Барьерная электрическая изоляция в высоковольтных изоляционных конструкциях

• Автор: Чичикин, Валерий Иосифович
• Шифр специальности: 05.09.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 161 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ з
ГЛАВА 1. Барьерный эффект в диэлектриках (литературный обзор)
ГЛАВА 2. Поведение неоднородных твердых диэлектриков в электрическом поле
2.1 Методика проведения эксперимента
2.1.1 Методика исследования характеристик дендритообразования
2.1.2 Методика определения электрической прочности и исследования особенностей развития разрядных каналов в квазиоднородном электрическом поле
2.2 Влияние барьеров на пространственно-временные характеристики дендритообразования
2.3 Влияние барьеров на кратковременную электрическую прочность и развитие разрядных каналов в квазиоднородном электрическом поле
ГЛАВА 3. Влияние поляризации на поведение неоднородных диэлектриков в электрическом поле
3.1 Методика проведения эксперимента
3.1.1 Мостовой метод измерения є и tg5
3.1.2 Метод электрического гистерезиса
3.1.3 Методика определения пробивного напряжения и предварительной поляризации образцов в резконеоднородном электрическом поле
3.2 Исследование диэлектрической проницаемости и неоднородных диэлектриков
3.3 Исследование влияния предварительной поляризации барьера на пробивное напряжение воздушного промежутка
ГЛАВА 4. Основные рекомендации по конструированию высоковольтной изоляции с барьерами с коаксиальной системой электродов
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
ПРИЛОЖЕНИЕ 2

ВВЕДЕНИЕ
Под барьерным эффектом обычно понимают значительное повышение пробивного напряжения или времени до пробоя изоляционного промежутка, в котором помещен дополнительный диэлектрический или проводящий слой - барьер. Барьерный эффект известен уже более 75 лет, однако, несмотря на широкое использование его в высоковольтной технике объяснение механизма этого эффекта до сих пор находится на уровне противоречивых полуэмпирических моделей. Практически ни в одной из многочисленных работ, посвященных исследованию или применению барьерного эффекта в твердых диэлектриках, не делается попытка объяснения наличия оптимума в зависимостях пробивного напряжения или времени до пробоя от местоположения барьера в промежутке. Этому факту либо вообще не уделяется внимания, либо он принимается как известный факт, без попытки объяснения физики этого интереснейшего феномена.
До настоящего времени нет ответа на вопрос о роли каждого из многочисленных факторов, таких как влияние объемного заряда, удлинение пути разрядного капала, механические и электрофизические характеристики барьера, неоднородная поляризация и т.д., в пробое промежутка с барьером.
В этой связи изучение механизма барьерного эффекта в двух- и трех-слойных твердых диэлектриках является актуальной задачей как с научной точки зрения, для дальнейшего изучения физики пробоя комбинированной многослойной изоляции, так и с точки зрения его практического применения, для корректного подхода к конструированию барьерной электрической изоляции в высоковольтных конструкциях.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА работы заключается в следующем:
- впервые показано, что независимо от конфигурации внешнего электрического поля оптимальное местоположение барьера в изоляционном промежутке определяется “геометрическим” или размерным фактором; экстремальный характер изменения электрической прочности, пробивного напряжения, времени до зарождения дендритов и времени до пробоя при оптимальном местоположении барьера обусловлен наличием минимума локального коэффициента неоднородности поля в промежутке;

впервые экспериментально установлено, что в квазиоднородном внешнем электрическом поле удлинение пути разрядного канала в многослойных диэлектриках не является определяющим фактором в барьерном эффекте; обнаружена корреляционная связь между длиной разрядных каналов и величиной удельной энергии, запасаемой в первом изоляционном слое;
- впервые экспериментально показано, что барьерный эффект зависит не только от соотношения диэлектрических проницаемостей и проводимостей материалов основной изоляции и барьера, но и от степени неоднородности композиционного материала с высокой диэлектрической проницаемостью; установлено, что зарождение и развитие каналов неполного пробоя происходит в условиях резконеоднородного поля за счет наличия локальных очагов усиления электрического поля в неоднородных диэлектриках;
- впервые экспериментально показано, что доминирующую роль в барьерном эффекте играет неоднородная поляризация.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ работы заключается в следующем:
- сформулированы практические рекомендации по проектированию изоляционных конструкций с барьером для оптимального выбора таких параметров, как местоположение барьера в межэлектродном промежутке, соотношение диэлектрических проницаемостей и проводимостей основного изоляционного и барьерного материалов и выбора рабочей напряженности с учетом перераспределения электрического поля по диэлектрическим проницаемостям слоев и зависимости их электрической прочности от толщины;
сформулированы основные требования к электрофизическим характеристикам материала барьерного слоя;
- разработаны новые композиционные материалы для барьерного слоя.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты диссертационной работы обсуждались и докладывались на 4ой Всероссийской конференции "Перспективные материалы, технологии, конструкции" (Красноярск, май 1998 г.); на 3rd International Conference on Electric Charge in Solid Insulators (29 June-3 July, 1998, Tours, France); на 4ой научно-технической конференции молодежи и студентов "Современная техника и технологии" (Томск, апрель

при шкале 75 кВ ДС/ = —-75= 1.125 кВ

при шкале 50 кВ АС/= -^--50 = 0.75 кВ

при шкале 25 кВ АС/ = • 25= 0.375 кВ

Максимальная абсолютная погрешность измерения пробивного напряжения с помощью киловольтметра С-196 составляла:
при шкале 30 кВ АС/ = —?—■ 30 = 0.3 кВ

при шкале 15 кВ АС/ = —— • 15= 0.15 кВ

при шкале 7.5 кВ АС/ = —-7.5 = 0.075 кВ

Максимальное значение относительной погрешности 5и образцов с барьерами при использовании шкалы на 75 кВ и составляло:
8 = .100% = 2.25%

Максимальное значение относительной погрешности 8и однослойных образцов при применении шкалы на 7.5 кВ и составляло:
= —■ 100% = 2.5%

Для анализа особенностей развития разрядных каналов в трехслойных диэлектриках на основе ПЭНП с помощью микротома МС-2 выполнялся срез образцов в месте пробоя. Форма каналов пробоя исследовалась в отраженном свете с помощью системы оперативного контроля микроструктуры полимеров (СОКМП), структурная схема которой приведена на рис.2.5. Данная система используется в лаборатории “Полимер” НИИВН при ТПУ и состоит из оптического микроскопа, фотосканера “ишьсап” и ПЭВМ.
Регистрация изображения осуществлялась с помощью микроскопа МБИ-6. Затем с помощью фотосканера осуществлялось сканирование изображения с последующей записью в память компьютера и обработкой