Розрахунок електричної міцності діелектриків

Мінімальна напруга U пр прикладена до діелектрика і така, що приводить до появи у ньому каналу провідності, називається напругою пробою. Залежно від того, чи замикає канал обидва електроди, пробій може бути повним, неповним або частковим. Для твердих діелектриків можливий також поверхневий пробій, після якого ушкоджується поверхня матеріалу, яка утворює на органічних діелектриках вуглецевий слід.

Залежність напруги пробою від часу називають кривою життя електричної ізоляції. Зменшення U пр з часом відбувається із-за механічного старіння ізоляції – необоротних процесів під дією тепла, і електричного поля.

Електричною міцністю називають напруженість електричного поля при пробої ізоляції в однорідному електричному полі:

Uпрпр d

де E пр[В/м] – електрична міцність; U пр[В] – напруга пробою; d [м] – товщина діелектрика. Також електричну міцність виражають в одиницях як, мВ/м та кВ/м.

Для експериментального дослідження пробою використовують електроди різної форми, між якими поміщають діелектрик. Випробування діелектриків на пробій проводять в однорідному і неоднорідному електричних полях. У газоподібних і рідких діелектриках однорідність поля зазвичай забезпечується шляхом надання поверхні електродів певної форми, наприклад сферичної.

		=
	E			,

Однорідне поле в твердих діелектриках можна отримати, якщо піддати їх механічній обробці, видавлюючи або висвердлюючи в них лунки з сферичною поверхнею. Така обробка може порушити структуру діелектрика, тому необхідно контролювати якість зразків.

Для встановлення простих закономірностей і механізму пробою діелектриків цей процес проводять в однорідному і неоднорідному електричних полях. Для отримання неоднорідного поля використовують електроди типа вістря-вістря або вістря-плоскість. Значення U пр у неоднорідному полі значно менше, ніж в однорідному із-за підвищення середнього значення напруженості поля поблизу електроду з малим радіусом кривизни.

У даній лабораторній роботі для дослідження впливу форми електродів на пробій твердих діелектриків використовуються чотири типи електродів: плоскість-плоскість (верхній електрод – торець циліндра, що є плоскістю із закругленими краями); сфера великого і малого радіусу – плоскість; вістря-плоскість.

Велике практичне значення має завдання вивчення електричної міцності неоднорідних, композиційних і шаруватих діелектриків. До таких діелектриків відноситься кабельний або конденсаторний папір, просочений ізоляційним маслом. Електрична міцність (Eпр) декількох шарів паперу залежить від мікро-неоднорідностей або точкових пошкоджень окремих шарів паперу, форми електродів, площі їх поверхні, а також від щільності паперу, товщини листа і прошарку масла між листами і їх діелектричних властивостей, наявності газових вкраплень.

Як для постійного, так і для змінного струму E пр шарованого діелектрика залежить від розподілу напруженості електричного поля по окремих шарах і від іонізації повітряних вкраплень.

Простим шарованим діелектриком є діелектрик, що складається з двох плоско-паралельних шарів з різними електричними характеристиками. За

умови змінного струму, в кожному шарі напруженість поля прямо пропорційна діелектричній проникності (x), а для постійного – питомій електричній провідності (g) матеріалу шару. Такий розподіл

напруженостей визначається формулами:

1 x2 1 g2E2 1 E2 g1

Наприклад, у масляного конденсаторного паперу діелектрична проникність xП = 4,5, а у масла xМ = 2, 2 і відповідно, питома електрична

	E		E
		=			=
			,
			x

провідність gБ =10−11(Ом×м)−1, gМ =10−9 (Ом×м)−1, то в пакеті з просоченого маслом конденсаторного паперу при змінному струмі напруженість електричного поля більше в шарі масла, а на постійному – в шарі паперу. Тому на змінному струмі пакет паперу пробивається при меншій напрузі, чим на постійному. Цьому сприяє також і наявність повітряних вкраплень в багатошарових діелектриках, в якому на змінному струмі відбувається більше розрядів в одиницю часу, чим на постійному струмі. Зменшенню електричної міцності при розрядах сприяє і те, що утворюються при цьому озон і оксиди азоту, які руйнують папір. Цей процес називають старінням.

Дата добавления: 2015-11-16