реферат. Реферат Выпускная квалификационная работа содержит 5 глав, написанных в 106

• Название: Реферат Выпускная квалификационная работа содержит 5 глав, написанных в 106
• Анкор: реферат
• Дата: 06.02.2023
• Размер: 2.82 Mb.
• Имя файла: реферат.docx
• Тип: Реферат; #922688
• страница: 2 из 20

Литературный обзор

Большинство современных электротехнических конструкций имеют в качестве основной изоляции твердые электроизоляционные материалы. Опыт эксплуатации электротехнических конструкций показывает, что основной причиной их отказа является пробой изоляции. Механизм пробоя, его причины многообразны и во многом зависят от условий эксплуатации, качества самих электроизоляционных материалов и других факторов, к которым относятся вид напряжения, его частота, степень неоднородности электрического поля и другие.

В электрических аппаратах, пробой диэлектрика, как принято, вызывает аварийное состояние, и очень важно сконструировать электрический аппарат так, чтобы он имел минимальные размеры и при воздействии рабочего напряжения не пробивался в течение всего времени эксплуатации.

В связи с этим изучение механизма пробоя твердых диэлектриков, основных закономерностей его развития представляет большой практический интерес с точки зрения правильности выбора рабочих напряженностей электрического поля и прогнозирования надежности электроизоляционных конструкций.

1. Общие понятия о пробое.

Согласно ГОСТ 21515-76, пробой – это явление образования в диэлектрикепроводящего каналаподдействиемэлектрического поля [1].
Приложенное к диэлектрику минимальное электрическое напряжение, приводящее к пробою, называется пробивными обозначается U_пр. Значение пробивного напряжения зависит от толщины диэлектрика dи формы электрического поля, обусловленной конфигурацией электродов и однородностью самого диэлектрика. Для сравнения свойств различных материалов более удобной характеристикой является электрическая прочность.

Минимальную напряженность однородного электрического поля, приводящую к пробою, называют электрической прочностью.

В однородном электрическом поле она равна:
Е_пр= U_np /d,
где d-толщина диэлектрика в месте пробоя.
В случае неоднородного электрического поля и материала самого диэлектрика величина напряженности электрического поля, как правило, возрастает, что необходимо учитывать при проведении исследований.

Механизм разрушения диэлектрика под действием электрического поля достаточно сложен и многообразен и может протекать по–разному, в зависимости от температуры, вида воздействующего напряжения, времени его приложения, типа диэлектрика, его структуры и др. условий испытания. Это в частности, может быть развитие ударной ионизации, нарушение тепловой устойчивости и перегрев диэлектрика за счет высоких диэлектрических потерь или процессы электрохимического старения при длительном воздействии электрического поля (например, под действием ЧР). Можно также отметить, что пробой диэлектрика представляет собой сочетание многих физических процессов электрических, тепловых, электромеханических, развитие которых определяет его механизм.

В настоящее время различают следующие основные виды пробоя:

• 
  электрический пробой;
  

• 
  тепловой пробой;
  

• 
  электрохимический пробой (электрическое старение).
  

Рассмотрим кратко основные закономерности каждой формы пробоя

Электрический пробой, как правило, наблюдается в том случае, когда устранена возможность развития теплового пробоя и когда мала длительность воздействия приложенного напряжения. Это возможно при испытании диэлектриков малых толщин при относительно низких температурах и на импульсном напряжении.

Для обеспечения указанных условий необходимо, чтобы испытуемый диэлектрик обладал химической стабильностью, малой проводимостью, малым значением – tgδ и, кроме того, хорошей теплопроводностью [Похолков, Меркулов, Петров].

Чаще всего электрический пробой твердых диэлектриков наблюдается при низких температурах и на импульсном напряжении, т.е. при малой длительности приложенного напряжения. Для электрической формы пробоя твердых диэлектриков характерны более слабая зависимость их электрической прочности от температуры, толщины образца и времени приложенного напряжения (при τ ≥10^-7–10^-8 с) чем при тепловом пробое (см. рис. 1.1) [8].




Рисунок 1.1 – Основные характеристики электрического пробоя Опираясь на современные теоритические представления об

электрическом пробое, можно сказать, что процесс электрического пробоя твердых диэлектриков в основном обусловлен электрическими процессами, связанными с развитием ударной ионизации.

Тепловойпробойв диэлектриках возникает, как правило, вследствие нарушения теплового равновесия между процессами тепловыделения и

теплоотдачи.
Наличие диэлектрических (в переменном поле) или джоулевых (в постоянном) потерь приводит к выделению тепла и разогреву диэлектрика. Если диэлектрические потери и удельная проводимость диэлектрика возрастают с повышением температуры, а теплоотвод недостаточен, то может происходить нарушение тепловой устойчивости, в результате которого происходит дальнейшее повышение температуры и разрушение диэлектрика в виде образования проплавленного канала пробоя.

Отличительными признаками электротеплового пробоя диэлектриков является сильная зависимость электрической прочности от толщины образцов d (ухудшение теплоотвода), температуры окружающей среды Т и частоты электрического поля (рисунок 1.2).



Рисунок 1.2 – Основные характеристики электротеплового формы пробоя на 2 – ом участке при повышенных температурах и частотах.

Критерием теплового пробоя служит нарушение равновесия между выделяемым в диэлектрике - Q_выд и отводимым количеством тепла – Q_отв.

Согласно теоретическим представлениям, рассмотренным в теориях Вагнера, а также Фока и Семенова, мощность, выделяемая в диэлектрике за счет диэлектрических потерь на переменном напряжении равна:

𝑃 = 𝑈² · 𝜔 · 𝐶 · 𝑡𝑔𝛿, (1.1) где U — приложенное к диэлектрику напряжение,

ω — частота изменения напряжения,
C — электрическая емкость диэлектрика,
tgδ— тангенс угла диэлектрических потерь.
Процесс теплопередачи (теплоотвода) выражается с помощью формулы Ньютона:

𝑄_otb = 𝜎 · 𝑆 · ⁽𝑇 − 𝑇₀⁾, (1.2)
где σ — коэффициент теплоотдачи, S — площадь поверхности диэлектрика, T — температура поверхности диэлектрика, T₀— температура окружающей среды.

Можно рассчитать величину пробивного напряжения из условия теплового равновесия





_{𝑈 = √} ··(₀) _{, (1.3)}



0,24·𝜔·𝐶·𝑡gð₀·𝑒^{𝑎(𝑇−𝑇0)}
где σ- коэффициент теплоотдачи, Вт/град.м²;
S– площадь диэлектрика, через которую рассеивается тепло, м²;
tgδ– тангенс угла диэлектрических потерь при температуре окружающей среды Т₀;

Т – температура диэлектрика в канале пробоя; α – температурный коэффициент.

Электрохимический пробой, как правило, возникает при длительном воздействии приложенного напряжения, а также за счет различных электрохимических процессов, которые приводят к снижению его пробивного напряжения и вызывают ухудшение диэлектрических свойств (повышение электропроводности, увеличение диэлектрических потерь и

снижение прочности). При этом снижение пробивного напряжения или электрической прочности будет тем больше, чем больше время воздействия приложенного напряжения.



Рисунок 1.3 – Кривая жизни изоляции
Такая зависимость Е_пр= ƒ(t) получила в литературе название «кривой жизни» (см. рис.1.3). Т.е. зависимость электрических свойств от времени называется кривой жизни диэлектрика, само явление получило название электрохимического пробоя или электрического старения.

Сущность процесса электрического старения заключается в возникновении и развитии в диэлектрике различных физико–химических процессов, вызванных воздействием электрического поля и приводящих к ухудшению его диэлектрических свойств.

В результате электрохимических процессов, происшедших в ди- электрике под воздействием электрического поля (от нескольких минут до нескольких лет), возрастает его проводимость, увеличиваются диэлектрические потери, снижается кратковременная электрическая прочность. Это разрушение диэлектрика можно рассматривать как са- мостоятельную форму пробоя, которая в завершающей стадии, как правило, имеет тепловой характер, т.е. завершается развитием теплового пробоя.

Установлено, что скорость электрического старения, механизм электрохимических процессов зависят как от условий испытания (действия агрессивных сред и радиации), так и от вида материала диэлектрика. Рассмотрим отдельно процессы старения и влияние частичных разрядов на

старение полимерных диэлектриков.