Рабочего напряжения

Длительное воздействие рабочего напряжения аппарата определяет способность его изоляции выдержать влияние всевозможных факторов за время всего срока эксплуатации и численно оценивается электрической прочностью через 20 - 30 лет путем испытания изоляции повышенным напряжением частотой 50 Гц в течение 1 мин. Длительная эксплуатация изоляции приводит к ее старению, снижению электрической прочности и ухудшению электрических характеристик (диэлектрической проницаемости и потерь). Причинами изменения этих характеристик являются: электрическое старение вследствие развития ч. р. при перенапряжениях (грозового и внутреннего характера) или при рабочем напряжении; тепловое старение и окисление изоляции; увлажнение изоляции, а также причины механического характера (электродинамические толчки при коротких замыканиях, вибрации и т.п.); химическое старение или электролитическое окисление. В процессе старения увеличиваются диэлектрические потери в изоляции, что приводит в дальнейшем к ее пробою. Основной причиной электрического старения является развитие ч.р., энергия которых тратится на разрушение молекул и ионизацию атомов, нагрев диэлектрика и излучение электромагнитных колебаний. Необратимое частичное разрушение диэлектрика накапливается, создавая кумулятивный эффект в изоляции, на что тратится несколько процессов всей энергии ч.р. Характер и степень разрушения в твердом диэлектрике связаны с разрывом молекулярных связей и образованием радикалов или обратных процессов: образование молекул или присоединение радикалов. В органических диэлектриках ч.р. вызывают выделение водорода или других газов (метан, ацетилен, углекислый газ и др.), а также углеродистых соединений со

значительной проводимостью (дендриты в эпоксидном образующем термореактивной изоляции, эрозия или углекислые образования по поверхности керамической, фарфоровой или стеклянной изоляции). Во многих случаях явление ч.р. может вызвать микротрещины в диэлектрике.

Старение маслобарьерной и бумажной изоляции проявляется в изменении электрических и физико-химических характеристик, как самого минерального масла, так и бумаги или электрокартона. При этом проводимость и диэлектрические потери увеличиваются, в дальнейшем старение завершается электрическим или тепловым пробоем изоляции аппарата. Газовыделение в масле связано с действием сильного электрического поля (около 3 ЭВ), достаточного, чтобы свободные электроны разрушили молекулу углерода с отщеплением атома водорода. Интенсивность газовыделения при наличии ч.р. или в его отсутствие зависит от химического состава масла, поэтому количество трансформаторного масла определяется месторождением нефти, возможными присадками и его очисткой.

Тепловое старение диэлектрика связано с рабочей температурой аппарата. Возможность повышения температуры ограничивается свойствами изоляции, так как чем выше температура, тем быстрее происходит химическое старение и осуществляется процесс химических реакций. Например, при повышении температуры химическое разложение целлюлозы характеризуется

уменьшением степени полимеризации, при этом укорачиваются цепочки молекул, уменьшается гибкость и механическая прочность бумаги и картона.

Изоляционная конструкция во многих аппаратах в рабочем режиме соприкасается с воздухом, при этом возможно увлажнение. Процесс увлажнения масла в трансформаторах может быть от трех агрегатных состояний влаги: эмульгированное (пленка), молекулярнорастворенное (диполи) и газообразное (молекула влаги в газовой полости). Растворимость воды зависит от химического состава масла. Наибольшей растворимостью обладают непредельные и ароматические углеводороды, наименьшей – парафиновые. Наличие воды в масле снижает его электрическую прочность и увеличивает диэлектрические потери. Причем влияние воды сильнее сказывается, когда она находится в эмульгированном состоянии, чем в молекулярнорастворимом. Влажность увеличивается скорость термического старения, способствует разрушению молекул органического диэлектрика, ухудшает физико-технические характеристики.

10. Пробой диэлектриков: электрический пробой газов.

Пробой в газах - распространенный пробой, т.к. во многих электрических аппаратах, на линиях электропередач внешней изоляцией служит воздух или какой-нибудь газ. Пробой газов обусловлен явлениями ударной и фотонной ионизации. Электрическая прочность воздуха невелика в сравнении с жидкости и твердых диэлектриков. Явление пробоя газа зависит от степени однородности поля, в котором осуществляется пробой. Пробой газа в однородном поле - явление менее распространенное, чем пробой газа в неоднородном поле. Однородное поле получается между плоскими электродами с закругленными краями, а также между сферами при расстоянии между ними, соизмеримым с диаметром сферы. Пробой в этом случае возникает практически мгновенно по достижении напряжением значения зависящего от температуры и давления газа. Между электродами возникает искра, переходящая в дугу, если источник напряжения достаточно мощный. С помощью шарового разрядника измеряют высокое напряжение искрового разряда.

При малых расстояниях между электродами электрическая прочность воздуха значительно возрастает, т.к. при малых расстояниях между электродами разряд формируется с трудом. Электрическая прочность газа зависит от его плотности, т.е. давления ( при нормальной температуре 20 0С), поэтому для расчета пробивного напряжения воздуха используют формулу

U_пр = U_пр0 δ,

где Uпр - пробивное напряжение при данной температуре и давлении; U пр0 - пробивное напряжение при нормальном давлении Р = 0,1 МПа и нормальной температуре t = 20 0С; δ - относительная плотность воздуха, рассчитанная по формуле

δ = 0,386 Р / (t + 273),

где Р - давление, Па (мм рт. столба); t - температура, °С. При нормальных условиях δ = 1.

В неоднородном поле, которое создается между острием и плоскостью, в слабо неоднородном поле - между двумя остриями или проводами высоковольтных линий электропередач (ЛЭП), между сферами при расстоянии между ними, превышающем диаметр сферы, закономерности оказываются другими. Особенностью пробоя в неоднородном э4ектрическом поле является возникновение частичного разряда в виде короны в местах наибольшей напряженности поля, достигающих критических значений; далее корона может перейти в искровой разряд и дугу, если напряжение будет возрастать. При положительной полярности электрода иглы (в системе электродов игла-плоскость) пробой происходит при более низком напряжении, чем в системе с отрицательной полярностью на игле. На высоких частотах напряжение короны почти совпадает с пробивным, в отличие от напряжения промышленной частоты.

11. Пробой диэлектриков: электрический пробой жидкостей.

Пробой жидких диэлектриков происходит при более высоких, чем в газе, значениях пробивного напряжения, при прочих равных условиях. Повышенная электрическая прочность жидкого диэлектрика обусловлена значительно меньшей длиной свободного пробега электронов в жидкости, чем в газах. Пробой технических жидкостей может быть связан с газовыми включениями, что вызывает ионизацию газа и местный перегрев жидкости, приводящей к образованию газового канала в ней. Вода в диэлектрике также сильно снижает электрическую прочность. Электрическая прочность сухого трансформаторного масла не зависит от температуры, когда начинают испаряться легкие фракции масла, образуя пузырьки газа в жидкости. Требования, предъявляемые к изоляционным маслам, нормируют все посторонние примеси в масле. У сухого масла Епр = 20 - 25 МВ/м, а у масла, бывшего в

эксплуатации, Епр = 4 - 5 МВ/м. Для повторного использования масло подвергают регенерации.