Электрическая прочность изоляции: определение и причины уменьшения

Диэлектрик – это вещество, не проводящее электрический ток (или очень плохо проводящее). Существует такое понятие как «пробой изоляции», простыми словами, когда диэлектрик начинает проводить электричество (то есть становится проводником) происходит пробой. А происходит пробой в случае превышения определенного значения напряженности электрического поля вещества. Вот как раз значение напряженности электрического поля, при котором это происходит и есть величина электрической прочности, для каждого вещества существует определенный порог. В этой статье мы расскажем читателям сайта Сам Электрик что такое электрическая прочность изоляции и почему она может уменьшаться.

Физический смысл

Напряженность электрического поля возрастает с увеличением напряжения между проводниками, это могут быть пластины конденсатора или жилы кабеля (в индивидуальной обмотке), в определенный момент возникает пробой изоляции. Величина, характеризующая напряженность в момент пробоя называется электрическая прочность и определяется по формуле:

здесь: U – напряжение между проводниками, d – толщина диэлектрика.

Электрическая прочность измеряется в кВ/мм (кВ/см). Эта формула справедлива для плоских проводников (в виде лент или пластин) с равномерным слоем изоляции между ними, как, например, в бумажном конденсаторе.

Короткие замыкания в электрических аппаратах и кабелях происходят как раз именно из-за пробоя изоляции, в этот момент возникает электрическая дуга. Поэтому электрическая прочность одна из важнейших характеристик изоляции. Требования к электрической прочности изоляции электрооборудования и электроустановок напряжение 1 – 750 кВ изложены в ГОСТ 55195-2012 и ГОСТ 55192-2012 (методы испытаний электрической прочности на месте установки).

Виды пробоя

У однородных диэлектриков различают несколько видов пробоя — электрический и тепловой. Также существует еще ионизационный пробой, который является следствием ионизации газовых включений в твердом диэлектрике. Электрическая прочность диэлектриков, во многом, зависит от неоднородности поля и возникновения процессов ионизации газа (интенсивности и характера) или иных химических изменений материала. Это приводит к тому, что пробой в одном и том же материале возникает при разном напряжении. Поэтому пробивное напряжение определяется средним значением по результатам многочисленных испытаний. Зависимость электрической прочности газа от плотности (давления) и толщины газового слоя выражается законом Пашена: U

пр= f (pA)

Газ и изоляция

Казалось бы, как связана ионизация газов и изоляция электрооборудования? Газ и электричество связаны самым тесным образом, ведь он является отличным диэлектриком. И поэтому для изоляции высоковольтного оборудования используется газовая среда.

В качестве диэлектрика используются: воздух, азот и элегаз. Элегаз – это гексафторид серы, наиболее перспективный, в плане электроизоляции материал. Для распределения и приема электроэнергии высокого напряжения, более 100 кВ (отвод электростанций, прием электричества в крупных городах и так далее), используются комплектные распределительные устройства (КРУЭ).

Основной областью применения элегаза как раз и являются КРУЭ. Газ помимо использования в качестве электроизоляции, может возникать в процессе эксплуатации маслонаполненных кабелей (или кабелей с пропитанной бумажной изоляцией). Так как происходят цикличный нагрев и охлаждение кабеля в результате прохождения напряжения разной величины.

К кабелям с пропитанной бумажной изоляцией применим термин «термическая деструкция». В результате пиролиза целлюлозы возникают водород, метан, углекислый и угарный газы. В процессе старения изоляции, возникающие газовые образования (при повышенном напряжении) вызывают ионизационный пробой изоляции. Как раз по причине ионизационных явлений силовые кабели с изоляцией из пропитанной маслом бумаги (с вязкой пропиткой) применяются в силовых линиях напряжением до 35 кВ и все реже применяются в современной энергетике.

Причины уменьшения электрической прочности

Наиболее отрицательное влияние на электрическую прочность изоляции оказывает переменное напряжение и температура. При переменном напряжении, то есть напряжении, которое меняется время от времени, например, электростанция выдает в линию 220 кВ, из-за технической неисправности или планового ремонта, величина напряжения уменьшена до 110 кВ, после ремонта стало опять 220 кВ. Это и есть переменное напряжение, то есть изменяющееся за определенный период времени. Ввиду того что в Российской Федерации 50 процентов электроустановок для передачи электроэнергии уже выработали свой ресурс (а он составляет 25-30 лет), то переменное напряжение довольно-таки частое явление. Среднее значение такого напряжение определяется с помощью графика:

Или определяется по формуле:

Температура нагрева кабеля, вследствие протекания электрического тока, значительно уменьшает срок службы проводника (происходит, так называемое, старение изоляции). Зависимость напряженности пробоя при различной температуре изображена на графике:

Электрическая прочность силовых кабелей

Самой требовательной к электрической прочности отраслью производства, наверное, является кабельная продукция. В России основным видом кабелей, используемым в силовой энергетике (рассчитаны на номинальное напряжение до 500 кВ), являются маслонаполненные кабели с бумажной изоляцией.

При этом, чем выше номинальное напряжение, на которое они рассчитаны, тем выше вес кабеля. Масло в качестве пропитки используется дегазированное и маловязкое (МН-3, МН-4 и аналоги). Увеличение давления масла приводит к росту электрической прочности масляно-бумажной изоляции. Кабели с давлением 10-15 атмосфер применяются при высокой напряженности, значение прочности достигает 15 кВ/мм.

В последние годы маслонаполненные кабели вытесняются кабелями из сшитого полиэтилена (СПЭ-кабели). Они легче, проще в эксплуатации, срок службы при этом такой же. К тому же СПЭ не так чувствительны к перепадам температур и не нуждаются в дополнительном оборудовании, вроде масляных компенсирующих баков (для компенсации избытков масла при различном давлении). Кабели из сшитого полиэтилена гораздо проще монтировать, концевые и соединительные муфты проще в обслуживании.

Весь мир развивает именно СПЭ-кабели (XLPE-кабели), это привело к тому, что такие проводники уже заметно лучше по своим параметрам, чем маслонаполненные кабели:

Единственным недостатком СПЭ является интенсивное старение, однако, многочисленные исследования всех мировых производителей замедлило этот процесс. Так называемые, триинги, уже не являются причинами пробоя изоляции. Рост энергопотребления в современном мире стимулирует развитие не только источников электроэнергии, но и кабельной продукции, и распределительных устройств. Исследования на тему электрической прочности изоляции являются основным направлением в силовой энергетике.

Материалы по теме:

электрическая прочность изоляции — это… Что такое электрическая прочность изоляции?



электрическая прочность изоляции

3.1 электрическая прочность изоляции: По ГОСТ 6581.

3.48 Электрическая прочность изоляции : Максимальное действующее значение напряжения промышленной частоты или амплитудное значение импульсного напряжения заданной формы, которое может быть приложено к изоляции без возникновения электрического пробоя изоляции.

10.1.

Электрическая прочность изоляции , кВ

Смотри также родственные термины:

7.7 Электрическая прочность изоляции при импульсном напряжении

Конструкция УЗО — Д должна обеспечивать электрическую прочность изоляции при импульсном напряжении и выдерживать испытания по 8.13.

3.15 электрическая прочность изоляции термометра сопротивления : Напряжение между выводами и корпусом ТС (или, в случае если термометр имеет несколько чувствительных элементов, также и между цепями ЧЭ), которое ТС может выдержать без повреждения в течение заданного времени.

3.15 электрическая прочность изоляции термопреобразователя сопротивления: Напряжение между выводами и корпусом термопреобразователя сопротивления (или, в случае если термопреобразователь имеет несколько чувствительных элементов, — также и между цепями чувствительного элемента), которое термопреобразователь сопротивления может выдержать без повреждения в течение заданного времени.

52. Электрическая прочность изоляции ФЭПП

D. Isolationsfestigkeit

E. Insulating strength

F. Rigidité d’isolement

u_из

Максимально допустимое напряжение между выводами и корпусом ФЭПП, при котором в течение длительного времени не происходит пробоя изоляции или уменьшения сопротивления изоляции

Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации. academic.ru. 2015.

• Электрическая прочность диэлектрика
• Электрическая прочность изоляции при импульсном напряжении

Смотреть что такое «электрическая прочность изоляции» в других словарях:

• электрическая прочность изоляции — Испытательное напряжение, прикладываемое в специальных условиях, которое должна выдерживать изоляция устройства [МЭК 50(151) 78] EN dielectric strength maximum voltage between all parts of the electric circuit and the sheath of the thermometer or …   Справочник технического переводчика

• электрическая прочность изоляции — пробивное напряжение; отрасл. пробойное напряжение; напряжение пробоя; электрическая прочность изоляции Величина напряжения, приложенного к изоляции и вызвавшего пробой …   Политехнический терминологический толковый словарь

• Электрическая прочность изоляции — English: Insulator level Испытательное напряжение, прикладываемое в специальных условиях, которое должна выдерживать изоляция устройства (по СТ МЭК 50(151) 78) Источник: Термины и определения в электроэнергетике. Справочник …   Строительный словарь

• электрическая прочность изоляции ФЭПП — Максимально допустимое напряжение между выводами и корпусом ФЭПП, при котором в течение длительного времени не происходит пробоя изоляции или уменьшения сопротивления изоляции. Обозначение Uиз Ui [ГОСТ 21934 83] Тематики приемники излуч.… …   Справочник технического переводчика

• электрическая прочность изоляции между катушкой и контактами реле — Тематики реле электрическое EN dielectric strength coil contact circuit …   Справочник технического переводчика

• Электрическая прочность изоляции при импульсном напряжении — 7.7 Электрическая прочность изоляции при импульсном напряжении Конструкция УЗО Д должна обеспечивать электрическую прочность изоляции при импульсном напряжении и выдерживать испытания по 8.13. Источник …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• Электрическая прочность изоляции ФЭПП — 52. Электрическая прочность изоляции ФЭПП D. Isolationsfestigkeit E. Insulating strength F. Rigidité d isolement uиз Максимально допустимое напряжение между выводами и корпусом ФЭПП, при котором в течение длительного времени не происходит пробоя… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• электрическая прочность изоляции термометра сопротивления — 3.15 электрическая прочность изоляции термометра сопротивления : Напряжение между выводами и корпусом ТС (или, в случае если термометр имеет несколько чувствительных элементов, также и между цепями ЧЭ), которое ТС может выдержать без повреждения… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• электрическая прочность изоляции термопреобразователя сопротивления — 3.15 электрическая прочность изоляции термопреобразователя сопротивления: Напряжение между выводами и корпусом термопреобразователя сопротивления (или, в случае если термопреобразователь имеет несколько чувствительных элементов, также и между… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• Сопротивление изоляции и электрическая прочность изоляции — 7.5 Сопротивление изоляции и электрическая прочность изоляции Сопротивление изоляции и электрическая прочность изоляции УЗО Д должны соответствовать нормируемым значениям. УЗО Д должны выдерживать испытания по 8.8. Источник …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Мир современных материалов — Электрическая прочность изоляции

Электрическая прочность — это минимальное значение напряжённости электрического поля, при которой наступает пробой изоляции. Электрическая прочность изоляции является сложной функцией физиче­ских свойств материала, размеров образца, условий окружающей среды и характера приложенного напряжения.

 Различают два основных вида пробоя однородных диэлектри­ков: электрический и тепловой. Кроме того, существует еще иониза­ционный пробой, который является следствием ионизации газовых включений, содержащихся в твердом изолирующем материале.

Существенное влияние на механизм пробоя в слоистой изоля­ции оказывает развитие скользящих разрядов вдоль лент. Электри­ческая прочность применяемых на практике диэлектриков суще­ственно зависит от неоднородности поля, а также от характера и интенсивности таких процессов в них, как ионизация газовых вклю­чений и химические изменения материала изоляции. Наличие сла­бых мест приводит к тому, что отдельные образцы одного и того же материала пробиваются при различном напряжении, т. е. к по­явлению разброса значений электрической прочности, который зависит от степени однородности диэлектрика.

Обычно пробивное напряжение оценивается средним значени­ем многочисленных результатов испытаний отдельных образцов. Для кабельной изоляции вследствие большой протяженности ка­беля необходимо определить главным образом минимальное зна­чение пробивного напряжения, возможного при данной техноло­гии производства.

В связи с целым рядом факторов, определяющих пробивное на­пряжение изоляции, выбор рабочей напряженности электрического поля является сложной и ответственной частью расчета кабеля. Методы оценки пробивного напряжения и экспериментальные значения электрической прочности кабельной изоляции, а также методика выбора и расчета рабочей напряженности изоляции ка­белей будут рассмотрены далее. При этом необходимо рассмотреть влияние тонких пленок газов и масел на пробой кабельной изоля­ции, разряды в воздушных включениях, зависимость электричес­кой прочности от вида приложенного напряжения и длительности его действия.

Напряженность поля в газовых (а при переменном напряжении — и в масляных) включениях будет выше, чем в однородной изоляции. Это приводит к уменьшению электрической прочности изоляции, так как эти включения в электри­ческом отношении представляют собой ее наиболее слабые места. Как известно, электрическая прочность газа зависит от его при­роды и (согласно закону Пашена) является функцией произведе­ния плотности (давления) и толщины слоя газа: U_np = f(pA).

Под электрической прочностью газовой пленки понимается на­пряженность электрического поля Е_н, при которой начинаются разряды в газе.

Зависимость U_np = f(pA) имеет вид кривой с резко выражен­ным минимумом. Минимальное значение U_npдля воздуха соответ­ствует рА = 750 Па×мм и равно 327 В. Для меньших значений рА пробивное напряжение возрастает, потому что плотность воздуха (или толщина слоя А) значительно уменьшается и ионизирующее столкновение в газовом промежутке А становится все менее веро­ятным. Для рА > 750 Па×мм пробивное напряжение возрастает при­мерно по линейному закону, который нарушается лишь при абсо­лютном давлении более 2 МПа.

Закон Пашена в полном виде установлен для газовых промежут­ков между металлическими электродами. В изоляции кабелей газовые включения располагаются или внут­ри изоляционного слоя, или между изоляционным слоем и металличес­кой поверхностью жилы либо обо­лочки. В этом случае возможны от­клонения от закона Пашена, особен­но в области малых значений pD, так как возможно развитие разрядов по поверхности газовых включений.

Для воздушных прослоек, распо­ложенных между стеклянными пла­стинами, С. М.Брагиным была по­лучена зависимость U_npот рА при переменном напряжении, которую можно рекомендовать для прибли­женных расчетов в кабельной изо­ляции (рис. 1).

Рис. 1. Зависимость пробивного напряжения пленки газа от про­изведения рΔ

Электрическая прочность газовой пленки зависит также от при­роды самого газа. Для повышения электрической прочности газо­наполненных кабелей применяют элегаз (SF₆) и фреон (CC1₂F₂). Электрическая прочность этих газов примерно в 2,2 — 2,5 раза выше электрической прочности воздуха.

При постоянном напряжении и высокой начальной напряжен­ности поля Е_нв газовом включении возникает ионизация, в ре­зультате которой на некоторое время (примерно на 10^-7 с) газ становится проводником. При этом на поверхности включения об­разуется свободный поверхностный заряд. Плотность заряда распределяется таким образом, что на­пряженность поля этого заряда час­тично компенсирует внешнее при­ложенное поле и результирующее поле в газовом включении будет зна­чительно уменьшается. Это приво­дит (при некоторой напряженности поля погасания Е_п) к прекращению ионизации, и воздушное включение снова становится непроводником (рис. 2). Период существования ионизации на рисунке обозначен ∆t₁. В дальнейшем свободные заряды стекают через диэлектрик, и напря­женность поля во включении нарастает по экспоненциальному закону с постоянной времени релак­сации . Если бы не происходило ионизации, то напряжен­ность поля достигла бы некоторого значения Е_в, но при Е = Е_нионизация возникает снова и цикл повторяется. Время цикла определяется в основном перио­дом между погасанием и зажиганием ∆t₂, который зависит от по­стоянной времени релаксации τ. Значение τ для высококачествен­ных диэлектриков находится обычно в пределах от нескольких се­кунд до десятков секунд (в полиэтилене — нескольких часов).

Рис. 2. Напряженность элект­рического поля при разрядах в воздушных включениях

При переменном напряжении после ионизации в газовом вклю­чении также возникают поверхностные заряды, поле которых в один полупериод направлено против внешнего поля. Но в следу­ющий полупериод внешнее поле изменяет направление, и поле зарядов уже не ослабляет его, а усиливает, что приводит к новой вспышке ионизации. В зависимости от внешнего напряжения частота этих вспышек может быть в два или более раз выше частоты напря­жения, т. е. возможно возникновение интенсивной ионизации.

Таким образом, влияние ионизации на процесс старения изо­ляции при переменном напряжении будет значительно больше, чем при постоянном напряжении.

Наличие интенсивной ионизации при переменном напряже­нии является одним из основных факторов, ограничивающих ра­бочую напряженность поля в изоляции.

Отказ (выход из строя) кабеля происходит вследствие накопле­ния признаков старения в процессе эксплуатации или ускоренных испытаний. Многочисленные эксперименты показали, что время наработки (до пробоя изоляции) для заданных температуры Т, напряженности электрического поля Е и степени старения может быть представлено функцией

  

где А и п — постоянные коэффициенты для данной изоляции; W— энергия активации процесса старения, Дж/моль; R = 8,31 Дж/(моль•К).

Зависимость t_pот Е представ­лена на рис. 3. На участке 1 коэффициент п велик вследствие малого времени воздействия на­пряжения (импульсов), а на уча­стке 2 при меньшей напряжен­ности поля значение п суще­ственно уменьшается. На этом участке возникают частичные разряды. На участке 3, где интенсивность частичных разрядов слабая, коэффи­циент п снова возрастает. По дан­ным многочисленных публика­ций, электрического старения на участке 3 почти не происходит, если интенсивность частичных разрядов в изоляции не превышает некоторого безопасного уровня.

Рис. 3. Логарифмическая зависи­мость t_р от Е:

1…3— участки характеристики

В кабелях с изоляцией, пропитанной вязким электроизоляционным составом, возможно образование газовых включений, в которых возникают частичные разряды. Исследования при циклическом режиме нагревания и охлаждения были проведены для кабелей на напряжение 35 кВ марок ААШв 1×120 и АСШв 1×150 lизоляцией, пропитанной составом МП-2, и марки ЦАСШв с пропиткой нестекающим составом МП-5. Образцы кабелей длиной 30 м с герметизированными концевыми заделками подвергали цикли­ческому нагреванию и охлаждению до температуры окружающей среды. Внутри жилы и под оболочкой были смонтированы медные трубки, соединенные с манометрами. Установлено, что в период охлаждения давление в кабеле становится ниже атмосфер­ного, что приводит к образованию газовых включений с пони­женным давлением. В соответствии с законом Пашена это способ­ствует возникновению частичных разрядов.

Измерения зависимости tgδ от напряжения показали, что в пе­риод нагревания приращение его с повышением напряжения от­сутствует, а это свидетельствует об отсутствии частичных разрядов. В период охлаждения происходит увеличение tgδ, что характерно для напряжения нормальной эксплуатации кабелей или меньшего. Это особенно важно при перенапряжениях, возникающих в кабе­лях в режимах с одноместным замыканием на землю в сетях с изолированной нейтралью (при линейном напряжении вместо фаз­ного между жилой и оболочкой).

В период нагревания изоляция подвергается медленному старе­нию по механизму термической деструкции. В период охлаждения происходит ее старение под действием ионизации в газовых вклю­чениях, а термическое старение замедляется в связи с понижени­ем температуры. Для выражения такого комплексного старения предложена эмпирическая зависимость, подтвержденная экспери­ментально:

где U_np— пробивное напряжение.

На рис. 4 приведены зависимости пробивного напряжения образцов от времени старения при различных температурах, соот­ветствующие формуле (2). Из рис. 4 можно получить зависимость

.

Рис. 4. Логарифмическая зависимость пробивного напряжения изоля­ции от времени старения при различной температуре

 

Если цикл испытаний составляет 8 ч, то для подтверждения 30 лет срока службы кабеля на 10 кВ при длительно допустимой температуре нагревания жилы 70 °С необходимо, чтобы он выдер­жал без пробоя испытания в течение 400 циклов при напряжении 17,3 кВ и максимальной температуре в цикле 90 °С. Этот норматив применяется при испытаниях кабелей, если произошли измене­ния в составе изоляции.

В маслонаполненных кабелях повышенное давление в пропиты­вающем бумажную изоляцию масле предотвращает образование газовых включений и возникновение в них частичных разрядов. При термическом старении изоляции происходит возрастание tgδ и постепенное повышение температуры изоляции, которое при­водит в конечном счете к тепловому пробою.

В процессе старения пропитанной бумажной изоляции проис­ходит выделение газообразных продуктов термической деструкции: водорода, метана, СО₂, СО и др. Содержание газов в пропитываю­щем составе определяют по пробам масла, взятым из кабельной линии с применением метода газовой хроматографии. Если содер­жание газов превысит предел их растворимости в пропитывающем составе при нижнем пределе давления в кабельной линии, могут образовываться газовые включения и возникать частичные разряды, которые приведут к ускоренному старению и пробою изоляции.

При расчете полиэтиленовой изоляции кабелей высокого на­пряжения используют средние значения допустимой напряженно­сти электрического поля в изоляции, а также проводят расчет по электрической прочности при воздействии импульсных перена­пряжений (аналогично маслонаполненным кабелям). Толщину изо­ляции определяют по формуле

Δ_из = U/E_p,

где U — расчетное напряжение; Е_р — расчетное значение средней напряженности поля.

В качестве изоляции применяют полиэтилен низкой плотно­сти, сшитый с применением перекиси дикумила. Процесс сшива­ния и охлаждения изоляции проводят при повышенном давлении (1 …2 МПа), что предотвращает образование газовых включений и частичных разрядов в изоляции.

В формуле (1) п > 12 при отсутствии влаги (имеется металли­ческая оболочка) и п≈10 при возможности воздействия влаги в процессе эксплуатации.

Многочисленные экспериментальные данные по старению по­лиэтиленовой изоляции показали, что в ней образуются дефекты, получившие название триинги. Различают электрические и водные триинги. После эксплуатации в течение нескольких лет кабелей на напряжения 6… 10 кВ при контакте с влагой триинги увеличива­ются по длине и, достигая нескольких десятых долей миллиметра, приводят к пробою изоляции.

Литература:

Основы кабельной техники/ под ред. И.Б. Пешкова. — М.: Издательский центр «Академия», 2006. – 432 с.

Вас также может заинтересовать:

Электрическая прочность изоляции — это… Что такое Электрическая прочность изоляции?



Строительный словарь.

• Электрическая прочность диэлектрика ндп. Пробивная напряженность; диэлектрическая прочность; удельное пробивное напряжение
• Электрическая сеть с заземленной нейтралью

Смотреть что такое «Электрическая прочность изоляции» в других словарях:

• электрическая прочность изоляции — Испытательное напряжение, прикладываемое в специальных условиях, которое должна выдерживать изоляция устройства [МЭК 50(151) 78] EN dielectric strength maximum voltage between all parts of the electric circuit and the sheath of the thermometer or …   Справочник технического переводчика

• электрическая прочность изоляции — 3.1 электрическая прочность изоляции: По ГОСТ 6581. Источник …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• электрическая прочность изоляции — пробивное напряжение; отрасл. пробойное напряжение; напряжение пробоя; электрическая прочность изоляции Величина напряжения, приложенного к изоляции и вызвавшего пробой …   Политехнический терминологический толковый словарь

• электрическая прочность изоляции ФЭПП — Максимально допустимое напряжение между выводами и корпусом ФЭПП, при котором в течение длительного времени не происходит пробоя изоляции или уменьшения сопротивления изоляции. Обозначение Uиз Ui [ГОСТ 21934 83] Тематики приемники излуч.… …   Справочник технического переводчика

• электрическая прочность изоляции между катушкой и контактами реле — Тематики реле электрическое EN dielectric strength coil contact circuit …   Справочник технического переводчика

• Электрическая прочность изоляции при импульсном напряжении — 7.7 Электрическая прочность изоляции при импульсном напряжении Конструкция УЗО Д должна обеспечивать электрическую прочность изоляции при импульсном напряжении и выдерживать испытания по 8.13. Источник …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• Электрическая прочность изоляции ФЭПП — 52. Электрическая прочность изоляции ФЭПП D. Isolationsfestigkeit E. Insulating strength F. Rigidité d isolement uиз Максимально допустимое напряжение между выводами и корпусом ФЭПП, при котором в течение длительного времени не происходит пробоя… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• электрическая прочность изоляции термометра сопротивления — 3.15 электрическая прочность изоляции термометра сопротивления : Напряжение между выводами и корпусом ТС (или, в случае если термометр имеет несколько чувствительных элементов, также и между цепями ЧЭ), которое ТС может выдержать без повреждения… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• электрическая прочность изоляции термопреобразователя сопротивления — 3.15 электрическая прочность изоляции термопреобразователя сопротивления: Напряжение между выводами и корпусом термопреобразователя сопротивления (или, в случае если термопреобразователь имеет несколько чувствительных элементов, также и между… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• Сопротивление изоляции и электрическая прочность изоляции — 7.5 Сопротивление изоляции и электрическая прочность изоляции Сопротивление изоляции и электрическая прочность изоляции УЗО Д должны соответствовать нормируемым значениям. УЗО Д должны выдерживать испытания по 8.8. Источник …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

19. Пробой диэлектрика. Электрическая прочность диэлектрика, пробивное напряжение. Коэффициент запаса электрической прочности изоляции.

Электрическим пробоем называется явление, приводящее к длительному или кратковременному образованию в диэлектрике канала высокой проводимости, при этом диэлектрик теряет электроизоляционные свойства. Напряжение, при котором происходит пробой, называется пробивным — U_пр. Напряжённость электрического поля, соответствующая U_пр, называется электрической прочностью диэлектрика. Е_пр=U_пр/d В/м. Е_пр — электрическая прочностью диэлектрика, d — толщина диэлектрика. U_пр=E_пр*d, В. Пробивное напряжение зависит от качества диэлетрика, т.е. от его электрической прочности и толщины. Необходимо помнить, что при уменьшении толщины диэлектрика увеличивается ёмкость конденсатора, но при этом уменьшается U_пр. с=ε* ε₀*S/d. Электрическая прочность диэлектрика является нормированной для каждого диэлектрика по толщине и является количественной мерой качества диэлектрика. Для нормальной работы любого радиотехнического устройства необходимо, чтобы рабочее напряжение было меньше пробивного. Отношение рабочего напряжения к пробивному называется коэффициентом запаса электрической прочности изоляции. к_зап=U_раб./U_{пробив.}

20. Механизмы пробоя диэлектриков. Количественные параметры диэлектриков.

В зависимости от причины различают следующие механизмы пробоя для твёрдых диэлектриков: 1)электрический 2)тепловой 3)электрохимический.

1.Электрическим пробоем называется такой пробой, при котором происходит разрыв связей между частицами диэлектрика в результате приложенного напряжения.

2.Тепловой пробой возникает, если количество теплоты, выделяющееся в диэлектрике за счёт диэлектрических потерь, превышает количество теплоты, которое может быть рассеяно в окружающую среду. В результате температура изделия повышается и возникает пробой.

3.Электрохимический пробой возникает в диэлектриках при повышении температуры и влажности воздуха, когда в материале развиваются процессы, приводящие к необратимому уменьшению сопротивления. Т.е. к электрохимическому старению, при котором изменяется электрохимический состав вещества и ухудшается электрическая прочность.

Количественные параметры диэлектриков. Качество диэлектрика зависит от его количественных параметров, имеющих для каждого диэлектрика определённое числовое значение. К ним относятся: 1)диэлектрическая проницаемость 2)удельное объёмное сопротивление 3)тангенс угла диэлектрических потерь 4)электрическая прочность диэлектрика Е_пр.

21. Классификация диэлектрических материалов по функции , выполняемой в радиоэлектронной аппаратуре, по поведения в электромагнитном поле и по агрегатному состоянию. Их особенности.

Диэлектрические материалы классифицируются по следующим признакам: 1.По поведению в электромагнитном поле: а)пассивные — поляризация наступает только в электрическом поле б)активные — поляризация наступает под действием других факторов (температура, механическое воздействие и т.п.)

2.По применению в радиоэлектронной технике: а)конденсаторные б)электроизоляционные

3.По агрегатному состоянию: а)газообразные б)жидкие в)твёрдые

Особенностью газообразных диэлектриков является восстановление электрической прочности после снятия пробивного напряжения и стабильность характеристик во времени.

Электрическая прочность изоляции.

При постепенном увеличении напряжения U между проводниками, разделёнными изоляцией (диэлектриком), например, пластинами конденсатора или проводящими жилами кабеля, увеличивается интенсивность (напряжённость) электрического поля в диэлектрике. При определённой напряжённости поля в диэлектрике возникает пробой, образуется искра или дуга. Напряжённость электрического поля, при которой происходит пробой изоляции, называется электрической проницаемостью. Епр изоляции. Электрическая прочность изоляции определяется как напряжение приходящиеся на 1мм толщины изоляции и измеряется в В/мм. Например, электрическая прочность воздуха между плоскими полированными пластинами равна 3.2 кВ/мм.

Напряжённость электрического поля в диэлектрике для случая, когда проводники имеют форму пластин (плоский конденсатор), разделённых равномерным промежутком (например, в бумажном конденсаторе), рассчитывается по формуле

Где U — напряжение между проводниками, В; d – толщина слоя диэлектрика, мм. Напряжённость в любой точке между пластинами одна и та же.

Такое поле называется однородным.

Диэлектрическая прочность стекла 15000 В/мм.

Напряжённость магнитного поля. Магнитодвижущая сила.

Магнитное поле можно представить заполненным магнитными линиями, которые принято считать выходящими из северного полюса N магнита и входящими в южный S. На рис( )

Показан разрез цилиндрической катушки с током крестиком (хвост стрелки) обозначено направление тока, уходящего за плоскость рисунка, а точкой (остриё стрелки), направленный из-за плоскости рисунка.

Направление магнитных линий проводника или катушки с током определяется правилом буравчика. Если поступательные движения буравчика совпадают с направлением тока, то направления вращения рукоятки буравчик указывает направление магнитных линий. Магнитные линии не пересекаются и не прерываются. На рис магнитные линии (изображены условно 2-линиями) выходят слева (из N-полюса), а входят в катушку справа (S – полюс).

Магнитное поле характеризуется напряженностью. Напряженность магнитного поля больше там, где магнитные линии гуще (на полюсах магнита, внутри катушки с током). Направление напряженности магнитного поля показана касательными к магнитным линиям.

Магнитное поле вокруг проводника или катушки тем больше, чем больше ток I и число витков w катушки.

Напряженность магнитного поля Н в любой точке пространства тем больше, чем больше произведение I*w (магнитодвижущая сила) и чем меньше длина l магнитнойлинии:

Отсюда следует, что единицей напряжённости магнитного поля является ампер на метр (А/м). Эта единица точна только для катушек, у которых напряжённость не изменяется вдоль магнитных линий. К таким катушкам относятся намотанные на магнитопровод в виде бублика. Магнитные линии в этом случаи имеют форму окружности и проходят все только во внутрь магнитопровода.

Для цилиндрической катушки, длина которой значительно, больше её диаметра (l>d)

магнитное поле внутри катушки можно считать однородным, т.е. имеем одинаковую напряжённость магнитного поля Н во всём внутреннем пространстве катушки. Так как магнитное поле вне катушки гораздо слабее, чем внутри, то внешним магнитным полем можно пренебречь.

В этом случаи можно при расчётах считать H = wI/l, где l – длина катушки.

Произведение Hl в магнитных цепях формально аналогично напряжению в электрических цепях и называется магнитным напряжением, а взятые по всей длине l магнитные линии называется магнитодвижущей силой (м.д.с.)

F: F = Hl = wI

Магнитодвижущая сила F измеряется в амперах, но в технической практике встречается название «ампер» иногда применяется неправильное название «ампер-виток ».

5.3.Кратковременная электрическая прочность внутренней изоляции

Это способность изоляции выдерживать грозовые и внутренние

перенапряжения и непродолжительные повышения рабо­чего напряжения. Многократные воздействия перенапряжений не должны вызывать не только сквозной пробой изоляции, но и по­вреждения местного характера, которые затем, могут ускоренно развиваться под действием рабочего напряжения и привести к преж­девременному выходу изоляции из строя.

Механизм пробоя внутренней изоляции, состоящей из комбинации нескольких диэлектриков, при кратковременном приложении напряжения весьма, сложен. Он может быть различным в зависимости от длительности воздействия напряжения, от свойств отдельных диэлектриков и распределения этих диэлектриков по объему изоляции, а также в зависимости от температурных условий и конфигурации электрического поля. Для внутренней изоляции, как и для отдельных диэлектриков, различают два вида пробоя: электрический и тепловой. При электрическом пробое образование и быстрое размножение подвижных заряженных частиц в изоляции происходит непосредственно под действием сильного электрического поля. В случае теплового пробоя электрическое поле обусловливает сильный разогрев изоляции за счет диэлектрических потерь до теплового разрушения, которое сопровождается переходом в состояние, повышенной проводимости.

5.4.Методы испытания изоляции

При серийном производстве и массовом применении оборудования высокого напряжения имеется некоторая вероятность появления в изоляции дефектов из-за разного рода ошибок в процессе изготовления, транспортировки, монтажа или во время эксплуата­ции, а также вследствие неучтенных внешних воздействий. Чтобы существенно снизить вероятность аварийного повреждения изоля­ции, используется система контроля качества изоляционных кон­струкций путем различных испытаний.

Действующая в настоящее время система контрольных испытаний включает в себя следующие этапы. Новая изоляционная конструк­ция до передачи ее в производство проходит государственные, меж­ведомственные или другие испытания, во время которых всесторонне проверяется ее пригодность к работе в заданных условиях. Готовые изоляционные конструкции, предназначенные для работы в установ­ках высокого напряжения, подвергаются приемо-сдаточным испыта­ниям на заводе-изготовителе, а затем на месте эксплуатации после выполнения монтажа и других подготовительных работ. В процессе эксплуатации состояние изоляции периодически контролируется при послеремонтных и профилактических испытаниях. С помощью последних выявляется не только изоляция со случайно возникшими дефектами, но также и изоляция, состарившаяся естественным путем в результате длительной работы. Объем, методы и нормы испыта­ний устанавливаются соответствующими стандартами, техническими условиями и Правилами технической эксплуатации электроустано­вок.

Используемые при всех видах испытаний методы можно классифи­цировать следующим образом;

испытания повышенным напряжением с пробоем дефектной изоляции;

испытания при рабочем или повышенном напряжении с малой вероятностью пробоя — измерения и характеристик ЧР при напряжениях, близких к рабочему; неразрушающие методы — измерения, сопротивления утечки емкостных характеристик при низких напряжениях; неэлектрические методы контроля. Разные методы контроля изоляции по-разному выявляют различ­ные по характеру дефекты. Последние обычно условно подразде­ляют на две группы: сосредоточенные и распределенные. К первым относятся дефекты малых размеров, например проколы, трещины, газовые включения; ко вторым — дефекты, охватывающие значи­тельные объемы изоляции, например увлажнения или загрязнения.

Изоляция электрических установок в условиях эксплуатации подвергается воздействию рабочего напряжения, внутренних и грозовых перенапряжений. Способность изоляции выдерживать перенапряжения проверяется путем испытания ее электрической прочности соответственно напряжением промышленной частоты (50 Гц) и импульсным напряжением.

Учитывая различную зависимость электрической прочности изоляции от атмосферных условий, а также влияние других факто­ров, испытательные напряжения нормируются отдельно для внут­ренней и для внешней изоляции.

Импульсные испытательные напряжения установлены для коор­динации электрической прочности изоляции электрооборудования с воздействующими на нее грозовыми перенапряжениями, ограни­ченными защитными разрядниками. Испытания проводятся стандартными импульсами 1,2 / 50 мкс (полными импульсами), а также импульсами, срезанными при предразрядном времени 2—3 мкс (срезанными импульсами).

Импульсные испытательные напряжения электрооборудования, установленные ГОСТ приведены в табл.9. Испыта­тельные напряжения внешней изоляции, указанные в табл. 9, приведены к нормальным атмосферным условиям. При отклонении условий испытания от нормальных необходимо внести поправки в значения испытательных напряжений.

Испытательные напряжения промышленной частоты (см. табл. 10) установлены с целью координации электрической прочности изоляции электрооборудования с воздействующими на нее внутренними перенапряжениями.

Испытательные напряжения промышленной частоты (50 Гц), установленные ГОСТ, приведены в табл. 10.

Таблица 10

Испытательные действующие напряжения промышленной частоты (50Гц) для электрооборудования с нормальной изоляцией, кВ

Класс	Наи- боль- шее рабочее	Испытательное
		одноминутное				внешней изоляции (при плавном подъеме)
		силовых трансфор-маторов и реакторов	транс-формато-ров на-пряже-ния	аппара- тов и транс- формато- ров тока	изолято- ров, ис- пытывае- мых отдельно	в сухом состоянии		под дождем для аппаратов, трансформа-торов и изо-ляторов наружной установки
						аппаратов, трансфор- маторов и реакторов	изолято- ров, ис-пытывае- мых отдельно
3	3,6	18	24	24	25	26	27	20
6	7,2	25	32	32	32	34	36	26
10	12	35	42	42	42	45	47	34
15	17,5	45	55	55	57	60	63	45
20	24	55	65	65	68	70	75	55
35	40,5	85	95	95	100	105	110	85
110	126	200	200	250	265	280	295	215
150	172	230 (275)	275	320	340	320 (355)	375	290
220	252	325 (400)	400	470	490	465 (520)	550	425

Таблица 9

Импульсные испытательные напряжения электрооборудования с нормальной изоляцией, кВ

Действующее напряжение		Максимальное значение импульса испытательного напряжения для изоляции
		внутренней				внешней
класс	наибольшее напряжение	аппаратов и трансформаторов	силовых трансформаторов	шунтирующих реакторов	трансформаторов напряжения	аппаратов, трансформаторов напряжения и тока, реакторов		силовых трансформаторов	изоляторов, испытываемых отдельно
3	3,6	42 / 50	44 / 50			42 / 50			44 / 52
6	7,2	57 / 70	60 / 70			57 / 70			60 / 73
10	12	75 / 90	80 / 90			75 / 90			80 / 100
15	17,5	100 / 120	108 / 120			100 / 120			105 / 125
20	24	120 / 150	130 / 150			120 / 150			125 / 158
35	40,5	180 / 225	200 / 225			185 / 230			195 / 240
110	126	425 / 550	480 / 550			460 / 570			480 / 600
150	172	585 / 760	550(660) / 600(760)		660 / 760	635 / 785	500(630) / (625(785)		660 / 825
220	252	835 / 1090	750 (950) / 835 (1090)		950 / 1130	900 / 1130	690(900) / 860(1130)		950 / 1190
330	363	1100 / 1300	1100 / 1300	1200 / 1300		1150 / 1350	1000 / 1250		1200 / 1400
500	525	1500 / 1800	1500 / 1800	1675 / 1800		1600 / 1950	1450 / 1800		1600 / 1950
750	787	2100 / 2600	2175 / 2300	2300 / 2500		2100 / 2600	1900 / 2350		2100 / 2600
Примечание: Величины импульсных испытательных напряжений указаны для нормальных атмосферных условий: в числителе – полным импульсом, в знаменателе – срезанным импульсом

Контрольные вопросы

1. Что такое внутренняя изоляция?

2. Какие особенности отличают внутреннюю изоляцию от внешней?

3. Какие виды электрической прочности имеет внутренняя изоляция?

4. Что такое естественное старение изоляции?

5. Какие процессы влияют на старение изоляции?

6. Дайте определение и объясните возникновение частичных разрядов.

7. Как влияют электрохимические процессы на срок служба изоляции?

8. Какие виды частичных разрядов существуют?

9. Объясните характер развития частичных разрядов в бумажно-масляной изоляции.

10. Объясните характер развития частичных разрядов в маслобарьерной изоляции?

11. Что такое «ползущий» разряд?

12. Что такое тепловое старение изоляции?

13. Как влияет тепловое старение на твердые и жидкие диэлектрики?

14. Дайте оценку влияния влаги на характеристики изоляции.

15. Что такое электрический пробой?

16. Что такое тепловой пробой?

17. Назовите этапы системы контрольных испытаний изоляции.

18. Классификация методов испытаний изоляции.

19. Воздействию каких напряжений подвергается изоляция в условиях эксплуатации?

20. Какими напряжениями испытывается электрическая прочность изоляции?

Лекция 12.