Serebryakov 2018
Fig. 4.6. Tgδ dependența de izolare de tensiune cu incluziuni de aer
care apar în pierderile de ionizare a gazului și tgδ începe să crească brusc.
Potrivit o creștere bruscă a tensiunii cu tgδ poate judeca prezența incluziunilor gazoase sau goluri în izolație solidă. Fig. 4.6 prezinta tgδ tensiunii aplicate. Când tensiunea U și începe gaz ionizarea în porii unei incluziuni solide sau gaze între straturile de izolație multistrat. După cum se poate observa din Fig. 4.6 cu U> U și delta tan marcant
crește. La tensiuni de mai sus U 1. când incluziuni de gaze deja ionizate și energia în procesul de ionizare nu mai este consumată, tg scade. Dependența tgδ = f (U) se numește curba de ionizare. La frecvențe înalte și pierderea ionizare în gaze crește.
Ionizarea gazului de umplere porii închiși în izolația solidă, de multe ori duce la distrugerea izolației. incluziuni de aer sau cavități pot fi formate, de exemplu, într-o izolație fibroasă insuficient impregnate sau fit afânat de electrozi la dielectric. cavitatile de gaz pot fi formate în timpul funcționării ca urmare a fisurării izolației sub acțiunea forțelor mecanice, vibrații și temperaturi extreme. Apariția incluziuni de gaze în ionizare datorită permeabilității aerului scăzută a dielectric (ε r = 1) și rezistența electrică scăzută a aerului în comparație cu rezistența izolației solide. Incluziuni proces de ionizare a gazului este numit de evacuare incompletă, incompletă sau parțială (prescurtat PD). Numele CR vine de la faptul că evacuările sunt localizate la o parte limitată a volumului de izolare, fără a ajunge simultan la ambii electrozi. ionizarea aerului este însoțită de formarea de oxizi de azot și ozon, care provoacă
descompunerea chimică progresivă a izolației organice care conține incluziuni gazoase. Procesul se încheie cu timpul pentru a finaliza eșecul izolației.
Pe liniile electrice de ionizare de înaltă tensiune de pierdere de aer de la suprafața firelor (efectul corona), reduce eficiența liniei.
Pierderile dielectrice în lichide nepolare conductibilitate cauzate numai în cazul în care fluidul nu conține impurități molecule dipol. Conductivitatea lichide pure neutre este extrem de mic, astfel încât pierderile mici și dielectrice. Un exemplu ar fi curățat de ulei de transformator, tgδ a cărui la 50 Hz este de aproximativ 0,001.
Pierderile dielectrice în lichide polare asociate cu polarizarea dipol de relaxare. Moleculele dipolare ca urmare a schimbării în câmp electric, sunt rotite într-un mediu vâscos și cauza pierderea energiei electrice. Aceste pierderi depășesc cu mult pierderile datorate conductivității. De exemplu, lichid polar a sovol la o frecvență de 50 Hz valoarea tgδ = 0,02.
Pierderile în lichide polare sunt puternic dependente de temperatură, deoarece schimbările de temperatură vâscozitatea lichidului. Dacă vâscozitatea fluidului este suficient de mare, moleculele nu au timp pentru a urmări schimbarea câmpului și polarizarea dipol practic dispare. Pierderile dielectrice sunt să fie mici. Dacă vâscozitatea fluidului este scăzută, iar orientarea moleculară are loc fără pierderi prin frecare dipolului va fi, de asemenea, mici. Când viscozitatea, pierderile medii dipol pot fi substanțiale și pentru o anumită valoare au o vâscozitate ridicată.
arta aplicabilă în dielectrici lichide sunt adesea polar sau sunt amestecuri de substanțe nepolare și polare (compuși de exemplu, uleiuri de colofoniu). Fig. 4.7 prezintă dependența de temperatură pentru un compus ulei de colofoniu la două valori de frecvență [1]. Într-o altă scară, aceste curbe reprezintă dependența de temperatură a pierderilor dielectrice P a.
Fig. 4.7. Dependența de temperatură la diferite frecvențe pentru compusul ulei de colofoniu
Odată cu creșterea frecvenței tgδ Deplasările maxime la o temperatură mai mare. Acest lucru se datorează faptului că frecvența mare necesită un timp de relaxare mai mică necesară pentru a obține maximul unghiului de pierdere, iar acest lucru ar trebui să fie mai puțin de viscozitate, adică temperaturi mai ridicate. Valorile minime tgδ în Fig. 4.7 corespunde temperaturilor la care viscozitatea lichidului devine atât de mic încât orientarea dipolilor se produce practic fără frecare. în acest caz, pierderea este foarte mică. Tgδ crește în continuare odată cu creșterea temperaturii datorită creșterii conductivității electrice. Determina mecanism de pierderi dielectrice la temperaturi ridicate.
În funcție de puterea disipată P o, iar frecvența la tgδ polarizare dipol de relaxare este prezentat în Fig. 4.3b. Pierderile cresc odată cu frecvența, atâta timp cât polarizarea este timpul pentru a urmări schimbarea câmpului. În cazul în care frecvența este atât de mare încât moleculele de dipol nu au timp să se concentreze complet în direcția câmpului, pierderile sunt permanente și tgδ cade.
Pierderile dielectrice în dielectrici solide depinde de structura dielectric. Dielectricilor solide pot tot felul de pierderi dielectrice.
In cazul moleculelor nepolare, substanțe cu nici o impuritate, pierderile electrice sunt neglijabile. aceste di-
electricieni includ polimeri nepolari - politetraftoretilen polietilenă (PTFE - 4)., polistiren etc. Acestea sunt folosite ca izolatori de înaltă frecvență.
Dielectricilor cu molecule polare sunt în principal substanțe organice. Acestea includ materiale pe bază de celuloză (hârtie, carton), polimeri polari: polimetilmetacrilat (sticlă organică), clorură de polivinil, poliamide (nailon), poliuretani, materiale din cauciuc (ebonită), rășini fenol (bachelita) și alte pierderi în aceste dielectrici substanțial. depind de temperatura (fig. 4.3, a). La anumite temperaturi așa cum se găsește în lichide polare maxime și minime pierderi. Creșterea pierderilor după minimul se explică printr-o creștere a pierderilor de prin conductivitate.
solide pierderi dielectrice structura ionice asociate cu un pachet caracteristică ionilor în rețeaua cristalină. În structura cristalină a substanțelor cu ambalaj densă a ionilor în absența impurităților care distorsionează zăbrele, pierderile dielectrice sunt extrem de mici. La materialele cu un ambalaj vrac a ionilor observat relaxarea polarizare, determină o creștere a pierderii dielectrice.
Pierderile dielectrice din materiale amorfe structura ionic - pahare anorganice - sunt asociate cu fenomenul de polarizare și de prezența conductivității electrice. Acesta din urmă are loc, de obicei, la temperaturi de 50-100 ° C
Pierderile dielectrice în material feroelectric este mai mare decât cea a dielectricilor convenționale.
Pierderile dielectrice în solide structură neomogenă. Aceste materiale aparțin izolatorilor, care includ cel puțin două componente cu diferite proprietăți electrice. Printre materialele eterogene trebuie să includă ceramică, care este un sistem multifazic complex și mică având o structură stratificată. K dielectrici structura neomogena se aplică și hârtie impregnată care, în afară de fibre celulozice, de asemenea, conține și incluziunile rămase impregnant aer necompletate în timpul impregnării.
1. Ce este o pierdere dielectric? Atunci când nu se mai afla pe tensiune AC sau DC sunt?
2. Care este relația dintre factorul Q al circuitului rezonant
și tangenta pierderi dielectrice (tan delta)?
3. Ce tipuri de pierderi există în materiale izolatoare?
4. Deoarece tgδ depinde de frecvența în cazul în care pierderea datorită polarizării dielectrice?
5. Cum frecvența tgδ atunci când pierderea dielectrice din cauza conductivității prin intermediul?
6. Deoarece tgδ depinde de temperatură, atunci când o pierdere dielectric datorită prezenței prin conductivitate și polarizarea?
7. Cum sunt pierderile și tgδ parametrii dielectrice ale circuitului echivalent?
8. Care este curba de ionizare? Ce poate fi judecat de forma curbei?
5. străpungere dielectrică
5.1. Despre caracteristicile BSCHAYA ale defalcării fenomenului
Un ielektrik în timp ce într-un câmp electric, își păstrează proprietățile sale de izolare, atâta timp cât intensitatea câmpului electric depășește nekoto-
cerned valoare critică. În cazul în care câmpul electric depășește o valoare critică, izolatorul își pierde proprietățile izolatoare ale materialului. Acest fenomen este cunoscut sub numele de străpungere dielectrică sau încălcare a rezistenței sale electrice. Valoarea tensiunii de la care are loc descompunerea dielectrică se numește tensiunea de străpungere. și valoarea corespunzătoare a intensității câmpului electric -
rezistență dielectrică.
defalcare de tensiune este indicată de U de PR și practică este cel mai adesea măsurată în kilovolți. Rigiditatea dielectrica
unde h - grosimea dielectric.
Pentru scopuri practice, valorile rigidității dielectrice este de obicei exprimată în kV / mm. Valorile numerice ale rigidității dielectrice sunt stocate în tranziția
unități SI au fost de 1 kV / mm = 1 MV / m. Mecanismul de străpungere dielectrică este diferit în funcție de starea materiei: gazos, lichid sau solid.
defalcare de gaze este cauzată de ionizare de impact. Acest fenomen este pur electric. Prin urmare, toate datele numerice privind defalcarea de gaz se referă la valoarea maximă (de vârf) a tensiunii.
defalcare dielectric lichid apare ca rezultat ionizarii și procese termice. Descompunerea dielectricilor solide pot fi cauzate de ambele procese termice aceleași electrice care au loc sub influența câmpului. Fenomenul de defalcare electrice ca urmare a proceselor electronice în dielectric care apar în câmpuri electrice puternice și să conducă la o creștere bruscă a curentului. defalcare Insulation este o consecință a reducerii rezistenței dielectrice sub influența căldurii într-un câmp electric, ceea ce conduce la o creștere a curentului activ și o creștere suplimentară a temperaturii până la dielectric distrugerii sale termice.
Cu o acțiune prelungită de conturare pot fi cauzate de procesele electrochimice care au loc în izolator sub influența unui câmp electric. Având în vedere că distrugerea dielectricilor lichide și solide joacă un rol important procese termice, în cazul cererilor
AC izolatori de tensiune la valorile numerice ale tensiunii de întreruperi în legătură cu valorile curente. Să considerăm un eșantion de gazos, lichid și dielectricilor solizi.
5.2. GAZELE P robe
Extern Extinderea izolației în mai multe tipuri de modele electrice este aer. Rezistența electrică a aerului în condiții normale (t = 0 20 ° C,
p 0 = 760 pm. v.) este mică în comparație cu puterea mai lichide și solide și dielectrici OL este E = 3,4 kV / mm.
In fie prin ionizatori de gaz exterioare, care sunt X, spațiu, radiație termică, există o cantitate mică de sarcini libere: ioni pozitivi și negativi și electroni. Aceste sarcini libere precum și molecule de gaz neutre sunt în mișcare de căldură dezordonat. În cazul în care diferența de gaz la un câmp electric, taxele încep să se miște în direcția câmpului sau în direcția opusă, în funcție de semnul taxei. În acest caz, particula de gaz încărcată dobândește energie suplimentară
unde q - taxa, U λ - căderea de tensiune pe lungimea medie a X cale liberă.
În cazul în care câmpul este destul de uniformă, putem pune U X = E λ, unde E - intensitatea câmpului. prin urmare
Atunci când o particulă încărcată în propunerea ciocnește cu o moleculă neutră, energia suplimentară a particulelor încărcate ale unei molecule la care se confrunta. Dacă această energie este suficient de mare, se produce excitarea atomilor și moleculelor asociate cu trecerea electronilor pe orbita celei mai îndepărtate de miez sau chiar ionizarea moleculelor, adică divizarea acestora în electroni și ioni pozitivi stare, determinarea posibilității de ionizare este
W ≥ W și sau Eq λ ≥ W și.
Energia W și include energia termică de mișcare, de obicei mică la temperatura normală.
Energia de ionizare este de obicei exprimat în termeni de ionizare potențial U și:
Prin urmare, starea de ionizare poate fi scris ca:
Eq λ ≥ qu și sau E λ ≥ U ȘI.
Potențialul de ionizare al gazelor este cuprinsă în intervalul de la 4 până la 25B, ceea ce corespunde cu energia de ionizare a 4-25 eV. Deoarece valorile lui q și λ la presiuni de gaz predeterminate și temperatura este constantă, ionizarea începe la o anumită intensitate a câmpului. Această intensitate a câmpului E este intensitatea inițială. Acesta poate fi definit ca:
Înlocuind în această formulă potențiale de ionizare, vom vedea că electronul ionizează moleculele de gaz, atunci când viteza de peste 1000 km / s.
ioni pozitivi în coliziune cu particule de gaze neutre se deplasează în câmpul electric nu cauzează ionizarea lor. Procesul de ionizare este urmat doar electroni. Acest lucru se datorează faptului că electronul înseamnă cale liberă este mai mare decât cea pentru ionii.
În unele cazuri, electronul nu poate fi overclockat câmp pentru ionizarea moleculei, ci doar să-l aducă la o stare excitată. Data viitoare această moleculă excitat renunță la excesul de energie sub forma de radiatii - emite un foton. Acest foton, se deplasează în direcția câmpului este absorbită
orice altă moleculă, care în acest caz poate fi ionizat. Aceste ionizare interior foton a gazului datorită vitezei ridicate a rezultatelor de propagare în dezvoltare rapidă canal special conductor - streamer. Conform acestui canal și descărcarea are loc.
Fig. 5.1 prezintă o diagramă de descărcare în golul de gaz. Din aceasta devine clar de ce creșterea gutei (canal conductor) este mai rapid decât promovarea unei avalanșe de electroni. Fig. 5.1 avalanșe prezentate ca un con umbrit și linii ondulate reprezintă calea de fotoni.
Fig. 5.1. Propagarea gutei în descompunerea gazelor
În interiorul fiecărui con de gaz suflă electroni ionizate. electroni accelerați de câmpul scindate din nou, la rândul său, de asemenea, particulele ionizate de gaz de întâlnite. Astfel, avalanșa crește numărul de electroni care se deplasează la anod. Iar numărul de ioni pozitivi muta spre catod.
Început linii ondulate emană din atomi, care sunt excitate de impact de electroni si de fotoni emis în consecință. Mutarea la viteza de 300 de mii. Km / s, foton avalanșă ajunge în orice loc (la capătul unei linii ondulate) este cu mult înainte de avalanșă tot mai mare de particule de gaz, care generează o nouă avalanșă ionizantă este cu mult înaintea primei avalanșă. Astfel, un foton cum descrie canalul de conducere a crescut de gaz, adică, gute. Avalanșa individuale de capturare reciproc și de îmbinare, formând un gaz ionizat canal continuu - descărcare în plasmă. Prin acest canal, și există o defalcare a diferenței de gaz.
Concomitent cu creșterea gutei, direcționată de la catod la anod de avalanșă începe formarea flux din sens opus de particule încărcate pozitiv direcționate spre catod. descărcare streamer pozitivă este un canal de plasmă. Sub influența șocurilor de ioni pozitivi pe catod, un loc cu catod emite electroni. Ca rezultat al acestor procese și există o probă de gaz. De obicei, gazul de probă se face aproape instantaneu. defalcare gaz Pregătirea Durata la lungimea de 1 cm decalaj este de 10 până la 10 -7 -8 s. Datorită vitezei mari de defalcare a gazelor cu creșterea defalcare de tensiune alternativă apare atunci când atinge o anumită valoare nu este validă, și o valoare de amplitudine. Atunci când o sinusoidal de tensiune alternativă eficientă valoarea măsurată a amplitudinii tensiunii de curent alternativ este înmulțit cu un coeficient egal cu 2. Dacă tensiunea sinusoida forma non-sinusoidală, este necesar să se măsoare direct amplitudinea tensiunii. Cu modificări de frecvență mici de la 50 la 60 Hz rezistența electrică a aerului nu este schimbat. În tranziția la frecvențe mai mari E PR scade odată cu creșterea frecvenței la început rapid, apoi încet, atingând un minim la o frecvență de 1 MHz. Scăderea rezistenței dielectrice datorită formării tarifelor spațiale. Odată cu creșterea în continuare a frecvenței E OL din nou, începe să crească, deoarece timpul de jumătate de ciclu este foarte mica mostra de dificil.
Cu cât mai mare de tensiune,