Матер. вед
.pdfТок заряда изоляции: i = I у |
+ Iабм |
|
− |
t |
|
exp |
|
. |
|||
|
|||||
|
|
|
|
τ |
Сопротивление изоляции в процессе заряда определится:
R = U = i
|
|
U |
|
|
|
. |
|
I у |
+ I |
|
|
− |
t |
||
абм |
exp |
|
|
||||
|
|||||||
|
|
|
|
|
τ |
Найдем значения сопротивления через 15, 60 и 180 секунд после начала процесса заряда:
R15 |
= |
|
U |
|
|
|
= |
|||
70,1 10−9 +187,510−9 exp(− |
|
15 |
) |
|||||||
|
|
|
24,25 |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= 5,844 109 Ом = 5,844 ГОм, |
|
|
|
|
|
||
R60 |
= |
|
U |
|
|
|
|
= |
||
|
|
|
|
|
|
|||||
70,1 10−9 +187,510−9 exp(− |
60 |
) |
||||||||
|
|
24,25 |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
=11,64 109 Ом =11,64 ГОм, |
|
|
|
|
|
||
R180 |
= |
|
U |
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
70,1 10−9 +187,510−9 exp(− |
180 |
|
|||||||
|
|
|
|
) |
|
|||||
|
|
24,25 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
=14,24 109 Ом =14,24ГОм.
Коэффициент абсорбции:
kаб = R60 = 11,64 = 2.
R15 5,844
Как видно из расчетов сопротивление изоляции через 60 секунд еще не достигает своего установившегося значения.
6.3.СХЕМА ЗАМЕЩЕНИЯ С ПАРАЛЛЕЛЬНЫМИ ВЕТВЯМИ
Вряде случаев удобнее пользоваться схемой замещения, показанной на рис. 6.1, в, в которой:
93
R |
|
= R + R |
|
, |
|
С |
|
= |
C1 C2 |
; |
|
|||||||
у |
|
|
Г |
|
|
|
||||||||||||
|
1 |
2 |
|
|
|
|
C1 +C2 |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
∆C = |
(R C −R C )2 |
|
; |
|
|
|
||||||||||||
|
|
2 |
|
2 |
|
|
1 |
|
1 |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
(R + R )2 (C +C |
) |
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
1 |
|
|
|
2 |
|
|
1 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
r = |
R R (R + R )(C +C |
2 |
)2 |
|
|
(6-25) |
||||||||||||
1 |
2 |
1 |
|
|
2 |
1 |
|
|
. |
|||||||||
|
(R C |
2 |
−R C )2 |
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
2 |
|
|
|
|
1 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
Здесь CГ — геометрическая емкость или емкость неоднородной изоляции при бесконечно высокой частоте; Ry — сопротивление утечки изоляции в установившемся режиме; ∆C и r — отражают накопление заряда абсорбции в неоднородной изоляции.
|
Величина сопротивления r получена из |
выражения: |
||
r = |
U |
, а величина емкости ∆C из выражения r = |
τ |
. |
|
|
|||
|
Iабм |
∆C |
Схема на рис. 6.1, в полностью эквивалентна схеме замещения по слоям (рис. 6.1, б) и получена чисто формальным путем из условий равенства полных сопротивлений диэлектрика в обоих схемах замещения. Тем не менее, входящие в нее элементы имеют определенный физический смысл: при
R1C1 = R2C, ∆C = 0 и r = ∞.
Заряд абсорбции создается током абсорбции и определяется через него для обеих схем следующим образом:
∞ |
− |
t |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Qабс = ∫Iабмe |
|
dt = −Iабм τ |
|
0 −1 |
|
= Iабм τ. |
|
|||||||||
τ |
(6-26) |
|||||||||||||||
|
|
|||||||||||||||
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Подставив значение |
|
τ = r ∆C = |
R1R2 (C1 +C2 ) |
, |
одинаковое |
|||||||||||
|
|
|
||||||||||||||
для обоих схем, получим: |
|
|
|
|
|
|
|
|
R1 + R2 |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Qабс = Iабм τ = |
U (R C |
2 |
−R C )2 |
|
|
|
|
|||||||||
2 |
|
1 |
1 |
|
. |
|
(6-27) |
|||||||||
(R + R )2 (C +C |
) |
|
||||||||||||||
94 |
|
|
|
1 |
2 |
|
1 |
2 |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Заряд абсорбции, накопленный на обкладках конденсатора ∆С (рис. 6.1, в) равен:
Qабс =U ∆C = |
U (R C |
2 |
−R C )2 |
|
|
(6-28) |
||
2 |
|
1 |
1 |
|
. |
|||
(R + R )2 (C +C |
) |
|||||||
|
1 |
2 |
|
1 |
2 |
|
|
|
Выражение (6-28) совпадает с (6-27).
В схеме замещения, показанной на рис. 6.1, б, заряд абсорбции
Qабс |
= |
U (R2C2 |
−R1C1 ) |
|||
|
|
|
|
(6-29) |
||
|
R1 |
|
|
|||
|
|
|
+ R2 |
оказывается больше, чем заряд, создаваемый током абсорбции Iабмτ. Это объясняется тем, что заряд абсорбции в этой схеме создается не только током абсорбции, но и за счет перераспределения зарядов на конденсаторах С1 и С2, т.е. за счет разности токов, протекающих через резисторы R1 и R2. Заряд абсорбции в этой схеме равен:
|
|
|
|
Qабс = (i1(0) −i2(0) )τ. |
|
|
|
(6-30) |
||||
|
|
|
|
Qабс |
= (i1(0) −i2(0) )τ = |
|
|
|
|
|||
|
UC |
2 |
|
|
UC |
|
R R (C |
+C |
) |
|
|
|
= |
|
|
|
− |
1 |
|
1 2 1 |
2 |
|
= |
(6-31) |
|
|
|
|
|
|
R1 + R2 |
|
||||||
(C1 |
+C2 )R1 |
(C1 +C2 )R2 |
|
|
|
= U (C2R2 −C1R1 ).
R1 + R2
Выражение (6-31) совпадает с выражением (6-29). Используя схему замещения, показанную на рис. 6.1, в
можно показать, что емкость неоднородного диэлектрика зависит от частоты. Эта емкость складывается из постоянной по величине геометрической емкости CГ и эквивалентной емкости Cэкв цепи r, ∆C: C = CГ + Сэкв. Эквивалентная емкость цепи r, ∆C найдется следующим образом. Комплексное сопротивле-
ние цепи r, ∆C запишется: Z = r − j ω∆1C . Комплексная прово-
95
|
|
|
Y = |
1 |
|
= |
|
|
|
|
1 |
|
|
= |
|
||||
|
|
|
Z |
|
|
r |
|
− j |
|
1 |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ω∆C |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
j |
1 |
|
|
|
|
|
(6-32) |
||
|
|
r |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
= |
|
|
|
|
|
+ |
|
|
ω∆C |
= g + jωC |
экв . |
||||||||
r 2 + |
|
1 |
|
|
r 2 |
+ |
|
|
1 |
|
|||||||||
|
ω2 |
∆C 2 |
|
|
ω2∆C 2 |
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Приравнивая мнимые части уравнения (6-32), выразим эквивалентную емкость:
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
∆C |
|
|
|
Сэкв |
= |
|
|
ω2∆С |
|
|
|
|
|
= |
||
r 2 |
+ |
|
1 |
+ ω ∆C |
r |
2 |
||||||
|
|
|
1 |
= |
|
2 2 |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ω2∆C 2
где τ = r∆C — постоянная времени.
∆C |
, |
(6-33) |
|
|
|||
1+ ω2τ2 |
|||
|
|
Итак, зависимость емкости неоднородного диэлектрика от частоты выразится формулой:
C(ω) =CГ |
+ |
|
∆C |
|
. |
(6-34) |
|
|
|
||||
|
2 |
2 |
||||
|
1 |
+ ω τ |
|
|
|
Зависимость C = f(ω), рассчитанная по формуле (6-34) показана на рис. 6.4. По изменению емкости в зависимости от частоты судят об увлажнении изоляции. Для этого рассчитывают или измеряют емкости при двух частотах: 2 Гц и 50 Гц. Отношение емкостей при этих частотах и служит критерием увлажненности изоляции. Изоляция считается недопустимо увлажнен-
ной, если С2 >1,3.
С50
Пример 6.2. Двухслойный диэлектрик служит изолятором между двумя электродами. Материал первого слоя имеет относительную диэлектрическую проницаемость εr1 = 4 и удельную объемную проводимость γ1 = 4·10–10 См/м. Материал второго слоя имеет относительную диэлектрическую проницаемость εr2 = 2,5 и удельную объемную проводимость γ2 = 2·10–9 См/м.
96
Рис. 6.4. Зависимость емкости от частоты для неоднородной изоляции
Толщина первого слоя d1 = 10 мм, второго слоя d2 = 5мм. Площадь электродов S = 500 см2. Определить параметры двух схем замещения, показанных на рис. 6.1, а также зависимость емкости изоляции от частоты приложенного напряжения. Считая, что причиной неоднородности изоляции является увлажнение, определить степень ее увлажнения.
|
|
|
Решение. Определим сначала параметры схемы замещения |
||||||||||||||||||||
по слоям (рис. 6.1, б) |
|
|
|
||||||||||||||||||||
R = |
|
|
d |
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
10 10−3 |
= 500 106 Ом=500 МОм, |
||||||||
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
γ |
|
|
|
S |
|
4 |
10−10 500 10−4 |
||||||||||||||||
|
1 |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
R |
= |
|
|
|
d |
2 |
|
|
= |
|
|
|
5 10−3 |
|
= 50 106 |
Ом=50 МОм, |
|||||||
|
γ |
|
|
S |
|
2 10−9 500 10−4 |
|||||||||||||||||
|
2 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
ε |
0 |
ε |
|
|
S |
|
|
|
8,85 10−12 4 500 10−4 |
|
||||||||||
C |
|
= |
|
|
|
|
|
r1 |
|
|
= |
|
|
|
|
=177 10U12 Ф=177 пФ, |
|||||||
|
|
|
|
|
d |
|
|
|
|
|
10 10−3 |
|
|||||||||||
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
C |
|
= |
|
ε |
0 |
ε |
r |
2 |
S |
= |
|
8,85 10−12 2,5 500 10−4 |
= 221,2 10U12 Ф=221,2 пФ. |
||||||||||
2 |
|
|
|
|
|
d |
2 |
|
|
|
5 10−3 |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Определим параметры второй схемы замещения (рис. 6.1, в), характеризующей диэлектрик в целом. Параметры этой схемы выразятся:
97
R |
у |
= R + R = 500 106 +50 106 |
= 550 106 Ом=550 МОм, |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
1 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
= |
|
C C |
2 |
|
= |
|
177 10−12 221,2 10−12 |
|
|
= 98,33 10−12 |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
C |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ф=98,33 пФ, |
|||||||||||||||
Г |
C +C |
2 |
|
177 10−12 + 221,2 10−12 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
r = |
R R |
2 |
(R |
+ R )(C |
|
+C |
2 |
)2 |
= |
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
1 |
|
|
2 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(R C |
2 |
−R C )2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
1 |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
) = |
|||||
|
|
|
|
|
|
106 50 |
106 (500 + 50)106 |
( |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
500 |
|
|
(177 + 221,2)10−12 2 |
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
( |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
50 10 |
6 |
221,2 10 |
−12 |
−500 10 |
6 |
177 10 |
−12 |
2 |
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= 363,7 106 Ом = 363,7 МОм, |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∆С = |
|
(R C |
|
−R C 1)2 |
|
|
|
= |
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
2 |
|
1 |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(R |
|
+ R )2 (C |
|
+C |
2 |
) |
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
= |
( |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
2 |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
) = |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
50 10 |
6 |
221,2 10 |
−12 |
−500 10 |
6 |
177 10 |
−12 |
2 |
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
( |
|
|
|
|
|
|
|
|
) |
( |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
) |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(500 +50)106 2 |
177 |
+ 221,2 10−12 |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= 49,78 10−12 Ф = 49,78 пФ. |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
Определим постоянную времени заряда изоляции для пер- |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
вой схемы замещения: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
R R (C +C |
2 |
) |
|
|
500 106 |
50 106 (177 + 221,2)10−12 |
||||||||||||||||||||||||||||
|
τ = |
1 |
2 |
|
|
1 |
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= 0,018 c. |
||||||
|
|
|
R + R |
2 |
|
|
|
|
|
|
500 106 +50 106 |
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
Для второй схемы замещения: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
τ = r ∆C = 363,7 106 49,78 10−12 |
= 0,018 c. |
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
Результаты совпадают, так как обе схемы эквивалентны |
друг другу. Зависимость емкости от частоты приложенного напряжения для схемы, изображенной на рис. 6.1, в определится выражением (6-34):
C |
=C + |
|
|
∆C |
|
или C |
=C + |
|
|
∆C |
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
( |
|
) |
|
||||||
(ω) |
Г |
1 |
+ ω τ |
|
( f ) |
Г |
|
|
|
|
|
|||
|
|
2 |
2 |
1 |
+ 2 |
π f |
2 |
τ |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
98
Для оценки степени увлажнения определим значения ем-
костей при частотах 2Гц и 50Гц: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
C2 |
=CГ + |
|
|
|
|
|
∆C |
|
|
|
|
= |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
1+ |
|
2 |
π f |
2 |
τ2 |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
( |
|
|
|
) |
|
|
|
|
|
|
= 98,33 10−12 + |
|
|
|
49,78 10−12 |
|
|
|
=145,7 10−12 Ф, |
||||||||||||
|
|
( |
|
|
|
2 |
) |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
1+ 2 3,14 |
|
2 0,0182 |
|
|
|
|
||||||||||
|
C50 |
=CГ + |
|
|
|
|
|
∆C |
|
|
|
|
|
= |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
1+ |
|
2 π f |
2 |
τ2 |
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
( |
|
|
|
) |
|
|
|
|
|
|
= 98,33 10−12 + |
|
|
|
49,78 10−12 |
|
|
|
|
= 99,83 10−12 Ф. |
|||||||||||
|
|
( |
|
|
|
|
|
) |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
1+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
2 3,14 50 |
|
2 0,0182 |
|
|
|
|||||||||||
Степень увлажненности: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
C |
2 |
|
= |
145,7 10−12 |
=1,46 >1,3. |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
C |
50 |
|
|
99,83 10−12 |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Следовательно, изоляция недопустимо увлажнена. Подводя итог сказанному, можно заключить, что с помо-
щью измерения сопротивления изоляции можно судить лишь о грубых дефектах в изоляции. Коэффициент абсорбции дает более объективную оценку состояния изоляции, так как учитывает заряд абсорбции. Однако контроль заряда абсорбции по току абсорбции неудобен тем, что ток абсорбции мал и промышленные помехи сильно искажают его.
Ток абсорбции измеряется с большой погрешностью. Кроме того, ему препятствует сильный бросок тока заряда емкостей С1 и С2, от которого приходится защищать измерительные приборы. Поэтому удобнее пользоваться другими методами обнаружения явления абсорбции. Так, например, на практике можно применить метод измерения возвратного напряжения и напряжения саморазряда. Рассмотрим подробнее эти два метода.
99
6.4.КОНТРОЛЬ ИЗОЛЯЦИИ ПО ВОЗВРАТНОМУ НАПРЯЖЕНИЮ
Опыт, в котором наблюдается возвратное напряжение, состоит в следующем. Неоднородная изоляция, которую для простоты будем считать двухслойной, заряжает-
ся в течение одной минуты при постоянном напряжении, чтобы в ней накопился заряд абсорбции (рис. 6.5, а). В этом режиме высоковольтные реле Р1 и Р2 включены. Затем изоляция отключается от источника постоянного напряжения и ее электроды замыкаются накоротко на очень малый промежуток времени ∆t (реле Р1 и Р2 выключены). После этого реле Р1 остается выключенным, а реле Р2 включается. Начинается процесс восстановления напряжения на изоляции.
Рис. 6.5. Принципиальная схема устройства для измерения возвратного напряжения и напряжения саморазряда (а).
Зависимость возвратного напряжения от времени (б)
За время ∆t кратковременного замыкания электродов геометрическая емкость СГ полностью разряжается, а заряд абсорбции Qабс, накопленный на границе слоев, остается практически неизменным. На рис. 6.5, а полярность напряжения на конденсаторах показана до замыкания электродов накоротко. В период времени ∆t емкости слоев С1 и С2 включены параллельно и заряд абсорбции Qабс = Q2 – Q1 распределится на обе емкости и зарядит их до напряжения:
100
|
Qабс |
|
|
|
U R C |
−R C |
|
|
|
|||
U = |
|
= |
|
|
( 2 2 |
|
1 1 ) |
. |
(6-35) |
|||
0 |
1 |
+C |
2 |
|
( |
1 |
2 ) ( 1 |
+C |
2 ) |
|
|
|
C |
|
|
R |
+ R C |
|
|
|
После размыкания внешних электродов изоляции емкости С1 и С2 вновь оказываются соединенными последовательно и заряженными до одинакового напряжения U0, но разной полярности. Напряжения на слоях будут: U20 = +U0, а U10 = –U10. Поэтому в момент размыкания электродов (примем его за t = 0) напряжение на изоляции, как сумма напряжений на слоях, будет равно нулю. Однако далее емкости С1 и С2 будут разряжаться на сопротивления утечки своих слоев R1 и R2 c разной скоростью, так как постоянные времени слоев τ1 = R1C1 и τ2 =R2C2 неодинаковы. На изоляции появится напряжение uв, равное разности двух экспонент (рис. 6.5, б):
|
|
|
− |
t |
|
|
|
− |
t |
|
|
− |
t |
|
− |
t |
|
|
u |
=U |
|
e |
R2C2 −U |
|
e |
|
R1C1 =U |
|
e |
R2C2 −e |
|
R1C1 |
. |
(6-36) |
|||
в |
|
0 |
|
|
|
0 |
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Это напряжение и называют возвратным напряжением. По величине и форме возвратного напряжения можно судить о со-
стоянии изоляции.
Пример 6.3. Корпусная изоляция якоря тягового электродвигателя представлена в виде двухслойного диэлектрика (рис. 6.1, б) с параметрами: R1 = 60 МОм, R2 = 180 МОм, С1 = 0,2 мкФ, С2 =0,3 мкФ. Рассчитать величину возвратного напряжения на изоляции якоря, заряженного от источника постоянного напряжения U = 1000 В после отключения его от источника напряжения и кратковременного замыкания электродов. Чему будет равно возвратное напряжение через 30 секунд
после начала процесса восстановления напряжения? Решение: Постоянные времени слоев:
τ1 = R1C1 = 60 106 0,2 10−6 =12 с, τ2 = R2C2 =180 106 0,3 10−6 = 54 c.
Заряд абсорбции или внутренний поглощенный заряд ра-
вен:
101
|
U R C |
|
−R C |
|
||
Q =Q −Q = |
|
( |
2 2 |
1 1 ) |
= |
|
( |
1 |
|
2 ) |
|||
абс 2 1 |
|
|
||||
|
R |
+ R |
|
=U (τ2 − τ1 ) = 1000(54 −12) =175 10−6 Кл. (R1 + R2 ) (60 +180)106
Напряжение на конденсаторах С1 и С2 при кратковременном замыкании электродов изоляции накоротко:
|
|
|
|
|
|
|
= |
Q |
|
−Q |
|
= |
|
Q |
|
|
|
= |
|
175 10−6 |
|
= 350В. |
|||||||||||
|
|
|
U |
|
|
|
|
2 |
|
|
1 |
|
|
|
|
абс |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
0 |
C |
|
+C |
|
|
|
|
|
+C |
|
|
(0,2 + 0,3)10−6 |
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
C |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
Возвратное напряжение будет изменяться по закону |
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
e− |
t |
|
|
|
|
|
|
e− |
t |
|
|
|
|
|
(e− |
t |
−e− |
t |
|
t |
|
t |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
) = 350(e− |
|
−e− |
|
|
|
||||||||||||||
|
=U |
|
τ2 |
−U |
|
τ1 |
|
=U |
|
τ2 |
τ1 |
|
|
|
|||||||||||||||||||
u |
0 |
0 |
|
0 |
54 |
12 ). (6-37) |
|||||||||||||||||||||||||||
В |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Кривая, построенная по уравнению (6-37) приведена на рис. 6.6. Возвратное напряжение через 30 секунд после начала процесса восстановления напряжения будет равно:
|
|
|
(e− |
30 |
|
− |
30 |
|
− |
30 |
−e− |
30 |
|
|
u |
=U |
|
τ2 −e |
τ1 ) = 350(e |
|
|
|
) =172 В. |
||||||
0 |
54 |
12 |
||||||||||||
В 30 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 6.6. Зависимость возвратного напряжения от времени для примера 6.3
102