ПРОБОЙ ЖИДКИХ ДИЭЛЕКТРИКОВ

Для жидких диэлектриков применимы три теории пробоя: электрическая, газовая и тепловая.

Электрическая теория

Чисто электрический пробой характеризует неполярные жидкие диэлектрики максимально очищенные от примесей. В таких жидкостях под действием электрического поля происходит вырывание электронов с поверхности катода и перемещение их к противоположно заряженному аноду. В связи с тем, что плотность жидкости больше, чем плотность газа, средняя длина свободного пробега электрона в жидком диэлектрике будет меньше, чем в газообразном. Поэтому пробой жидких диэлектриков происходит при более высоких напряжениях, чем пробой газообразных диэлектриков.

Большинство жидкостей содержат в себе примеси. Примеси могут находиться в различных состояниях (пузырьки газа, капельки воды, твердые частицы).

Газовая теория

Практически все жидкие диэлектрики содержат в себе примеси в виде пузырьков газа. При действии на такие жидкости электрического поля в газовых пузырьках с точки зрения газовой теории пробоя происходит ударная ионизация, в результате чего газовые пузырьки деформируются, приобретая вид вытянутых эллипсоидов, притягиваются друг к другу разноименно заряженными концами и образуют проводящий мостик между электродами, по которому и происходит пробой.

Тепловая теория

Согласно тепловой теории пробоя жидких диэлектриков, разработанной академиком Н.Н. Семеновым, в местах сосредоточения примесей происходит искажение формы электрического поля, в результате чего в этих местах происходит интенсивный разогрев жидкого диэлектрика, связанный с повышенной мощностью диэлектрических потерь. Это приводит к вскипанию жидкости с образованием многочисленных газовых пузырьков, которые в последствии деформируются и образуют проводящие цепочки между электродами, по которым в последствии и проходит пробой.

Приведем зависимости электрической прочности Е_пр жидкого диэлектрика (трансформаторного масла) от содержания воды в нем и температуры (для сухого и увлажненного трансформаторного масла) и поясним их.

Рисунок 22 – Зависимость Е_пр от содержания воды в жидком диэлектрике (трансформаторное масло). Испытание проведено в стандартном разряднике
(h=2,5 мм)

Рисунок 23 – Зависимость электрической прочности жидкого диэлектрика (трансформаторного масла) от температуры

1 – подсушенное трансформаторное масло, 2 – увлажненное трансформаторное масло

Вода в виде отдельных мелких капелек, находящихся в трансформаторном масле, при нормальной температуре значительно снижает Е_пр (рис. 22). Под влиянием электрического поля сферические капельки воды — сильно дипольной жидкости — поляризуются, приобретают форму эллипсоидов и, притягиваясь между собой разноименными концами, создают между электродами цепочки с повышенной проводимостью, по которым и происходит электрический пробой.

Для подсушенного масла (кривая 1 на рис. 23) электрическая прочность практически не зависит от температуры до значения +80 ⁰С. Если температура превышает +80 ⁰С, то электрическая прочность подсушенного масла несколько снижается за счет испарения легких летучих фракций масла и интенсивного образования пузырьков газа в трансформаторном масле.

Для увлажненного масла (кривая 2 на рис. 23) при отрицательных температурах наблюдается возрастание электрической прочности, что связано с замерзанием воды, находящейся в масле. В интервале температур от 0 ⁰С до +60 ⁰С также наблюдается рост электрической прочности, что связано с переходом воды из состояния эмульсии в состояние молекулярного раствора и с частичным испарением воды. Если температура будет выше +80 ⁰С, то, как и для подсушенного масла, наблюдается снижение электрической прочности по тем же причинам.