Контрольная по математике Дизайн Конспект лекций по электротехнике Теоретическая механика Электротехнические материалы Атомная энергетика Энергетический реактор

Электротехнические материалы Теория конструктивных материалов

Преимуществами газов перед остальными видами электроизоляционных материалов являются высокое удельное электрическое сопротивление, малый тангенс угла диэлектрических потерь, малая, близкая к единице диэлектрическая проницаемость

Простейшие формулы для объемной и поверхностной проводимости диэлектриков

В области слабых электрических полей носители заряда в газах появляются в результате воздействия на нейтральные молекулы газа быстрых частиц, квантов света, радиоактивного, ультрафиолетового и других излучений.

Термореактивные полимеры получают из полимеров, которые при нагревании или при комнатной температуре вследствие образования пространственной сетки из макромолекул (отверждения) переходят в неплавкое и нерастворимое состояние. Для изготовления изоляции используют большое число материалов, относящихся к группе полимеров.

Полимеры - высокомолекулярные соединения, имеющие большую молекулярную массу. Молекулы полимеров, называемые макромолекулами, состоят из большого числа многократно повторяющихся структурных группировок (элементарных звеньев), соединенных в цепи химическими связями

Сквозной ток - Iскв (ток утечки) протекает по диэлектрику под воздействием постоянного напряжения - обусловлен наличием в диэлектриках свободных носителей заряда различной природы.

Пробой газов определяется двумя механизмами - лавинным и лавинно-стримерным, связанными с процессами ударной ионизации электронами и фотоионизацией.

Минимальное напряжение Uпр, приложенное к диэлектрику, и приводящее к образованию в нем проводящего канала, называется пробивным напряжением.

Электрический пробой

Электрический пробой - разрушение диэлектрика, обусловленное ударной ионизацией электронами или разрывом связей между атомами, ионами или молекулами. Происходит за время 105 - 108 с.

Епр при электрическом пробое зависит главным образом: от внутреннего строения диэлектрика и практически не зависит:

По сравнению с воздухом, у которого Епр порядка 3 МВ/м, наибольших значений Епр при электрическом пробое у твердых диэлектриков достигает 102 - 103 МВ/м, в то время как у тщательно очищенных жидких диэлектриков составляет примерно 102 МВ/м.

Электротепловой пробой

Электротепловой (тепловой) пробой возможен, когда выделяющееся в диэлектрике за счет электропроводности или диэлектрических потерь тепло - Q1 становится больше отводимой теплоты - Q2. В результате в месте пробоя происходит прогрессирующий разогрев диэлектрика, сопровождающийся образованием узкого проплавленного канала высокой проводимости.

Если не учитывать распределение температуры по толщине диэлектрика, то можно легко получить приближенное выражение для анализа зависимости Uпр от влияния различных факторов. Для тепла, выделяющегося в диэлектрике, имеет место выражение

[BRE10A]

где
U - напряжение, приложенное к образцу диэлектрика;
[BRE10B]частота приложенного напряжения;
[BRE10I]электрическая емкость образца;
[BRE10J]тангенс угла диэлектрических потерь.

Если в диэлектрике будут только потери проводимости (неполярный диэлектрик), то

[BRE10C]

где
[BRE10D] и [BRE10E] постоянные зависящие от природы диэлектрика;
[BRE10F]температура окружающей среды (электродов);
[BRE10G]температура диэлектрика.

Количество отводимого тепла определяется равенством

[BRE11B]

где
[BRE11C]суммарный коэффициент теплоотвода от диэлектрика в окружающую среду;
[BRE11D]площадь электрода.

Из графического представления зависимости Q1 и Q2 от температуры видно, что при U1 и T1 будет устойчивое тепловое равновесие Q1=Q2, при U2, T2 и U1, T3- состояние неустойчивого теплового равновесия, при нарушении которого в результате прогрессивного разогрева диэлектрика будет тепловой пробой. Видно, что U3=Uпр.

[BRE11A]

Из условия теплового равновесия:

[BRE11E]

где Ткр соответствует температурам Т2 (для напряжения U2) и Т3 (для напряжения U1).

Тепловой пробой обычно происходит в течение 10-2-10-3 с при Епр около 10 МВ/м.

Пробой диэлектрика при тепловом пробое происходит там, где хуже всего теплоотдача.

Епр при тепловом пробое уменьшается:

при увеличении температуры;

при увеличении времени выдержки образца под напряжением;

при увеличении толщины диэлектрика из-за ухудшения теплоотвода от внутренних слоев (Uпр с увеличением толщины диэлектрика растет нелинейно).

Электрохимический пробой происходит при напряжениях меньших электрической прочности диэлектрика. Вызывается изменением химического состава и структуры диэлектрика в результате электрического старения.

Время развития этого вида пробоя 103-108 с.


На главную