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: 4 из 20

Влияние частичных разрядов на старение полимерных диэлектриков

Экспериментально показано, что основной причиной старения ор- ганической изоляции в сильном электрическом поле являются частичные разряды, происходящие в газовых порах, имеющихся в изоляции, и в окружающем изоляцию газе. Доказательством этого являются следующие факты:

1. 
   Резкое возрастание времени жизни изоляции при проведении ее испытаний в вакууме, где развитие частичных разрядов затруднено.
   
2. 
   Резкое возрастание времени жизни изоляции при напряженностях поля, меньшей напряженности возникновения частичных разрядов.
   
3. 
   Резкое уменьшение времени жизни изоляции при увеличении частоты приложенного электрического поля за счет роста интенсивности частичных разрядов.
   

Возникновение частичных разрядов, как правило, связано с наличием в органических диэлектриках воздушных включений, которые образуются при их изготовлении, за счет усадки в процессе полимеризации и многих других причин. Под действием частичных разрядов (ЧР) могут происходить следующие процессы:

1. 
   Образование газообразных продуктов ионизации – озона, оки- слов углерода, окислов азота, паров воды и др.
   
2. 
   Химическое разрушение диэлектрика под действием продуктов ионизации, сопровождаемое разрывом химических связей, образованием свободных радикалов, появлением поперечных связей (сшиванием) между макромолекулами, образованием новых групп (карбоксильные, эфирные) в составе макромолекул полимера, а также углерода и др. Эти изменения прослеживаются с помощью ИК – спектроскопии.
   
3. 
   Непосредственное воздействие на диэлектрик бомбардировки ионами и электронами, действие излучения, образуемыми при ЧР.
   

5. 
   Повышение локальной напряженности электрического поля и температуры, возникающие в зоне ЧР.
   
6. 
   Эрозия диэлектрика, ведущая к уменьшению его веса и толщины.
   

Механизм электрохимических процессов, приводящих к электрическому старению, многообразен и зависит от материала диэлектрика, однако можно указать следующие основные закономерности:

а) образование химически активных продуктов при ионной про-

водимости (взаимодействие ионов с металлом электродов, развитие дендритов);

б) процессы электролиза и электролитического разложения продуктов загрязнения, воды, пропиточной массы (взаимодействие их с материалом электродов и диэлектрика);

в) разрыв химических связей, образование свободных радикалов и их последующее взаимодействие с основным диэлектриком;

г) образование поперечных химических связей, повышение мо- лекулярного веса.

Указанные факторы вызывают изменение свойств диэлектрика, определяют механизм его старения и приводят к снижению мгновенного пробивного напряжения. Роль тех или иных факторов может быть различном в каждом конкретном случае в зависимости от вида диэлектрика и условий испытания.

Измерив, количество разрядов и объем разрушенной части образца полиэтилена с искусственной порой, Мейсон подсчитал, что в среднем каждый единичный разряд разрушает 10^-5 см³ полиэтилена. При непосредственном действии разрядов происходит достаточно резкое снижение с течением времени пробивного напряжения, толщины и массы пленок (рисунок 6). Следовательно, эрозия пленок считается основной причиной снижения кратковременного пробивного напряжения. При косвенном действии вне зоны разрядов толщина и масса пленок практически не изменяются, а пробивное напряжение снижается менее значительно, чем при непосредственном действии разрядов (см. рис.1.6).


Рисунок 1.6 – Относительные изменения пробивного напряжения (•), массы (Δ) и толщины (0) со временем старения для пленки

полиэтилентерефталата при напряжении 12 кВ.
Слабое снижение пробивного напряжения, очевидно, связано с уменьшением электрической прочности пленки в результате реакций с озоном и окислами азота. Действие одних только продуктов разряда (озона и окислов азота) недостаточно для интенсивного изменения пробивного напряжения и не приводит к эрозии – к уменьшению толщины и массы пленок.

Прямые доказательства роли частичных разрядов при электрическом старении полимерных плѐнок в переменном поле удалось получить в результате проведения испытаний на старение в различных условиях. Во- первых, было показано, исключение частичных разрядов путѐм помещения исследуемых образцов в вакуум при α=20⁰С приводит к чрезвычайно резкому возрастанию времени жизни τ по сравнению со значениями, полученными при испытаниях в воздухе, т.е. при наличии достаточно интенсивных частичных разрядов (рис.1.7).


Рисунок 1.7 – Сравнение зависимостей lg τ=f (lgU/U₀), полученных для пленки ПТФЭ в вакууме (1) и при атмосферном давлении (2) в переменном поле f=50Гц, α=20⁰С.

Во – вторых, исключение частичных разрядов путем снижения напряженности поля до значения E=E_и также приводит к исключительно резкому возрастанию τ по сравнению с теми значениями τ, которые соответствовали бы продолжению отрезка прямой линии, изображающей зависимость lgτ = f(lgE).

Этот эффект удалось особенно отчетливо наблюдать при испытаниях на высокой частоте (рис. 1.8, 1.9). В-третьих, увеличение частоты следования разрядов n путем повышения частоты f испытательного напряжения приводит к обратно пропорциональному уменьшению времени жизни τ в интервале E_и< E < E^*.


Рисунок 1.8 – Зависимости lg τ=τ(lg E) для пленок ПТФЭ в переменном поле частотой 50 Гц (1), 900 Гц (2), 16 кГц (3), 50 кГц (4), 104 кГц (5), 240 кГц (6).

Для более обстоятельного исследования роли разрядов в процессе электрического старения полимерных пленок в переменном поле необходимо сопоставить между собой зависимости частоты следования разрядов n и времени жизни τ от напряженности поля и температуры.



Рисунок 1.9 – Зависимости lg(τf)+K=υ(lgE) для пленок ПС, К=0 (1), ПТФЭ, К=3 (2), ПЭТФ, К=6 (3) при различных частотах переменного поля.

Согласно простейшей теории разрядов в газовых прослойках, в

переменном электрическом поле частота разрядов n не должна существенно зависеть от α. Экспериментальной проверкой установлено, что действительно показания индикатора частичных разрядов не зависят от температуры испытуемой пленки ПТФЭ в интервале от 25 до 250⁰С. С другой стороны, как видно из рисунка 1.8, время жизни полимерных диэлектриков при заданном значении E также почти не зависит от температуры у ПТФЭ – в интервале температур от 20 до 100⁰С, а у ПС и ПЭТФ – вплоть до значений α, при которых происходит изменение физических свойств пленки только за счет действия повышенной температуры. Неизменность характеристик разрядов и времени жизни полимерных плѐнок при изменении температуры ещѐ раз подтверждает, что старение плѐнок в пределах отмеченного интервала α в переменном поле действительно обусловлено частичными разрядами.