5.6.3.Пробой технически чистых жидких диэлектриков.
На основании теорий теплового и электрического пробоев жидких диэлектриков можно заключить, что на механизм пробоя жидких диэлектриков, даже тщательно очищенных, наряду с электронными процессами — эмиссией электронов из катода, электронной ударной ионизацией и фотоионизацией — большое влияние оказывают и тепловые процессы, вызванные диэлектрическими потерями.
На электрическую прочность технически чистых жидких диэлектриков в первую очередь влияют: природа самого диэлектрика, природа, концентрация и состояние примеси. Особенно сильное влияние оказывают вода в виде эмульсии или суспензии (льдинки), температура, частота напряжения и форма электродов.
Влияние природы жидких диэлектриков на их электрическую прочность.Установлено, что с увеличением плотности жидкости и ее молекулярной массыЕпробычно возрастает. Такой характер зависимости можно объяснить тем, что с увеличением плотности (а также молекулярной массы) уменьшается средняя длина свободного пробега электрона, поэтому для формирования разряда необходима более высокая напряженность электрического поля.
На электрическую прочность жидких диэлектриков значительное влияние оказывает их полярность. При постоянном и переменном (50 Гц) напряжениях Епрлинейно снижается с увеличениемεжидкостей. Объясняется это тем, что с увеличениемεвозрастает мощностьР, рассеиваемая в диэлектрике(Р = U2ωCtgδ = U2ω tgδ ε0 ε S /h), и усиливается роль «тепловой» формы пробоя.
Влияние природы примеси на электрическую прочность.В процессе эксплуатации жидких диэлектриков (например, нефтяного трансформаторного масла) в случае их соприкосновения с воздухом, всегда содержащим влагу, последняя попадает в диэлектрик, увлажняя его. Кроме того, вода в нефтяных электроизоляционных маслах образуется в результате процессов старения (термоокислительной деструкции). Степень увлажнения жидких диэлектриков зависит не только от их природы (величины е), но также от природы и концентрации примеси и влажности окружающего воздуха.
Вода в эмульгированном
состоянии (т. е. в виде капелек диаметром
« 10 мкм) уже в небольшой концентрации
(0,005—0,01 %) резко снижает электрическую
прочность масел (рис. 5.17). Объясняется
это тем, что под действием 
электрического
поля капельки эмульгированной воды
втягиваются в места с наибольшей
напряженностью поля, поляризуются,
приобретают форму эллипсоидов, которые
и образуют цепочки, соединяющие электроды.
Из-за большой разности в значениях ε
масла и воды электрическое поле в местах
локализации цепочек становится резко
неоднородным. Кроме того, существенно
возросшие диэлектрические потери
приводят к местному перегреву
образовавшихся цепочек, образованию
газовых каналов, по которым и развивается
пробой при гораздо более низком
напряжении.
Электрическая прочность увлажненного масла особенно сильно снижается, когда оно загрязнено твердыми гигроскопичными частицами (волоконцами бумаги, ткани и т. п.). Интенсивно поглощая влагу, эти частицы значительно увеличивают свою диэлектрическую проницаемость, втягиваются в места с наибольшей напряженностью поля и образуют цепочки, соединяющие электроды, по которым и развивается пробой.
Жидкие диэлектрики всегда содержат в растворенном или свободном состоянии газ, количество которого зависит от температуры и давления. С увеличением содержания газа образуются пузырьки и Епрдиэлектрика снижается главным образом вследствие увеличения неоднородности электрического поля и местного перегрева, вызванного ионизационными потерями.
Влияние температурына электрическую прочность нефтяного трансформаторного масла. Максимально допустимая температура нефтяного трансформаторного масла не должна превышать 95°С, так как при этой температуре оно сравнительно быстро начинает окисляться, свойства его ухудшаются иЕпрснижается.
Электрическая прочность хорошо высушенного нефтяного трансформаторного масла практически не зависит от температуры вплоть до 80 °С. Выше 80 °С в результате интенсивного испарения низкомолекулярных фракций и образования в масле большого количества пузырьков газа Unpснижается, так как электрическое поле в масле становится неоднородным.Unpтакже снижается вследствие местного перегрева, вызванного ионизационными потерями в пузырьках газа.
На основании вышеизложенного можно сделать обобщающий вывод: наличие в жидком диэлектрике нерастворенной примеси в виде эмульсии или суспензии увеличивает неоднородность электрического поля и резко снижает тем самым электрическую прочность диэлектрика. При этом, чем больше разница между значениямиεжидкого диэлектрика и е нерастворенной примеси, тем больше неоднородность образующегося электрического поля и тем ниже электрическая прочность жидкого диэлектрика.
Влияние частоты напряжения на электрическую прочность жидких диэлектриков. С увеличением частоты напряженияЕпртехнически чистого нефтяного трансформаторного масла возрастает на 25—30 % (по отношению кЕпр, измеренному при 50 Гц), проходит через максимум при частоте 800 Гц и далее снижается.
Мероприятия по повышению пробивного напряжения жидких диэлектриков в электроустановках.
Повышение Unpжидких диэлектриков (например, нефтяных масел) и соответственноUрабэлектроустановок (например, трансформаторов) достигается путем покрытия токоведущих частей твердыми электроизоляционными материалами и использования изолирующих барьеров.
Применение покрытий.Примесь в нерастворенном виде (капельки воды, волоконца и т. п.), всегда присутствующая в технически чистых жидких диэлектриках (нефтяных маслах), осаждается на голых токоведущих частях (проводах) и проявляет себя как проводящие острия, начиная коронировать при относительно низких напряжениях, снижаяUnp. Если эти провода покрыть слоем твердого диэлектрика, то волоконца, полупроводящие и проводящие частицы примеси, не будут на них осаждаться. При переменном напряжении покрытия могут повышатьUnpнефтяного трансформаторного масла на 25—70 %.
Толщина покрытия выбирается обычно от 1 до 6 мм.
Применение изолирующих барьеров.Изолирующие барьеры препятствуют образованию проводящих цепочек из примеси (например, капелек воды и волоконцев). Изготавливают их обычно из электрокартона, бакелитизированной бумаги и т. п. толщиной в несколько миллиметров. Изолирующие барьеры особенно эффективны в неоднородных полях. Например, в поле, образованном системой электродов «стержень-плоскость» (резконеоднородное поле), барьер может повыситьUnpна 40-60 %