Лекция 14. Методы расчёта электрической и тепловых полей в электроизоляционной конструкции (Лучше в электрической изоляции)

Методы расчёта электрической и тепловых полей в электроизоляционной конструкции (Лучше в электрической изоляции)

Теперь пора вспомнить, что электрическая изоляция стареет и в электрическом поле, и при нагреве, при работе, при повышенных температурах. Такой процесс в физике диэлектриков называют электрическим старением, электрическим химическим пробоем диэлектрика (электрической изоляции). И это старение (эта форма пробоя) во многих случаях определяется надёжность электрической изоляции.

Считают, что электрическому старению подвергают в основном орг. Эл. Изол. Материалы, однако их неорганич. (керамики и кристаллов), также можно экспериментально наблюдать старение, деградацию материала в электрическом поле при работе при повышенных температурах.

Механизмы старения в органических и неорганических диэлектриках различны, однако некоторые параметры, характеризующие процесс старения их одинаковы для тех и других материалов.

Так время жизни изол. Удовлетворит. Описывается эмпирической формулой:

, (1)

Где m=3-4 для образцов материала (Попл. С.52), m=4-8 для конденсаторной изоляции при 50 Гц (КПП стр. 52), m=55-80 для силовых трансформаторов.

При напряжениях, близких к рабочим (КПП с. 52-53), , (2)

Графики, характерные для этих 1 и 2. Зависимости имеют вид:

Из (1) и (2) можно получить, что ,

В физике диэлектриков отмечаются следующие закономерности электрического старения неорганических диэлектриков: ионная электропроводимость в постоянном Е поле всегда приводят к необратимым изменениям (старению изоляции), т.к. при ней происходит перенос вещества, изменяется его стехиометрический состав. Могут образовываться металлические дефекты.

Такой процесс происходит при любых заданиях электрического напряжения.

Старении изоляции, где имеется малая электропроводность наблюдается лишь при достаточно высоких напряженностей поля. Типичная зависимость:

1. От нескольких минут до нескольких часов. Здесь ток неизменен и может даже уменьшаться. На этом этапе может происходить компенсация инденторов донорами

При сближении атомов происходит расщепление на электронном уровне.

2. Несколько минут. Здесь ток резко возрастает на 2-3 порядка. В некоторых случаях уж это возрастание тока может привести к электро-тепловому. Возможно такое объяснение этого процесса. Компенсация инденторов донора заканчивается, по концентрации доноров _____ возрастать, поэтому плотность тока резко увеличивается.

Если напряжение в ходе этого этапа снизить, его свойства образца восстанавливаются, регенерируют. Регенерация ускоряется нагреванием, а ещё быстрее это происходит если к образцу приложить напряжение обратной полярности (вероятно, поэтому старение неорганических диэлектриков на переменном напряжении практически не происходит)

3. Десятки часов. Ток практически не меняется, но свойства образца (изоляции) за счёт происходящих в нём электрохимических процессов необратимо изменяются. Здесь устанавливается равновесная концентрация доноров (сколько их образуется, столько их и рекомбинируется в единицу времени), но ток растёт с увеличением или Е поля (смотри рисунок выше).

Эти эл.химические процессы происходят при электронных областях и они подготавливают интенцию электронов и дыры в образцах.

4. Резкое возрастание тока и пробой. Здесь можно отключить образец и предотвратить пробой. Увеличение тока вызвано инжекционными механизмами.