2.1.3. Старение изоляции под действием электрического поля
В процессе эксплуатации изоляция электрических машин длительное время находится под рабочим напряжением, а кроме того, периодически испытывает воздействия повышенных напряжений при профилактических испытаниях и различных волновых явлениях.
Данные эксплуатации и экспериментов показывают, что заметное влияние электрического поля на срок службы изоляции начинает обнаруживаться в машинах с номинальным напряжением ≥ 6 кВ.
Электрическое старение происходит весьма медленно в новой и доброкачественной изоляции, достаточно плотной и монолитной. Оно постепенно ускоряется по мере развития общего разрушения, вызванного различными причинами (тепловыми, механическими, электрическими и др.), сопровождающегося расслоением и разрыхлением изоляции; образованием в ней пор, пустот (воздушных или газовых прослоек), трещин. Различные микродефекты есть в той или иной степени и в новой изоляции, но по мере её старения их количество и размеры существенно увеличиваются.
С появлением таких неоднородностей в изоляции развиваются ионизационные процессы, сопровождающиеся прогрессирующим её разрушением. Ионы, разгоняющиеся в электрическом поле, бомбардируют поверхность изоляционных прослоек. В пустотах изоляции, особенно при перенапряжениях, возникают частичные разряды, разрушающие отдельные слои изоляции за счёт теплового эффекта и механического расщепления. Кроме того, разряды сопровождаются химическими реакциями с образованием озона, взаимодействие которого с азотом воздуха и парами воды приводит к образованию азотной кислоты, разрушительно действующей на изоляцию.
Частичные разряды иногда приводят к так называемым незавершённым пробоям, когда пробивается лишь часть слоёв. С течением времени разряды становятся чаще, а напряжение их возникновения – меньше. Этот процесс завершается полным пробоем.
Кроме разрядов в толщине изоляции при определённых условиях возникают также поверхностные разряды, которые сопровождаются разрушением внешних слоёв изоляции. Если не принять мер против коронирования, то изоляция может выйти из строя в течение нескольких месяцев.
Влияние электрического поля на срок службы изоляции исследовано ещё недостаточно. Для оценки этого влияния иногда пользуются зависимостью вида
lgT=lgAE–m∙lgE→T=AE∙E–m, (2.6)
где АЕит– постоянные, зависящие от свойств изоляционного материала.
П р и м е ч а н и е. Эти характеристики называются кривыми жизниизоляции и выражают зависимость времениТдо пробоя образца от величины приложенного напряженияЕ.
Геометрический смысл характеристик ясен из рис. 2.1. Старение изоляции выражается в смещении кривой жизнипараллельно её исходному состоя-нию (характеристика – 1) влево. Такое смещение отражает также влияние изменения качества сырья или технологии изготовления изоляции.
Т
3 2 1
Е
Рис. 2.1