Кратковременная и длительная электрическая прочность внутренней изоляции

Рис. 3.2 – Зависимость пробивного напряжения от времени воздействия напряжения

В течение длительного времени происходит старение изоляции и снижение ее главного параметра – электрической прочности. Однако если рассматривать зависимость пробивного напряжения на большом промежутке времени (10^-6–10⁶ с), то выясняется, что на отдельных интервалах времени механизм разрушения изоляции имеет различную физическую природу. При этом границы действия того или иного механизма разрушения весьма условны и зависят от конструкции изоляции, вида материала и условий работы. Кроме того, зависимость пробивного напряжения от времени его воздействия (кривая «жизни» изоляции) (рис. 3.2), является статистической характеристикой, для которой среднеквадратичное отклонение пробивных напряжений может достигать значительной величины.

Зависимость можно разбить на несколько зон (рис. 3.2), в каждой из которых главную роль будет играть определенный механизм разрушения. Границы разделения зон носят ориентировочный характер и для различных видов изоляции могут отличаться.

В интервале времени I от микросекунд до нескольких миллисекунд главную роль в разрушении изоляции играют электрические процессы. В этом интервале свободные электроны под действием электрического поля приобретают энергию, достаточную для ионизации нейтральных молекул и образования лавины электронов. Для развития электрического пробоя в этом случае необходимо, чтобы время приложения напряжения было больше времени развития разряда . Очевидно, что это время будет зависеть от толщины и свойств материала, а также от наличия примесей. Так, для жидких диэлектриков, при снижение электрической прочности можно объяснить влиянием примесных твердых частиц, вокруг которых происходит некоторое увеличение напряженности электрического поля. Электрические процессы, аналогичные рассматриваемым, могут развиваться в изоляции при воздействии атмосферных и внутренних перенапряжений. Поэтому для обеспечения надежной работы оборудования, импульсная прочность внутренней изоляции должна быть больше возможных атмосферных и внутренних перенапряжений с учетом их ограничения защитной аппаратурой.

В интервале II (от долей секунд до нескольких часов) главным механизмом пробоя являются тепловые процессы. Реальная изоляция обладает конечным значением проводимости, кроме того, в изоляции протекают поляризационные процессы, связанные с потерей энергии. Поэтому при длительном воздействии напряжения имеет место разогрев изоляции, что в свою очередь приводит к дальнейшему увеличению диэлектрических потерь и дальнейшему увеличению мощности рассеиваемой в диэлектрике. Значительную часть тепла изоляция может получать от токоведущих частей, нагревающихся при протекании по ним тока. При нарушении баланса получаемой и отводимой от изоляции тепловой энергии процесс может приобретать лавинный характер, что в конечном итоге приводит к тепловому разрушению и пробою изоляции. Также в этом интервале возможно старение изоляции от возникновения частичных разрядов (ЧР) в газовых включениях и расслоениях изоляции, которые могут возникать в изоляции в результате импульсных перенапряжений.

В интервале времени от нескольких часов до нескольких лет (зоны III и IV) старение изоляции и пробивные напряжения определяются медленно протекающими процессами. Главную роль здесь играют частичные разряды слабой интенсивности. В жидкой изоляции процесс медленного старения связан с окислительными процессами, которые развиваются при соприкосновении жидкости с металлами, кислородом и озоном.

Электрическая прочность внутренней изоляции при длительном воздействии напряжения должна быть выше уровня возможных отклонений рабочего напряжения. Однако, определение электрической прочности изоляции при длительном воздействии напряжения экспериментально невозможно, т.к. для этого требуется длительный срок. Поэтому прочность изоляции в больших интервалах определяют по результатам измерения интенсивности процесса старения (, , ЧР и т.п.).

В связи с изложенным можно говорить о прочности изоляции при атмосферных перенапряжениях, внутренних перенапряжениях и длительном воздействии напряжения.