Ішкі оқшаулама ескіруінің жалпы заңдылықтары

Дәріс мақсаты:

Дәріс мазмұны:

1. Оқшауламаның қызмет ету мерзімі

2. Ішінара разрядтар әсерінен оқшауламаның ескіруі

3. Ішкі оқшауламаның жылулық ескіруі

4. Механикалық жүктеме әсерінен оқшауламаның ескіруі

5. Ылғалдану әсерінен оқшауламаның ескіруі

6. Ішкі оқшауламаға рұқсат етілетін жұмыстық жүктемелер

1. Кез келген типтегі оқшауламаға түсірілген кернеудің ұлғаюынан электрлік ескірудің қарқыны күшейеді, ал қызмет ету мерзімі сәйкес түрде қысқарады. Қызмет ету мерзімінің t әсер етуші кернеудің U мәніне (қызмет ету мерзімінің t кең диапазонында) тәуелділігі күрделі сипат алады. Қатысты алғандағы аз орташа қызмет ету мерзімінің облысы үшін (сағат бірлігінен 10³-10⁴ сағ дейін) экспериментті түрде келесі тәуелділік тағайындалған:

t=A/Uⁿ, (7.1)

мұндағы А – мәні оқшаулама қасиетіне байланысты тұрақты; n – оқшауламаның конструктивті ерекшеліктеріне және әсер етуші кернеу түріне тәуелді дәрежелік көрсеткіш. Мысалы, айқын біртекті электр өрісті қағазды-майлы оқшаулама үшін (конденсатор типті) өндірістік жиілікті кернеуде n=4÷8, тұрақты кернеуде n=9 ÷12; әлсіз біртекті электр өрісті май-барьерлік оқшаулама үшін n = 50 ÷80.

Ұзақ қызмет ету мерзімді облыстар (10⁴ сағ жоғары) үшін эксперименттік берілгендер саны көп емес, оның себебі, құнының жоғарылығында және эксперименттер ұзақтығында.

t=A/(U-U_P)ⁿ (7.2)

Кез келген оқшауламалық конструкцияның қызмет ету мерзімі берілген кернеуде кездейсоқ шама болады.

2. Электр өрісінің әсерінен ескіру көбінесе оқшауламадағы ішінара разрядтардың дамуы есебінен болады. Кей жағдайда ІР оқшаулама қалыңдығындағы газдық қосылуларда пайда болады.

Газды көбіршіктердің электрлік беріктігі сұйық немесе қатты диэлектриктердің беріктігіне қарағанда төмен, ал газды көбіршіктердің электр өрісінің кернеулігі айнымалы кернеуде сұйық немесе қатты диэлектриктердегіге қарағанда жоғары. Диэлектриктік өтімділігі ε_Г=ε₀ сфералық газдық қосылуларда электр өрісінің кернеулігі мынаған тең:

E_Г=E_Д∙3∙ε_Д/(ε_Г+2ε_Д)≈ E_Д∙3∙ε_Д/(1+2ε_Д), (7.3.)

мұндағы E_Д – қосылу болмаған кездегі диэлектрлік өтімділігі ε_Д қоршаушы диэлектриктің кернеулігі.

10⁵ В/см және одан жоғары шамадағы жоғары кернеуліктер облысында қатты және сұйық диэлектриктерде газдық қосылыстар болмаған жағдайда диэлектриктің жергілікті бүлінуін болдыратын микротесілулер пайда болуы мүмкін. Мұндай процестер қаттты диэлектриктерде газбен толтырылған микроканалдардағы ІР есебінен дамитын ағштәріздес каналдардың (дендриттер пайда болуына әкеледі. Сұйық және қатты каналдардың ІР бүлінуі көбінесе сутегі және көмірсутегі қосылыстарынан тұратын газ бөлінуімен жүреді.

Жоғары кернеулі қондырғылардың ішкі оқшауламасын жасау кезінде, әдетте, газдық қосылыстардың пайда болуына қарсы арнайы шаралар қабылданады. Соған қарамастан көп жағдайларда оларды дайындау стадияларында, яғни кептіру және сіңірту процестерінің жеткіліксіздігінен немесе пайдалану (механикалық жүктемелерден сызаттардың пайда болуы, жергілікті қыздырулардан материалдардың ыдырауынан газдардың пайда болуы және т.б.) кезінде кездейсоқ орын алады.

Жоғары класты кернеулі қондырғылардың қағазды-майлы және май-барьерлік оқшауламаларын дайындау технологиясын қатаң сақтаудан газдық қосылыстар болмайды. Дегенмен, ішкі оқшауламаның бұл түрінде де ІР дамуы жүруі мүмкін, бірақ газдық қосылыстарға қарағанда едәуір жоғары кернеуліктерде орын алады.

Эксперимент жүзінде қағазды-майлы оқшауламада ІР екі түрі кездеседі: бастапқы және критикалық.

Бастапқы ІР көрінетін (кажущиеся) зарядтармен 10^-14 - 10^-11 Кл сипатталады. Олар тікелей майлы қабаттарда электрод пен жақынырақ қағаз қабатының сүйірленген жиегінде немесе электродтардың микротегісеместіктерінде, яғни электр өрісінің локальды күшейетін жерлерінде дамиды. Түсірілетін кернеу жоғарылаған сайын БІР орташа қуаты ұлғаяды.

Жеке БІР сейілетін энергия шамасының аз болуынан бұл разрядтар қағазды бүлдіретіндей әсер ете алмайды, тек газ бөлінуімен және басқа да өнімдер түзілуі жүретін майдың баяу ыдырауын туғызады. БІР түсіндірілетін электрлік ескірудің мәні оқшауламада біртіндеп май ыдырауынан бөлінетін өнімдердің жинақталуында, бұл диэлектрлік шығынның тангенс бұрышы мен диэлектрлік шығын қуатының ұлғаюына әкеледі. Біртіндеп бұл процесс оқшауламаның жылулық тесілуіне әкеледі. Басқа да ескіру механизмі болу мүмкін; БІР әсерінен түзілетін майдағы газ концентрациясының біртіндеп ұлғаюы. Мұндай жағдайда май әбден газбен қанығып, майдағы газдың еруі тоқтап, оқшауламада газдық қосылыстар пайда болғанда ескіру тоқтайды. Соңында критикалық ІР пайда болады да, қағаз қабаттары толық тесілуге дейін бұзады.

БІР және КІР жұмыстық кернеуде былай алғанда, мүмкін бола алады, бірақ олардың қуаты талап етілетін қызмет ету мерзімімен белгіленетін мәндерден аспауы тиіс. Көп жағдайларда ҚМО (қағазды-майлы оқшаулама) конструкциялар жұмыстық кернеуде БІР толық болмайтындай шарт бойынша жобаланады.

КІР-да көрінетін зарядтар шамасы 10^-9 Кл және одан жоғары болады. Кернеудің тез ұлғаюында, яғни майдан газ бөлінуінің жылдамдығы олардың ыдырау жылдамдығынан жоғары болған жағдайда тұрақты газдық қосылулар пайда болады. Осы қосылыстардан КІР дамиды.

КІР қағаз қабаттарының қатысты алғанда тез бүлінуіне (минуттар, сағаттар) жеткілікті қуатқа ие болады. Олардың қауіптілігі сонда, қысқа уақыт ішінде, мысалы асқын кернеуде оқшауламада газдық қосылыстарды тудырады, газды қосылыстарда бұл қуатты ІР бастапқы кернеуден төмен кернеулерде дами алады және жұмыстық кернеуде сақтала алады, содан соң оқшауламаны тесілуге дейін бүлдіреді.

ҚМО ұзақ сенімді жұмысының міндетті шарты мүмкін болатын барлық асқын кернеулерде және сынау кернеулерінде КІР болмауы болып табылады.

МБО-да БІР де КІР де орын алады. Біріншісі 10^-12 Кл артық болмайтын көрінетін зарядтарға ие болады және тікелей конструкцияның майлы қуыстарында немесе газдық қосылыстарда пайда болады. Мұндай ІР, әдетте, оқшауламаға қауіпті емес, өйткені қатты оқшауламаны бүлдіре алмайды, ал майдың ыдырау өнімдері үлкен көлемде таралады.

Көрінетін зарядтары 10^-7 Кл және одан жоғары КІР конструкцияның майлы каналдарының тесілуін немесе қатты оқшауламаның бетімен жылжитын разрядтарды құрайды.