Пробій рідкого діелектрика

Пробі́й рідко́го діеле́ктрика — явище втрати рідким діелектриком електроізоляційних властивостей з утворенням каналу електропровідності при розміщенні його в електричному полі.

Лабораторна установка для визначення електричної міцності рідких діелектриків

Класифікація рідких діелектриків ред.

Рідкі діелектрики можна класифікувати за їх природою на такі групи:

Крім цього, рідкі діелектрики можуть бути полярними і неполярними, в зв'язку з чим в них суттєво відрізняються електричні властивості, котрі наведені в таблиці

Види діелектриків Питомий електричний опір
ρ, Ом•см
Діелектрична проникність
ε
Тангенс кута діелектричних втрат
tg δ
Неполярні ≥ 1018 1,8…2,5 ≈ 0,001
Слабополярні ≈ 1011…1012 > 2,5 ≈ 0,01
Сильнополярні ≈ 107…108 > 5 ≈ 0,1

Електрична міцність рідких діелектриків ред.

Рідкі діелектрики, які мають значно вищу електричну міцність у порівнянні з газами і саме тому знайшли застосування як високовольтна ізоляція в різноманітних електротехнічних пристроях: трансформаторах, кабелях, лініях електропередач, конденсаторах, високовольтних вимикачах, розрядниках тощо.

Пробій рідких діелектриків — явище складне, що пояснюється їх складом та багатьма факторами, що впливають на розвиток пробою (забруднення, форма, розміри і матеріал електродів, температура, тиск і ін.). Для добре очищених рідин величина електричної міцності досягає 1000 кВ/см.

У промисловості переважно мають справу з технічно чистими рідкими діелектриками, в котрих вплив сторонніх домішок обмежено деякою мінімальною концентрацією. У зв'язку з цим в теоріях пробою технічно чистих рідин розглядають вплив сторонніх домішок, що неминуче з'являються при експлуатації. Найважливіші сторонні домішки в рідких діелектриках: вода, гази, волокна целюлози, вуглець, продукти розкладу самого діелектрика.

Порівняно з повітрям (газом) пробивні напруги оливи мають значний розкид. Відхилення від середнього значення становить 50% і більше, а середньоквадратичне відхилення 10…15%. Визначення електричної міцності оливи Uпр згідно з ГОСТ 6581-75[1] здійснюється у стандартному пробійнику в умовах прикладання змінної напруги.

Фактори, що впливають на значення напруги пробою ред.

На пробій рідких діелектриків істотний вплив має багато факторів, які можуть, як понижувати пробивну напругу (забруднення, зволоження тощо), так і збільшувати її (очищення, бар'єри, тиск і т. д.). Основні фактори, що змінюють значення напруги пробою:

  • забруднення і зволоження — збільшення забруднення оливи знижує Uпр, незначна кількість вологи (<0,003%) різко знижує Uпр;
  • в'язкість  — зменшення в'язкості рідкого діелектрика знижує величину напруги пробою;
  • температура — зі збільшенням температури Uпр зменшується; на імпульсній напрузі цей вплив незначний; для технічно чистої оливи залежність Uпр = f(tC) має складний характер;
  • тиск — для технічно чистої оливи збільшення тиску призводить до збільшення Uпр, оскільки збільшується тиск в газових бульбашках, що є джерелами розвитку пробою. А електрична міцність газу залежить від тиску (закон Пашена).;
  • наявність бар'єрів — бар'єри з твердого ізоляційного матеріалу, що встановлюються в оливі між електродами можуть суттєво підвищити Uпр, особливо в полі великої неоднорідності. Підвищення напруги пробою обумовлюється двома факторами. Бар'єр є непроникним для йонів рідини, на якому вони осідають, «розтікаються» по його поверхні та заряджають її. Завдяки цьому, електричне поле в проміжку стає рівномірнішим, що призводить до збільшення розрядної наруги. Крім цього, бар'єр ускладнює утворення суцільних провідних містків з волокнистих речовин, що містяться в оливі;
  • час дії напруги зі збільшенням тривалості дії напруги Uпр зменшується; чим чистіший діелектрик, тим менший цей вплив; на імпульсній напрузі коефіцієнт імпульсу в декілька разів більший, ніж для газових діелектриків. При дії імпульсів напруги тривалістю τ < 10-4c вплив домішок значно послаблений, оскільки вони не встигають переміститися на значні відстані. Початкова стадія розряду в рідині виникає при напруженостях 100 кВ/см. Збільшення часу τ > 10-3 дії напруги призводить до швидкого зниження напруги пробою внаслідок впливу вологи і волокон, а також утворення газових бульбашок. Пробій наступає внаслідок утворення ланцюгів з дрібних поляризованих частинок включень, котрі витягуються вздовж силових ліній. Ці лінії утворюють провідний канал, по котрому протікає струм, що розігріває воду і рідину, що прилягає до каналу, до кипіння. Пробій рідини відбувається по утвореному каналу;
  • форма, площа електродів і відстань між ними — форма електродів при однаковій площі впливає на ступінь неоднорідності поля, чим більший коефіцієнт неоднорідності, тим нижча напруга пробою; зі збільшенням площі електродів Uпр зменшується; збільшення відстані між електродами збільшує Uпр;
  • полярність електродів (при несиметричній їх формі) — при від'ємній полярності пробивні напруги більші, ніж при додатній; цей ефект тим більший, чим полярнішим є діелектрик.

Див. також ред.

Примітки ред.

  1. ГОСТ 6581-75 Материалы электроизоляционные жидкие. Методы электрических испытаний.

Джерела ред.

  • Техника высоких напряжений / И. М. Богатенков, Ю. Н. Бочаров, Н. И. Гумерова, Г. М. Имамов и др. Под ред. Г. С. Кучинского. — СПб.: Энергоатомиздат, 2003. — 608 с.
  • Техника высоких напряжений / Под ред. Г. С. Кучинского. — СПб.: Изд-во ПЭИПК, 1998. — 700 с.
  • Техника высоких напряжений / Под ред. М. В. Костенко. — М.: Высшая школа, 1973. — 528 с.
  • Базуткин В. В., Ларионов В. П., Пинталь Ю. С. Техника высоких напряжений. — М.: Энергоатомиздат, 1986. — 464 с.
  • Техника высоких напряжений: теоретические и практические основы применения / Перевод снемецкого. М. Байер, В. Бек и др. — М.: Энергоатомиздат, 1989. — 555 с.
  • Техника высоких напряжений / Под ред. Д. В. Разервига. М.: Энергия, 1976. — 488 с.