Високовольтної полімерної ізоляції при дії часткових розрядів
У загальному випадку, з урахуванням вивчених закономірностей старіння полімерної ізоляції при дії часткових розрядів, можна визначити наступні способи підвищення часу до її пробою:
1. Зниження робочих напруг до U<Ub .
2. Удосконалення конструкції й технології виготовлення з метою уникнути утворення газових домішок або зменшити їхню кількість, знизивши тим самим інтенсивність часткових розрядів.
3. Розробка більш стійких до розрядів видів полімерних матеріалів.
4. Підвищення стійкості до дії часткових розрядів полімерних діелектриків.
Перший спосіб хоча й знаходить широке застосування, втрачає свою економічну привабливість, тому що його використання пов’язане з підвищеною витратою ізоляційного матеріалу, збільшенням ваги, габаритів, а також витрат на експлуатацію.
Другий спосіб – пов’язаний з особливостями технологічного характеру виробництва електротехнічних матеріалів і розглядатись не буде.
Третій спосіб оснований на тім, що стійкість до часткових розрядів є специфічною властивістю полімеру і піддається кількісній оцінці за виразом:
,
де t – час до відмови діелектрика;
R – ресурс?;
В – коефіцієнт розмірного узгодження;
p - характеристика інтенсивності часткових розрядів.
Залежно від того, що обрано за критерій для оцінки руйнувальної дії часткових розрядів: глибина ерозії, втрата ваги, величина газовиділення, час до пробою й т.п., час до відмови матеріалу і його відносна стійкість будуть різні, а ресурс стійкості до часткових розрядів буде мати різний фізичний зміст.
Найбільший практичний інтерес представляє час до пробою. Як ресурс стійкості в цьому випадку, ґрунтуючись на аналогії між дією на полімерні діелектрики часткових розрядів і опромінення, можна вибрати критичну дозу енергії, у результаті поглинання якої діелектрик руйнується. Розрахунок її виконується за формулою: 
,
де 
- середня енергія часток, що бомбардують діелектрик;
І – струм часток, що бомбардують діелектрик;
t - час впливу (у випадку часткових розрядів - це час до пробою);
qe- заряд електрона;
W 
- маса діелектрика.
Згідно експериментальних даних:
,
Внутрішній струм часткових розрядів, для триємнісної еквівалентній схеми становить:
??
де 
.
Якщо щільність діелектрика дорівнює r , то для критичної дози енергії маємо 
.
Для повного теоретичного розрахунку 
, варто врахувати також емпіричні рівності
, p=0,45+5hb.
При зіставленні розрахункових даних з експериментальними виявилося, що критична доза енергії залежить від напруженості поля відповідно до співвідношення
.
Тому необхідно вибирати величину ресурсу стійкості за максимальним значенням критичної дози D0, що відповідає нульовій напруженості поля й увести поняття ресурсу відносної стійкості, що дорівнює критичній дозі при даній напруженості поля. Експериментальні значення параметрів D0, b наведені в таблиці 3.
Таблиця 3
| Полімер | lgD0, eВ/г | b×103, (см/В)0,5 | lgDк, eВ/г Е=40кВ/мм |
| Поліетилен | 21,6± 0,6 | 1.0 ±0.8 | 21,0 |
| Полістирол | 22,3± 0,6 | 1.8 ±0.6 | 21.2 |
| Полікарбонат | 22,2±0,9 | 1.2 ±0.8 | 21,4 |
| Поліетилентерефталат | 22,5±1.0 | 1,6 ±0.9 | 21,5 |
| Фторопласт-4 (2 шари) | 22,9±1.4 | 2.3 ±1,5 | 21.5 |
| Фторопласт-4 (1 шар) | 20,6 | ||
| Поліпропілен | 23,7 | 4.7 | |
| Триацетат целюлоза | 20,3 | ||
| Сополімер етилен-пропілен | 20.9 | ||
| Полівінілхлорид (Е=23 кВ/мм) | 20.4 | ||
| Фторопласт-3 | 20,7 |
Наведені дані використовуються для орієнтовних розрахунків часу до пробою високовольтної полімерної ізоляції.
Четвертий спосіб підвищення часу до пробою полімерної ізоляції має місце в тому випадку, коли у полімера є високі електрофізичні й механічні властивості, але недостатня короностійкість.
Виходячи з радикально-ланцюгового механізму руйнування полімерів частковими розрядами, можна запропонувати наступні шляхи підвищення їхньої стійкості до часткових розрядів:
1. Введення домішок, здатних сприймати й розсіювати енергію бомбардуючих частинок або реагувати з вільними радикалами з утворенням малоактивних продуктів, обриваючи тим самим ланцюгову реакцію.
2. “Зшивання” полімеру, що обмежує рухливість радикалів і зменшує їхню реакційно-здатність.
3. “Щеплення” більш стійких полімерів або їх груп до менш стійкого.
Як домішки можна брати ті речовини, що вже зарекомендували себе як антиради у радіаційній хімії:
N - циклогексил – N’ - феніл - n - фенілен діамін;
N - дифеніл - n - фенілендіамін, феніл - a - нафтиламін;
феніл - b - нафтиламін;
іонол;
тимол;
1,4 – нафтохінон;
a - нафтиламін;
бензойна кислота;
a - нафтол;
дифенілтіосечовина;
8 –оксихінолін;
дифеніл і інші феніли й аміни.
Досліди із введення a - нафтиламіну, феніл -b - нафтиламіну й бензойної кислоти в поліетилен показали, що при цьому вдається підвищити термін служби в 1,7- 3,1; 2,2 - 3,4 і 4,4 - 5,6 рази, відповідно, при концентрації добавки до 1%. Враховуючи, що старіння пов'язане з витратою добавок, то з підвищенням їх концентрації ефект зростає.
Шляхом “зшивання” поліетилену g - випромінюванням на повітрі, вдалося підвищити термін служби його приблизно в 3 рази. З ростом дози опромінення термін служби росте, однак при дозах понад 0,2 МДж/кг починається погіршення механічних характеристик поліетилену. Тому дози більше 0,1 - 0,2 МДж/кг не можна рекомендувати для практичних застосувань.
Спільний вплив домішок і опромінення не дає додаткового ефекту, тому що домішки захищаючи поліетилен від “зшивання” при опроміненні і витрачаються. При цьому захист виявляється менш ефективним, ніж при роздільному застосуванні домішок і опромінення.
Слід замітити, що подальші дослідження необхідно вести в напрямках розробки мікроскопічної теорії руйнування й захисту, уточнення ресурсів стійкості для різних полімерних діелектриків та пошуку нових більш ефективних домішок (домішок – антистаріння).
Дата добавления: 2015-02-10; просмотров: 762;