Электрическая прочность диэлектрика

Электрическая прочность диэлектрика является одной из основных характеристик изолирующих материалов. Напряженность электрического поля, при которой электроизолирующий материал может нормально работать, не должна превышать некоторого вполне определенного значения. При некотором значении напряженности происходит нарушение процесса работы диэлектрика, материал его пронизывается искрой, переходящей в дугу. Диэлектрик теряет при этом свои изолирующие свойства, сопротивление его резко уменьшается, и токоведущие части, разделенные ранее изолирующим промежутком, замыкается накоротко. Наступает пробой диэлектрика.

Напряжение, при котором происходит пробой, называется пробивным напряжением Uпр, соответствующее значение напряженности поля – пробивной напряженностью Eпр или пробивной прочностью (электрической прочностью):

Пробивное напряжение диэлектрика

где h – толщина диэлектрика.

Совершенно ясно, что электроизоляционный материал в условиях эксплуатации не должен работать при напряжении, могущем вызвать пробой диэлектрика.

Различают два вида пробоя твердого диэлектрика: электрический пробой и тепловой пробой. Электрический пробой объясняется разрушением структуры вещества под действием сил электрического поля. В слабом электрическом поле электрические заряды упруго смещаются, вызывая поляризацию диэлектрика. Если же напряженность поля достигает величины пробивной напряженности, происходит срыв заряженных частиц с первоначальных положений, что приводит к пробою.

Рассмотрим явление теплового пробоя.

Как известно, при работе диэлектрика в переменном электрическом поле выделяется тепло за счет электрических потерь. При отрицательном температурном коэффициенте сопротивления нагрев материала будет сопровождаться уменьшением сопротивления диэлектрика. Это приведет к увеличению тока, проходящего сквозь диэлектрик, и еще более сильному нагреву материала. Таким образом, процесс нагрева все время усиливается до тех пор, пока материал не нагреется настолько, что будет разрушен (расплавлен, обуглен и тому подобное).

Пробой газообразных диэлектриков (воздуха) вызван образованием и движением ионов в газообразной среде при высоких значениях напряженности электрического поля. В некоторый момент быстрое движение ионов в газообразной среде приводит их к столкновению с нейтральными молекулами газа и образованию новых ионов. Это явление сопровождается резким увеличением числа ионов в газе, вследствие чего сопротивление газа уменьшается (ударная ионизация). Наступает пробой газообразного диэлектрика.

В однородном электрическом поле (между двумя остриями, острием и плоскостью, проводами высоковольтных линий и тому подобного), в местах, где напряженность поля достигает критических значений, возникает тихий разряд, сопровождающийся жужжанием или потрескиванием с образованием фиолетового свечения (явление короны). С увеличением напряжения тихий разряд может перейти в искровой, затем в кистевой и, наконец, в дуговой разряд (если мощность источника напряжения велика). Пробой воздуха у поверхности твердого диэлектрика называется поверхностным разрядом (перекрытием). Для увеличения поверхности изоляционных деталей ее делают волнистой.

На пробивную прочность жидких диэлектриков в сильной степени оказывают влияние влага, газы, механические и химические примеси. Пробой жидких диэлектриков возникнет в результате перегрева жидкости и разрушения ее молекул.

Ячейка для измерения напряжения пробоя жидких материалов

Рисунок 1. Ячейка для измерения напряжения пробоя Uпр жидких материалов
1 – сосуд; 2 - электроды

В таблице 1 представлены данные электрической прочности некоторых изоляционных материалов.

Таблица 1

Электрическая прочность материалов

Наименование диэлектрика Электрическая прочность, кВ/см
Бумага кабельная сухая
Бумага, пропитанная маслом
Воздух
Масло трансформаторное
Миканит
Мрамор
Парафин
Электрокартон сухой
Электрокартон, пропитанный маслом
Слюда мусковитая
Слюда флогопит
Стекло
Фибра
Фарфор
Шифер
Эбонит
60 – 90
100 – 250
30
50 – 180
150 – 300
35 – 55
150 – 300
80 – 100
120 – 170
1200 – 2000
600 – 1250
100 – 400
40 – 110
180 – 250
15 – 30
80 – 100

Источник: Кузнецов М. И., "Основы электротехники" - 9-е издание, исправленное - Москва: Высшая школа, 1964 - 560 с.

06 сентября 2014 | Машины постоянного тока

Мощность, на которую может быть выполнена машина постоянного тока, ограничивается условиями коммутации, то есть допустимыми значениями реактивной электродвижущей силы er и среднего напряжения между коллекторными пластинами uк.ср, а также допустимой...

07 сентября 2014 | Машины постоянного тока

Потери энергии вызывают выделение тепла и нагревание частей электрической машины. Передача тепла от более нагретых частей машины к менее нагретым и в окружающую среду происходит путем теплопроводности, лучеиспускания и конвекции. Теплопередача...

04 апреля 2013 | Электротехника

Возьмем две одинаковые катушки, сделанные из металлических проводов, и подвесим так, чтобы их можно было включать в цепь, а их оси располагались на одной прямой (рисунок 1). Пропустив по катушкам...

08 сентября 2014 | Машины постоянного тока

Уравнение нагревания Хотя электрическая машина имеет сложное устройство, в основу анализа процесса ее нагревания может быть положена теория нагревания идеального однородного твердого тела, под которым здесь понимается тело, обладающее равномерным рассеянием...

25 февраля 2013 | Машины постоянного тока

Общие положения В ряде случаев целесообразно питать определенную группу потребителей от двух или нескольких генераторов постоянного тока, которые при этом работают совместно на общую сеть. В этом случае в периоды малых...

Информационный сайт "Электромеханика", © 2011-2019. Копирование материалов запрещено.