Descriere bibliografică:
Procesele de polarizare în dielectricile neomogene stau la baza multor fenomene care apar în sistemul izolator al transformatoarelor de înaltă tensiune și permit estimarea stării lor și a duratei de viață. Datorită utilizării materialelor electroizolante cu diferite proprietăți dielectrice și a prezenței incluziunilor, izolația echipamentelor de înaltă tensiune are o structură eterogenă. În transformatoarele de putere, neomogenitatea se formează datorită straturilor alternante de izolație solidă (carton electric) și lichid (ulei de transformator), incluziuni sferice pline cu gaz, etc. [1, p. 17].
Să analizăm în detaliu modul în care se schimbă un câmp electric extern în dielectrici cu o structură neomogenă.
1. Câmp electric într-un dielectric cu două straturi în absența curenților de conducere.
Am plasat un dielectric în două straturi între plăcile unui condensator plat. Să introducem notația: grosimea primului strat dielectric. dielectric constant. al doilea strat, respectiv. Vom considera cazul ideal când curentul de conducție este absent și conductivitățile straturilor dielectrice sunt zero.
Încărcăm condensatorul conectând o sursă de tensiune constantă la plăcile sale. Pe plăcuțele condensatoarelor vor apărea încărcări de semne opuse (figura 1), care vor crea un câmp electric. unde este distanța dintre plăcile condensatorului.
Dielectricul, fiind într-un câmp electric creat de plăcile de condensatoare, este polarizat și apar taxe asociate la limitele sale. Aceste sarcini creează propriul câmp electric, care este îndreptat opus câmpului exterior și, prin urmare, ar trebui să-l slăbească. Calculăm câmpurile electrice din straturile dielectrice.
Deoarece diferența de potențial la limitele primului strat al dielectricului. a celui de-al doilea strat dielectric. și diferența de potențial dintre plăcile de condensatoare.
Lăsați stratul de carton electrotehnic () să fie între straturile subțiri de ulei de transformator (), apoi câmpul electric din straturile de ulei va fi egal. Rezultatul obținut este în concordanță cu valoarea câmpului electric într-un singur strat subțire de ulei adiacent cu cartonul electrotehnic.
4. Un câmp electric într-un dielectric cu trei straturi cu curenți de conducție.
Trecem de la cazul ideal la cazul real, când straturile dielectrice au conductivități specifice. și, respectiv. Apoi, în loc de (5), obținem un sistem de două ecuații:
Rezolvând sistemul de ecuații (10) și (14), se pot obține expresii pentru câmpurile electrice într-un dielectric cu trei straturi. Cu toate acestea, soluția sistemului de ecuații pentru un dielectric cu trei straturi este destul de complicată și greoaie, așa că ne limităm la un caz special.
Lăsați stratul de carton electrotehnic destinat transformatoarelor cu umplere cu ulei, grosime [4], permitivitate dielectrică și conductivitate medie să fie înconjurat pe ambele părți de straturi subțiri de grosimea uleiului de transformator. permitivitatea dielectrică. conductivitate specifică. Rezolvind sistemul de ecuații diferențiale (10), (14) numeric pentru un anumit caz dat, obținem rezistența câmpului electric în straturi subțiri de ulei de transformator. adică de 10 ori mai mare decât puterea câmpului electric extern.
5. Câmp electric în incluziuni sferice pline cu gaz.
Să ne gândim cum se schimbă un câmp electric extern într-o incluziune sferică completă cu gaz, de exemplu, un pori de aer într-un strat de izolație din ulei sau hârtie. La limitele exterioare ale porilor, datorită polarizării și orientării momentelor dipol ale moleculelor dielectrice de-a lungul direcției câmpului extern, apar taxele asociate. Aceste sarcini creează un câmp electric, componenta normală a intensității căreia în interiorul porului va fi egală și co-direcționată cu câmpul extern (figura 2). Prin urmare, în interiorul cavității va exista un câmp electric.
Deoarece gazul cu care porii este umplut este un dielectric, el va fi de asemenea polarizat și vor apărea sarcini asociate pe limita interioară a cavității (figura 2). Aceste taxe legate vor crea un câmp electric. a cărei componentă normală este îndreptată împotriva câmpului. Astfel, va exista un câmp electric în interiorul porului de gaz.
Pentru a găsi intensitatea câmpului electric în interiorul unei incluziuni sferice umplută cu gaz, folosim Eq. (15) [5, p. 151]:
unde este permitivitatea gazului care umple porii, este constanta dielectrică a dielectricului exterior.
Lăsați porii sferici umplut cu aer. este în ulei de transformator cu. atunci intensitatea câmpului electric din pori este. Dacă porii sferici umplut cu aer () se află în stratul de hârtie al izolației (), atunci intensitatea câmpului electric în aer. Astfel, intensitatea câmpului electric din incluziunea sferică plină cu gaz va fi mai mare decât rezistența câmpului electric extern.
Concluzie. Contrar credintei populare, potrivit căreia câmpul electric extern în dielectric este redus, în dielectricilor cu structură neuniformă a câmpului electric extern poate fi îmbunătățită. În straturile subțiri ale unui dielectric neomogen situat perpendicular pe direcția câmpului, precum și în incluziuni sferice pline cu gaz, câmpul electric poate depăși de câțiva ori câmpul extern. Acest fenomen afectează în mod negativ calitatea înaltă tensiune a sistemului de transformator de izolare și poate da naștere la defecte nedorite, cum ar fi descărcărilor parțiale și intervalele de degradare electrice. Formarea porilor de aer în componenta de hârtie a izolației poate duce la descărcări parțiale în golurile de aer și, ca urmare, distrugerea structurii celulozei și deteriorarea izolației.
Skanavi G.I. Fizica dielectrică (regiunea câmpurilor slabe) T. 1.-M. Editura de Stat de Literatură Tehnică și Tehnică, 1949. - 500 p.Matveev A.N. Electricitate și magnetism. - M. High School, 1983. - 463 p.
?php include ($ _SERVER ["DOCUMENT_ROOT"]. "/ vstavki / blokvtext2.php"); ?>
Termeni de bază (generați automat). câmp electric, câmp electric, intensitatea câmpului electric, câmpul electric extern, câmp electric, stratul dielectric, uleiuri de transformator, panoul electric, curenții de conducție ale primului strat dielectric, straturile dielectrice, rezistența externă a câmpului electric al electric extern, gaz-umplut sferic, lipsa curenților de conducere , câmp electric de câmp, straturi de dielectric, al doilea strat de dielectric, straturi de ulei de transformator, încărcături legate.
Trimiteți-le prietenilor: