plik


7. MECHANIZM PRZEBICIA DIELEKTRYKW STAAYCH 7.1 WPROWADZENIE Przebicie dielektryka staBego wi|e si z jego nieodwracalnym uszkodzeniem. Zjawiska zwizane z przebiciem dielektrykw staBych maj bardzo zBo|ony charakter ze wzgldu na bardzo du| r|norodno[ ich skBadu chemicznego, struktury, dodatkw i zanieczyszczeD jak rwnie| technologii wytwarzania. Zatem technicznych dielektrykw staBych nie mo|na uwa|a za ciaBa o [ci[le zdefiniowanej strukturze wewntrznej. Std rwnie| wynikaj dwie definicje wytrzymaBo[ci elektrycznej dielektrykw staBych: 1. WytrzymaBo[ swoista (istotna), ktr przewiduje si dla idealnego dielektryka bez jakichkolwiek domieszek i zanieczyszczeD, wwczas gdy zachodzi czysto elektryczny proces lawinowego rozwoju wyBadowania elektrycznego. WytrzymaBo[ tego typu udaje si czasem osign, w specyficznych warunkach laboratoryjnych, dla niewielkich prbek, uzyskanego specjalnymi metodami materiaBu. 2. WytrzymaBo[ praktyczna, wielokrotnie ni|sza od swoistej, dla dielektrykw o technicznym stopniu czysto[ci. Dla dielektrykw rzeczywistych czysto elektryczny mechanizm przebicia jest zakBcany dodatkowymi zjawiskami, ktre zwykle decyduj o rzeczywistej wytrzymaBo[ci elektrycznej. PrzykBadowo, dla szkBa wytrzymaBo[ swoista zawiera si w przedziale 26 MV/cm, gdy praktycznie osiga si najwy|ej 0.250.45 MV/cm. Czysto elektryczny mechanizm przebicia dielektrykw staBych, odgrywajcy pewn rol przy napiciach udarowych o czasach trwania napicia rzdu mikrosekund, oparty o ruch swobodnych elektronw, ich mno|enie si i oddziaBywanie z czstkami materii daje si opisa tylko dla czystych dielektrykw, o prostszych strukturach krystalicznych. Zatem istniejce teorie przebicia elektrycznego s nieprzydatne praktycznie. W przypadkach praktycznych decydujc rol odgrywaj inne zjawiska noszce nazwy: " mechanizmu cieplnego; " mechanizmu wyBadowaD niezupeBnych; " mechanizmu zanieczyszczeniowego; " mechanizmu starzeniowego. 7.2. MECHANIZM CIEPLNY Mechanizm cieplny oparty jest o porwnanie ilo[ci ciepBa wytworzonego w dielektryku wskutek strat dielektrycznych i ciepBa odprowadzanego do otoczenia (rys. 7.1). W punkcie 2 przy napiciu U2, ilo[ ciepBa oddawanego do otoczenia jest mniejsza ni| ilo[ ciepBa wytwarzanego wskutek strat dielektrycznych. Bdzie wic nastpowaB nieograniczony wzrost ciepBa i musi doj[ do przebicia. W punkcie 1 jest rwnowaga termiczna, ilo[ ciepBa wytwarzanego jest rwna ilo[ci ciepBa oddawanego do otoczenia. Jednocze[nie w punkcie 1 jest zachowany pewien margines bezpieczeDstwa. Je[li w ukBadzie wystpi chwilowy wzrost napicia do np. warto[ci U2 i temperatura wzro[nie do np. warto[ci 2 to po zaniku przepicia U2 i po powrocie do stanu pracy przy napiciu U3 wystpi nadmiar ciepBa oddawanego do otoczenia i powrt do temperatury stanu rwnowagi 1. Oczywi[cie, dBugi czas trwania przepicia U2 lub nadmierne przepicie U1 mog doprowadzi do stanu nierwnowagi cieplnej i w konsekwencji do przebicia. W oparciu o powy|sz zasad s wyprowadzane wzory pozwalajce oceni napicie przebicia cieplnego w zale|no[ci od geometrii ukBadu izolacyjnego np. dla ukBadu typu przepustowego, pBaskiego, walcowego uwarstwionego itp. PrzykBadowo dla ukBadu walcw wspBosiowych z dielektrykiem jednorodnym (ukBad przepustowy) napicie przebicia jest wyra|one wzorem  U = 1.6 " m " (7.1) p pt " gdzie:  - przewodno[ cieplna [W/(Km)]; pt - straty jednostkowe, dla jednostki nat|enia pola elektrycznego, przy temperaturze odniesienia (normalnej) i przy danej czstotliwo[ci [W/(V2"m)];  - temperaturowy wspBczynnik strat dielektrycznych [1/K]. Wzr ten uwzgldnia zarwno odprowadzanie ciepBa w kierunku promieniowym jak i w kierunku osiowym. Przy braku odprowadzania ciepBa w kierunku osiowym wspBczynnik liczbowy maleje do warto[ci 1.42. Odpowiedni dopuszczalny przyrost temperatury na powierzchni dielektryka okre[la si z wzoru: y " = (7.2)  gdzie wspBczynniki m i y zale| od ilorazu promieni r1/r2 odpowiednio dla wewntrznego i zewntrznego walca i s podane w tabeli 18. T a b e l a 18 WspBczynniki do wzorw (7.1) i (7.2). r1/r2 0 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 m 1 0.92 0.86 0.82 0.79 0.75 0.73 y 1.39 1.35 1.32 1.29 1.26 1.24 1.23 7.3. MECHANIZM WYAADOWAC NIEZUPEANYCH Je[li we wntrzu dielektryka staBego znajduje si wtrcina (kawerna) gazowa to wskutek panujcych w tej kawernie nat|eD pola elektrycznego wy|szych ni| w otaczajcym j materiale staBym oraz z powodu mniejszej wytrzymaBo[ci elektrycznej gazu (powietrza) w miar wzrostu napicia wyBadowania elektryczne musz rozpocz si w kawernie gazowej. Niech wtrcina gazowa ma wyidealizowany ksztaBt jak na rysunku 7.2a, gdzie grubo[ wtrciny d1 jest znacznie mniejsza ni| caBkowita grubo[ dielektryka staBego d. Schemat zastpczy takiego ukBadu izolacyjnego przedstawia rysunek 7.2b. Wystpuj tu trzy pojemno[ci: C1 odwzorowujca pojemno[ wtrciny gazowej; C2 jako pojemno[ pasa szeregowego z wtrcin oraz C3 - pojemno[ pozostaBej objto[ci dielektryka. Wskutek r|nicy przenikalno[ci elektrycznej gazu i izolatora staBego, we wtrcinie panuje nat|enie pola wy|sze ni| w pozostaBej, poBczonej w szereg z wtrcin, objto[ci dielektryka. Je[li nat|enie pola jest wiksze od wytrzymaBo[ci elektrycznej gazu to we wtrcinie wystpi zapBon wyBadowaD niezupeBnych. Istnieje pogld, |e napicie progowe wyBadowaD samoistnych we wtrcinie speBnia prawo Paschena (patrz rozdz. 5.2.4). Dla wtrciny prostoktnej jak na rysunku 7.2a napicie pocztkowe wyBadowaD niezupeBnych okre[la wzr: d # -1# # # d1 # U = K " d1 "#1+ (7.3) z g # # ' # # # # gdzie: Kg - nat|enie pola elektrycznego, przy ktrym zachodzi przeskok w warstwie gazu o grubo[ci d1; ' - przenikalno[ elektryczna wzgldna dielektryka staBego. Jak wida im przenikalno[ dielektryka staBego jest wiksza tym Uz jest mniejsze. Po zapBonie wyBadowania napicie U1 a wtrcinie gazowej maleje a| do warto[ci, przy ktrej wyBadowanie ga[nie (rys. 7.3). Napicie to, oznaczone na rysunku 7.3 jako Ug nosi nazw napicia ga[nicia i jest o 3040% ni|sze ni| napicie zapBonu. Nastpnie caBy cykl powtarza si. WyBadowania niezupeBne zachodzce w dBu|szym okresie czasu mog doprowadzi do przebicia dielektryka staBego wskutek: a) stopniowej erozji dielektryka pod wpBywem bombardowania jonami i elektronami [cianek wtrciny; b) chemicznego oddziaBywania gazw wytwarzanych podczas wyBadowania - proces ten zachodzi szczeglnie intensywnie przy obecno[ci wilgoci; c) tworzenia si kanaBw przewodzcych; d) ogrzewania dielektryka wskutek wzrostu strat wywoBanych wyBadowaniami niezupeBnymi. 7.4. MECHANIZM ZANIECZYSZCZENIOWY W dielektrykach staBych mog pojawia si obce ciaBa staBe np. wtrciny wglowe, metaliczne czy wtrciny innych dielektrykw. S to zwykle skutki niedoskonaBo[ci technologii wytwarzania dielektrykw. Zanieczyszczenia te mog by zrdBem wyBadowaD niezupeBnych, ktre erozyjnie, w dBugim okresie czasu doprowadz do przebicia. Jest to szczeglnie istotne w przypadku |ywic epoksydowych, ktre uzyskuj wysok jako[ jako izolatory tylko wwczas, gdy s odlewane w sterylnych warunkach, najlepiej w wysokiej pr|ni. Nawet wtrciny dielektryczne o przenikalno[ci r|nej od przenikalno[ci [rodowiska mog stanowi zacztek erozji. 7.5. MECHANIZM STARZENIOWY W dielektrykach organicznych, gBwnie pod wpBywem temperatury, zachodz nieodwracalne zmiany chemiczne prowadzce do zmniejszenia wytrzymaBo[ci elektrycznej a w konsekwencji, przy odpowiednio wysokiej warto[ci napicia, do przebicia. PrzykBadowo, w przypadku izolacji celulozowej wskutek procesw cieplnych (dBugotrwaBych) zachodzi proces depolimeryzacji (zmniejszania si BaDcuchw celulozy), co samo w sobie powoduje jedynie zmniejszenie wytrzymaBo[ci mechanicznej a w maBym stopniu elektrycznej. Jednak|e kruchy papier, przy jakichkolwiek wikszych napr|eniach mechanicznych - pka, co w konsekwencji prowadzi do przebicia elektrycznego. o Dla izolacji papierowej, w zakresie temperatur 100130 C, obowizuje prawo Mountsingera, zgodnie z ktrym, w uproszczeniu, wzrost temperatury o 8 oC skraca czas |ycia izolacji o poBow. W oparciu o t zasad formuBuje si przepisy odno[nie izolacji urzdzeD i maszyn elektrycznych, ustalajc optymalny czas |ycia izolacji na 15 do 20 lat.

Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
12 Mechanika plynow
F 9 Mechanizmy przebicia złącza
Wyklad 12 mechanika plynow
12 MECHANIZM KATALIZY ENZYMATYCZNEJ
12 mechanika budowli wykład 12 luki statycznie niewyznaczalne
kk9 Właściwości mechaniczne ciał stałych
Mechanik nr 12 2008, s 1051 1054
Mechanika nieba wykład 12
Mechanika Techniczna I Skrypt 3 12
C19 Mechanika relatywistyczna(08 12)
Mechanika Ciał Stałych opracowanie egzamin
FCWP przebieg rozprawy 12
Mechanika 12 pyt fiszka

więcej podobnych podstron