Пробі й рідко го діеле ктрика явище втрати рідким діелектриком електроізоляційних властивостей з утворенням каналу елект

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

Рідкі діелектрики можна класифікувати за їх природою на такі групи:

вуглеводневі мінеральні сполуки — продукти перегонки нафти чи кам'яного вугілля;
вуглеводневі сполуки рослинного походження (рицинова, лляна та інші оливи);
хлоровані вуглеводневі сполуки ароматичного ряду (хлордифеніл, совтол);
кремнійорганічні сполуки.

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

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 U_пр згідно з ГОСТ 6581-75 здійснюється у стандартному пробійнику в умовах прикладання змінної напруги.

Фактори, що впливають на значення напруги пробою

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 U_пр, незначна кількість вологи (<0,003%) різко знижує U_пр;
в'язкість — зменшення в'язкості рідкого діелектрика знижує величину напруги пробою;
температура — зі збільшенням температури U_пр зменшується; на імпульсній напрузі цей вплив незначний; для технічно чистої оливи залежність U_пр = f(tC) має складний характер;
тиск — для технічно чистої оливи збільшення тиску призводить до збільшення U_пр, 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 U_пр, 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 U_пр 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 U_пр зменшується; збільшення відстані між електродами збільшує U_пр;
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

Примітки

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

Джерела

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.

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