Кратковременная и одноминутная электрическая прочность

Электрический пробой твердых диэлектриков однородной структуры по своей природе связывается с появлением свободных электронов, т.е. таких электронов, которые обладают достаточной энергией, чтобы возбудить нейтральные молекулы до их ионизации. Свободные электроны становятся причиной лавинного процесса в структуре и в результате образуется канал пробоя. Электрический пробой однородной структуры - это явление, при котором исключается влияние потерь, вызывающих нагрев диэлектрика, а также отсутствует ионизация газовых включений. Таким образом, для такого диэлектрика электрический пробой будет мерой электрической прочности материала. В сложной композиции (технический диэлектрик) канал пробоя развивается быстро, как и в однородной структуре. Если композиционный материал находится в равномерном или неравномерном электрическом поле, то пробивные напряжения мало отличаются друг от друга. Установлено, что электрическая прочность твердых неоднородных диэлектриков не зависит или мало зависит от толщины материала, и будет оцениваться наличием дефектов, т.е. неоднородностью структуры по рисунку 1.19. Снижение электрической прочности с увеличением толщины твердого диэлектрика – это, прежде всего увеличение вероятности появления дефекта на участке диэлектрика, который подвергается воздействию внешнего электрического поля. Поэтому различают область высокой электрической прочности диэлектрика или вероятность отсутствия дефекта в структуре и область низкой электрической прочности, где вероятность присутствия дефекта очень большая.

Электрическая прочность твердого технического диэлектрика находится из напряженностей внешнего Евн электрического поля и суммарной напряженности внутренней Ев, возникающей под действием сил электрического поля между электродами 2, 3 внутри диэлектрика 1: поляризаций (дипольная Е₁, миграционная Е₂ и Е₃ на границах раздела) и ионизации в газовом включении Е₄ по рисунку 1.20. Результирующая напряженность выразится

Е_р = Е_пр = Е_вн– Е_в.

Расчетное значение электрической прочности находится формуле (1.8).

Электрический пробой при одной и той же толщине твердого диэлектрика подчиняется статистическим закономерностям и имеет значительный разброс дискретных значений пробивного напряжения Uпр из- за вероятностей дефектов. Поэтому вероятность получения одного и того же значения Uпр при многократном пробое большой площади диэлектрика маловероятна, что видно из рисунка 1.21

Вероятность появления минимального значения Uпрmin говорит о большом количестве дефектов в объеме испытуемого диэлектрика, а вероятность появления максимального значения напряжения Uпрmax - прежде всего об отсутствии дефектов в этом месте твердого диэлектрика, т.е. о его однородной структуре под электродами 2, 3 из рисунка 1.20. 50%-ное или при вероятности 0,5 пробивное напряжение используется для выбора рабочего напряжения Uраб аппарата, в котором можно использовать изоляционный материал, подвергающийся испытанию. С этой целью сначала по формуле (1.8) находят электрическую прочность диэлектрика, а затем полученный результат делят на четыре, предполагая, что запас электрической прочности изоляционной конструкции должен быть в 4 раза выше рабочего (номинального) напряжения аппарата. Найденное значение, равное или близкое к меньшей величине стандартного рабочего (номинального) напряжения аппарата, рекомендуют

как рабочее напряжение для данного диэлектрика. Рабочие (номинальные) напряжения электрических аппаратов Uраб в кВ: 0,22; 0,4; 0,6; 1,0; 3,0; 6,0; 10,5; 15,75; 20; 35; 110; 220; 500.

Определение электрической прочности твердых диэлектриков проводят по ГОСТ 6433.3 - 71. Изменение напряжения может быть плавным (кратковременным) или ступенчатым (одноминутным). При плавном изменении напряжение повышают от нуля до пробоя равномерно, чтобы пробой диэлектрика произошел через 10 - 20 с после начала повышения напряжения. По результату пробивного напряжения по формуле (1.8) находят кратковременную

электрическую прочность. Во втором случае напряжение поднимают от величины 0,5 ожидаемого пробивного напряжения ступенями. На каждой ступени выдерживают напряжение в течение 1 мин. Увеличение напряжения производят через 0,2 от величины напряжения первой ступени и увеличивают его до пробоя.

Таким образом, при пробивном напряжении по формуле (1.8) находят одноминутную электрическую прочность, которая на 20 - 25 % ниже кратковременной по причине возможного электрического старения диэлектрика за время оценки или испытания.