Краткие теоретические сведения. Определение электрической прочности

Определение электрической прочности

Твердых диэлектриков

Цель работы:

· Изучить порядок испытания твердых диэлектриков на электрическую прочность.

· Получить навыки в определении электрической прочности различных материалов.

Краткие теоретические сведения

Электрическая изоляция не может выдерживать приложенного к ней неограниченного высокого напряжения. Если мы будем повышать приложенное к изоляции напряжение, то рано или поздно произойдет пробой изоляции. При этом ток утечки, идущий через изоляцию, чрезвычайно резко возрастает, а сопротивление изоляции соответственно снижается, так что практически получается короткое замыкание между электродами, с помощью которых подведено к изоляции напряжение.

Наибольшее значение напряжения, которое было приложено к изоляции в момент пробоя, называется пробивным напряжением U_пр.

В месте пробоя возникает искра или даже электрическая дуга, которая может вызвать оплавление, обгорание, растрескивание и тому подобные изменения, как диэлектрика, так и электродов. После снятия напряжения в пробитом твердом диэлектрике может быть обнаружен след пробоя, в виде пробитого (откуда и название явления «пробой»), проплавленного, прожженного или т.п. отверстия. При повторном приложении напряжения к ранее подвергавшейся пробою твердой изоляции пробой по месту прежнего пробоя, как правило, происходит при сравнительно низком напряжении. Таким образом, пробой твердой изоляции в электрической машине, аппарате, кабеле и т.п. означает аварию, выводящую данное устройство из строя.

Пробивное напряжение электрической изоляции зависит от ее толщины, т.е. расстояния между электродами h; чем толще слой электроизоляционного материала, тем выше пробивное напряжение этого слоя. Однако слои одной и той же толщины, но различных материалов имеют различные значения пробивного напряжения. Это дает основание для введения параметра диэлектрического материала, определяющего его способность противостоять пробою – электрическая прочность.

Электрическая прочность Е_пр, МВ/м, определяется пробивным напряжением U_пр, отнесенным к толщине диэлектрика h в месте пробоя, т.е.

Е_пр = U_пр/h

В большинстве случаев при возрастании h величина Е_пр уменьшается, т.е. величина U_пр возрастает с увеличением толщины не линейно, а медленнее. Таким образом, тонкослойная изоляция с точки зрения использования ее электрической прочности предпочтительнее толстослойной. Это явление можно объяснить трудностью формирования разряда при малом расстоянии между электродами, так как ударная ионизация затрудняется вследствие малой общей длины пробега свободных зарядов.

Для надежной работы любого электротехнического устройства рабочее напряжение U_раб его изоляции должно быть существенно меньше пробивного напряжения U_пр

Коэффициентом запаса электрической прочности изоляции К_зап называют отношение пробивного напряжения к рабочему, т.е.

К_зап = U_пр/ U_раб

При повышении напряженности электрического поля в твердом диэлектрике, также как и в жидком и газообразном, возникают ионизационные процессы, связанные с увеличением сквозного тока, высоковольтной поляризацией, ударной ионизацией, диэлектрическими потерями, нагревом диэлектрика.

По физической сущности развития пробоя различают несколько видов; основные из них: электрический, электротепловой, электромеханический, электрохимический и ионизационный пробой.

Электромеханический - пробой, который может наблюдаться, например, у хрупких материалов в сильно неоднородном электрическом поле; подготовляется механическим разрушением материала (образованием макроскопических трещин) силами электрического поля (давлением электродов).

Электрохимический пробой - вид медленно развивающегося пробоя, связанного с химическим изменением материалов в электрическом поле. Такое явление часто называют старением диэлектрика в электрическом поле, поскольку оно приводит к постепенному снижению электрической прочности, заканчивающемуся пробоем при напряженности поля, значительно меньшей пробивного напряжения.

Ионизационный пробой объясняется действием на диэлектрик химически агрессивных веществ, образующих в газовых порах диэлектрика при частичных разрядах, а также эрозией диэлектрика на границе пор ионами газа.