизация или диссоциация молекул примесей. Если пробой происходит при переходе с одной ступени на другую, то за величину пробивного напряжения принимается напряжение предыдущей ступени.

При увлажнении электрическая прочность уменьшается

При повышении частоты приложенного напряжения наблюдается ход кривой , как на рис.5
3)Пробой жидкого диэлектрика

Жидкие диэлектрики отличаются значительно более высокой электрической прочностью, чем газы в нормальных усло­виях. Предельно чистые жидкости получить крайне трудно. Постоянными примесям в жидких диэлектриках являются вода, газы и твердые частички. Наличие примесей и определяет в основном явление пробоя жидких диэлектриков и вызывает большие затруднения для создания точной теории пробоя этих веществ.

Вид пробоя зависит от степени очистки жидкости.

Выделяют следующие жидкие диэлектрики:

1) Технически чистый – в малых количествах допускается присутствие взвешенных частиц: воздушных пузырьков, волокон и капелек воды. Самая низкая электрическая прочность для него составляет 20 кВ/мм. И наблюдается в этом случае электротепловой вид пробоя.

2) Очищенный – нет взвешенных частиц. В них наблюдается ионизационный вид пробоя. По процессу протекания это как пробой в газах.

3) Тщательно-очищенный – нет следов влаги, нет волокон.

При высоких значе­ниях напряженности электрического поля может происходить вырывание электронов из металлических электродов и, как и для газов, разрушение молекул самой жидкости за счет ударов заряженными частицами. При этом повышенная электрическая прочность жидкого диэлектрика по сравнению с газообразным обусловлена значительно меньшей длиной свободного пробега электронов. Пробой жидкостей, содержащих газовые включения, объясняют местным перегревом жидкости (за счет энергии, выде­ляющейся в относительно легко ионизирующихся пузырьках газа), который приводит к образованию газового канала между электро­дами. Влияние воды, не смешивающейся с трансформаторным маслом при нормальной температуре и держащейся в нем в виде отдельных мелких капелек, показано на рис.6. Под влиянием электрического поля капельки воды — сильно полярной жидкости — поляризу­ются и создают между электродами цепочки с повышенной прово­димостью, по которым и происходит электрический пробой.

Рис.6 Зависимость электрической прочности

от содержания воды в масле

Влияние температуры (жидкий диэлектрик)


Рис. 7 Зависимость электрической прочности

трансформаторного масла от температуры

1- высушенное масло; 2- эксплуатационное (содержащее следы воды)

На рис.7 показано влияние температуры на электрическую проч­ность трансформаторного масла — чистого и содержащего некоторое ко­личество воды. Электрическая проч­ность чистого масла не зависит от температуры в пределах до 80°С, когда начинается кипение легких мас­ляных фракций и образование боль­шого количества пузырьков пара внут­ри жидкости. Наличие воды снижает электрическую прочность масла при нормальной температуре. Подъем Епр при повышении температуры обуслов­лен переходом воды из состояния эмульсии в состояние молеку­лярного раствора. Дальнейшее снижение электрической прочности объясняется процессами ки­пения жидкости. Увеличение электрической прочности при низких температурах связа­но с увеличением вязкости масла и меньшими значения­ми диэлектрической прони­цаемости льда по сравнению с водой. Твер­дые загрязнения (сажа, об­рывки волокон и т. и.) иска­жают электрическое поле внутри жидкости и также приводят к снижению элект­рической прочности диэлект­рических жидкостей.

Очистка жидких диэлект­риков, в частности масел, от примесей заметно повышает элект­рическую прочность. Так, например, неочищенное трансформатор­ное масло имеет Епр 4 МВ/м; после тщательной очистки электри­ческая прочность масла повышается до 20—25 МВ/м.

^ Область отрицательных температур – капельки воды находятся в виде льда. Лед имеет Епр больше чем у воды. Поэтому по мере таяния льда Т повышается, и Епр уменьшается.

От 0 до 50 - Епр растет, так как идет подсушка масла, испарение влаги, а также переход воды из эмульсионного состояния в растворенное.

Более 50 масло сухое, Епр не зависит от температуры, но не долго.

Но при Т = 70-80образуются пары и разряд идет по парам. Поэтому Епр снова снижается. Это аварийный случай, до этих температур стараются не нагревать.




Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

Лекция (продолжение) Тема: Электрическая прочность диэлектриков iconРисунок 2- принципиальная электрическая схема управления теплогенератором
Рисунок 4-Технологическая и электрическая принципиальная схемы теплогенератора типа тг

Лекция (продолжение) Тема: Электрическая прочность диэлектриков iconТема Основные понятия и законы теории цепей. Электрические и магнитные цепи
Электрическая цепь – это модель электромагнитного устройства. Она представляется в виде элементов, соединенных проводами

Лекция (продолжение) Тема: Электрическая прочность диэлектриков iconЭлектрический ток в различных средах электрическая проводимость ( электропроводность)
Электрическая проводимость ( электропроводность) это физическая величина, обратная сопротивлению, характеризует свойство вещества...

Лекция (продолжение) Тема: Электрическая прочность диэлектриков iconЛекция 14
Под прочностью понимают способность тел выдерживать без разрушения приложенную к ним нагрузку. Прочность обычно характеризуют величиной...

Лекция (продолжение) Тема: Электрическая прочность диэлектриков iconУчреждение образования «белорусская государственная сельскохозяйственная...
В. А. Сивцова (тема 5), Л. Н. Ковалева (тема 7), И. Т. Эйсмонт (тема 2), Н. А. Беляцкая (тема 6), М. А. Михайлова (тема 13), равовой...

Лекция (продолжение) Тема: Электрическая прочность диэлектриков iconТема институциональные рамки неоклассики лекция № пределы применимости неоклассического подхода
Лекция № нормы: результат рационального выбора или абсолютный детерминант действия?

Лекция (продолжение) Тема: Электрическая прочность диэлектриков iconТема 6 / Задание 1
Некоторые исследователи считают, что главной причиной кризиса современной семьи является утрата отцом позиции лидера. Между мужем...

Лекция (продолжение) Тема: Электрическая прочность диэлектриков iconКурс лекций (под редакцией профессора В. Ф. Беркова) 2-е издание...
Авторский коллектив: Н. С. Щекин (лекция 8); Г. И. Касперович (лекция 9); В. Ф. Берков (лекция 10); И. Г. Подпорин (лекция 11); В....

Лекция (продолжение) Тема: Электрическая прочность диэлектриков iconЛекция №2 І. Тема
Тема: Достижения биотехнологии в молекулярной биологии, медицине, фармации, ветеринарии, пищевой промышленности, энергетической отрасли,...

Лекция (продолжение) Тема: Электрическая прочность диэлектриков iconЛекция. Тема 1 Технологии формирования человеческих ресурсов. Планирование...
Лекция. Тема 1 Технологии формирования человеческих ресурсов. Планирование потребности в человеческих ресурсах

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
zadocs.ru
Главная страница

Разработка сайта — Веб студия Адаманов