Механическое старение изоляции

Внутренняя изоляция или ее отдельные элементы из твердых диэлектрических материалов обычно подвергаются в эксплуатации значительным статическим и динамическим ударным механичес­ким нагрузкам. Под действием этих механических нагрузок (рас­тяжение, сжатие, изгиб, вибрация и т. д.) в диэлектрике образуют­ся и постепенно увеличиваются микротрещины. Когда количество и размеры микротрещин достигают некоторых критических зна­чений, наступает механическое разрушение материала. Однако кро­ме механического разрушения диэлектрика наличие микротрещин приводит к преждевременному пробою изоляции, так как наличие трещин существенно снижает электрическую прочность диэлект­рика. Покажем роль микротрещин в изоляции на примере.

Пример. Расстояние между плоскими токоведущими час­тями = 5 мм заполнено диэлектриком, имеющим значение отно­сительной диэлектрической проницаемости e_г1 = 4 и электрической прочности Е_пр1= 20 кВ/мм. Какое предельное напряжение можно приложить к токоведущим частям и насколько снизится это напря­жение, если между токоведущими частями появится микротрещи­на — воздушная прослойка толщиной d₂ - 0,2 мм. Электрическая прочность воздуха Е_пр2=3кВ/мм, а относительная диэлектричес­кая проницаемость равна 1.

Решение. Предельное напряжение между токоведущими час­тями при отсутствии микротрещин равно:

При наличии микротрещины — воздушной прослойки — на­пряжение между токоведущими частями будет равно:

U = Е₁d_l+E₂d₂.

Зная, что напряженности в различных слоях обратно пропорциональны диэлектрическим проницаемостям, т.е., выразим

напряженность Е₁ в диэлектрике и подставим это зна­чение в уравнение для напряжения:

Подставив вместо значения Е₂ его электрическую прочность, найдем значение предельного напряжения при наличии воздушной прослойки:

Отсюда следует, что значение предельного напряжения уменьшилось в 23 раза, что, естественно, приведет к преждевре­менному пробою изоляции.