Электртехникалық материалтану

Қатты диэлектриктің тесіп өту кернеулігі химиялық құрамынан, құрылымынан, қоспалардан және келесі физикалық жағдайлардан: қоршаған ортаның температурасынан, кернеудің әсер ету ұзақтығынан тәуелді болады.

Қатты диэлектриктің тесіп өтуі екі түрлі болады: жылулық және электрлік. Диэлектрлік шығындар мен өткізгіштік тогы арқасында айнымалы электрлік өрісте орналасқан қатты диэлектриктен жылу шығады және оның қабырғалары арқылы қоршаған ортаға таралады.

Егер, диэлектрикте пайда болатын жылу мөлшері мен қабырғалары арқылы қоршаған ортаға бөлінетін жылу арасындағы айырымы тұрақты болса, онда жылулық тепе-теңдігі пайда болады. Жылулық тепе-теңдік жағдайында диэлектрик ұзақ уақыт бойы жұмыс істей алады.

Жылулық тепе-теңдіктің бұзылуы кезінде, яғни диэлектрикте пайда болатын жылу, берілетін жылудан үлкен болса, онда жылулық тесіп өту дамиды.

Жылулық тесіп өту кезінде, электр беріктік қоршаған ортаның температурасы мен диэлектриктегі шығындар өскен сайын төмендейді, ал диэлектриктің жылуөткізгіштігін көтергенде, жылу беру жағдайларын жақсартқанда және электр өрістің әсер ету уақытын азайтқанда жоғарлайды.

Диэлектриктің қызуы тек – қана жылыстау токтарынан пайда болатындығынан, тұрақты кернеулік кезінде қатты диэлектриктің жылулық тесіп өтуінің аз мүмкіндігі бар, бірақ, тұрақты кернеуге айнымалы құрамын немесе оның гармоникаларын салған кезде, жылулық тесіп өтуге әкелуі мүмкін.

Қатты диэлектриктердің тесіп өтуінің электр түрі кернеудің қысқа мерзім әсер етуі кезінде және импульсті сипатқа ие кернеу кезінде орын алады.

Электр тесіп өтудің физикалық маңызы сыртқы электр өрісінің әсерінен диэлектрик атомдарының ядроларынан электрондардың ажырауынан тұрады. Диэлектриктегі электрон атом ядросымен серпімді күштермен байланысқан. Өрісті сала отырып, біз электронды ядродан басқа жаққа ығыстыра аламыз (электронды полярлану). Өте қатты өрісте электронды ядромен байланыстыратын серпімді күш жеңілген болады және өріс электронды үзіп бос етіп ажыратады. Диэлектрикте бос электрондардың жеткілікті мөлшерде пайда болуы үлкен ток береді, яғни тесіп өту.

Кернеу шамасына электрлік тесіп өту кезінде әсер ететін негізгі факторлар болып диэлектрик құрылымы, электр өрісінің пішіні және кернеу түрі саналады.

4.2.2 Өрістің тесіп өту кернеулігін өлшеу үшін арналған үлгілер мен электродтар келесі формула бойынша анықталатын

Өлшеп қойылған және жалпақ үлгілер үшін арналған электродтар диаметрі 10, 25 немесе 50 мм болуы мүмкін. Тесіп өту орнындағы үлгінің қалыңдығы 2 мм аспау керек.

Барлық жағдайларда үлгінің өлшемі сынау кезінде үстінгі беті бойынша жабу болмағандай етіп алынады. Кейбір жағдайларда, жабуды алдын ала ескеру үшін оқшаулама материалдың үлгісін минерал майға еңгізу керек. Әдетте май, электр беріктік материалдардың (слюда, шыны) тесіп өту кернеулігін өлшегенде қоршаған орта сияқты қолданады. Диэлектриктің жалпақ үлгілерін қолданғанда өрістің Е_пр тесіп өту кернеулігін анықтау үшін электрод диаметрін электрод пен үлгінің шеті арасында маңызды аралық қалғандай етіп таңдайды. Шет аралығын анықтау үшін келесі өлшемдерді қолданады: егер үлгі ауада сыналса Е_{шет ар.} = 5 кВ/см, ал майда сыналса Е_{шет ар.} = 8 ... 10 кВ/см болады.

Үлгінің өлшемін электрод диаметрінен және шет аралығының шамасынан тәуелді 25...100 мм шегінде таңдау керек.

4.2.3 Жиілігі 50 Гц тұрақты және айнымалы ток кезіндегі тесіп өту кернеулігін өлшеу үшін арналған сызба.

Айнымалы ток кезінде сынау. Тесіп өту кезіндегі электр өрісінің кернеулігін 4.1 суретінде көрсетілген сызба бойынша анықтайды. Онда, жоғары кернеуді, кернеуді баяу реттеу үшін арналған құрылғымен және үлгінің тесіп өтуі кезінде жұмыс істеп қалатын автоматты ажыратқышпен жабдықталған жоғарлатқыш трансфоратордан алады. Бұл жағдайда, тесіп өту кедергісі үлкен болмағандықтан, екінші реттік орама қысқа тұйықталған болып шығады. Тесіп өту кезіндегі токты шектеу үшін тізбектей R қорғаныш кедергісі қосылады.

6 – сыналатын бұйым; 7 – қоршау.

Тесіп өтудің басталуы туралы вольтметр бойынша сынайды, себебі тесіп өту кезінде бірінші реттік кернеу төмендейді.

Тесіп өту кернеуін анықтау үшін құрылғыға келесі талаптар тізімі қойылады. Саналатын трансформатордың қуаты, тесіп өту кезіндегі кернеудің төмендеуі үлкен болмайтындай үшін, жеткілікті болуы керек. Жоғарғы кернеу 60 кВ болғанда, трансформатор қуаты 2 кВА төмен болмауы керек, ал 150 кВ кернеуінде – 8 кВА төмен емес болуы керек.

Тұрақты ток кезіндегі сынаулар. Тұрақты ток кезінде тесіп өтетін кернеуді жоғарыда бейнеленген айнымалы токтың жоғарывольтты қондырғылары бойынша анықтайды.

ЖТ – жоғарывольтты трансформатор; ӨШ – өлшемді шарикті разрядтауыш; Т – түзеткіш; R – шектейтін кедергі; СО – сыналатын объект.

үшін арналған принципиалды сызба

Кей жағдайларда кернеуді төменгі кернеу жағында орнатылған вольметрмен өлшейді және ол түзетілген жоғары кернеудің мәндерімен өлшемделген болады. Мұндай топтауды үлгі қосылған кезде орындау керек. Бұл кезде үлгі оқшауламасының кедергісі R_из < 10⁹ Ом, ал сыйымдылығы С > 1000 пФ болуы керек. Түзеткіш ретінде кенотронды қолданған кезде, ондағы кернеудің кемуін ескеру керек. Сондықтан, тесіп өту кезіндегі кернеуді үлгінің қасындағы жоғарывольты вольтметр немесе шарикті разрядтауыш көмегімен өлшеу керек.

Тұрақты токта сынау кезінде түзетілген кернеудің лүпілдері 5% көп болмауы керек.

Шектейтін R кедергінің шамасы тесіп өту сынаулары үшін құрылғының жоғарғы кернеуінің 1 кВ-на 200 Ом-нан кем болмауы керек. Кернеуді сол немесе басқа әдіспен өлшегенде ±4% қателікпен жүзеге асырылуы керек. Тесіп өту кернеуін анықтағанда кернеу жатық немесе сатылы көтерілуі мүмкін.

4.2.4 Қысқа мерзімді тесіп өту кернеуі мен тесіп өту кернеулігінің диэлектрик қалыңдығынан тәуелділігін анықтау. U_пр = f (d) және Е_пр = f (d) анықтау үшін қалыңдығы шамалы материал үлгілерін қолдану керек. Мұндай материалдар – кабельді қағаз, жылтырсырлы мата және басқалары.

Диэлектриктің әрбір қалыңдығында тесіп өту кернеуін өлшеп, орташа мәнін табу керек

мәндері, В.

Өлшеулер, есептеулер және сынаулар нәтижелері бойынша диэлектриктердің электр беріктігі туралы қорытынды жасау.

Өлшеулер мен есептеулер нәтижелерін 4.1 кестеге еңгізу.

4.1 Кесте – Есептеулер мен есептеу нәтижелері