Механизм теплового пробоя внутренней изоляции

Механизм теплового пробоя поясним на простейшем примере, приняв условно, что температура во всех точках изоляции одинакова. При воздействии на изоляцию переменного напряжения U количество тепла Q_B, выделяющегося в единицу времени за счет диэлектрических потерь, а также количество тепла Q_0TB, отводимого от изоляции в окружающую среду, определяются выражениями:

где С-емкость изоляции; tgδ- тангенс угла диэлектрических потерь; S- поверхность изоляции, от которой отводится тепло в окружающую среду; k- коэффициент теплоотдачи; θ_окр-температура окружающей среды.

У большинства изоляционных материалов диэлектрические потери и, следовательно, величина tgδ с ростом, температуры увеличиваются. Зависимость tgδ от температуры приближенно соответствует выражению

где θ₀ — температура, при которой tgδ = tgδ ₀.

В этом случае Q_B и Q_0TB зависят от температуры изоляции, как показано на рис, на котором кривые Q_B построены для нескольких значений напряжения. При напряжениях U₁ и U₂ достигается равенство Q_B = Q_0TB, т. е. возможны устойчивые режимы

Рис. 4. К механизму теплового пробоя изоляции.

Большее значение напряжения, при котором еще может соблюдаться условие Q_B = Q_0TB равно U₃. Однако уже в этом предельном случае тепловой режим изоляции оказывается неустойчивым. При случайном повышении температуры или напряжения количество выделяющегося тепла будет постоянно превышать количество тепла отводимого и температура изоляции станет неограниченно возрастать. Таким образом, при U > U₃ термическое равновесие изоляции нарушается, температура беспредельно увеличивается и происходит термическое разрушение изоляции с потерей диэлектрических качеств. Такой процесс называют тепловым пробоем. Из рис. 4 следует, что нарушение термического равновесия изоляции наступает, если Q_B ≥ Q_0TB и dQ_B/dθ ≥ dQ_0TB/ dθ.