Зависимость от внешних факторов.

Давление. Повышение гидростатического давления над жидкостью до 150 – 200 атм, достижимое в экспериментах по пробою жидкостей и в высоковольтных аппаратах и устройствах с жидкой изоляцией, не изменяет свойств самих жидкостей из-за их практической не сжимаемости. Поэтому повышение электрической прочности жидкостей при увеличении давления, проявляющееся в той или иной мере в зависимости от экспериментальных условий, следует связывать с воздействием трех факторов:

- наличием на электродах и в жидкости газа до приложения поля,

- образованием газа (преимущественно на электродах) при приложении напряжения вследствие вскипания, электролиза и др.,

- газовой природой разрядного канала в жидкости.

Повышение давления может изменять условия образования газа, точку равновесия между молекулярно-растворенным газом и газом в виде пузырьков, влиять на процессы в разрядном канале, определяющие его электрофизические характеристики. При исследовании пространственно-временных характеристик разряда в жидкостях с существенно различными свойствами при изменении экспериментальных условий в широких пределах установлено, что при увеличении давления:

- увеличивается напряжение зажигания разряда, т.е. появления первых регистрируемых изменений в жидкости;

- уменьшается диаметр разрядных каналов на всех стадиях их развития (первичный и лидерный каналы);

- уменьшается амплитуда импульсов тока и свечения, сопровождающих развитие разряда;

- в промежутках с квазиоднородным полем увеличивается вероятность перехода от разряда с катода (пузырьковый механизм пробоя) к разряду с анода (возможно ионизационный механизм пробоя). Наиболее чувствительны к повышению давления медленные разрядные каналы, развивающиеся по пузырьковому механизму. Влияние давления на электрическую прочность жидких диэлектриков зависит от длительности приложения напряжения, степени дегазации жидкости, электрической проводимости, а также от конфигурации электродной системы.

Рис. 4.5. Вольт-секундные характеристики промежутка +О –П (а) и –О +П (б) в дегазированном (пунктир) и недегазированном (сплошные линии) трансформаторном масле при различных значениях гидростатического давления (цифры у кривых, Па). Расстояние между электродами 3 мм.

При воздействии импульсного напряжения зависимость Е_пр = f(р)

носит насыщающий характер (рис. 4.6). В пределах от 0,1 до 1,2МПа зависимость U_пр воды от р для импульсов наносекундной длительности можно описать выражением

где U_пр(р₀) – пробивное напряжение при атмосферном давлении (р₀ = 0,1 МПа); n – показатель степени, зависящий от параметров импульса. Для квазипрямоугольного импульса 1/100 нс n = 0,15.

При одинаковой длительности импульса влияние р на Е_пр в однородном поле существенно сильнее, чем в неоднородном (рис. 4.6 и 4.7). Повышение давления над водой до 150 кг/см² в неоднородном поле увеличивает пробивное напряжение на 40 – 50% (рис. 4.7), а в однородном поле в 2 раза (рис. 4.6).

Рис. 4.6. Зависимость импульсной электрической прочности воды от давления в однородном поле при зазоре 0,8–1,2 см и длительности 0,2 мкс.

Рис. 4.7. Вольт-секундные характеристики воды в поле электродов +О-П при различных давлениях и температурах: 1–Т=20 °С, Р=150 атм; 2 – Е=20 °С, Р=1 атм; 3– Т=100 °С, Р=1 атм.

Объясняется это тем, что пробивная напряженность в однородном поле в значительной мере определяется процессами инициирования пробоя, развивающимися в приэлектродных областях. Газ, скапливающийся на электродах и подверженный воздействию давления, решающим образом влияет на инициирование пробоя.

Повышение гидростатического давления может быть рекомендовано в качестве способа увеличения рабочих градиентов изоляции высоковольтных устройств в следующих случаях: а) высокой проводимости жидкости (вода, глицерин), б) большой площади электродов, в) большой длительности воздействия напряжения (> 0,5 ÷ 1 мкс).

Температура. При сочетании условий пробоя, обеспечивающих наибольшую вероятность ионизационного механизма пробоя жидкостей (кратковременного воздействия напряжения, высокой степени очистки и дегазации), электрическая прочность медленно уменьшается при увеличении температуры от 273 К до температуры, близкой к температуре кипения данной жидкости (рис. 4.8, кр. 2). При этом уменьшение длительности воздействия напряжения ослабляет влияние Т на Е _пр.

Для технически чистых жидкостей, содержащих различного рода примеси, и длительных воздействий напряжения, зависимость их прочности от температуры обусловлена, прежде всего, зависимостью от температуры содержания влаги и газов и перераспределения их между эмульгированным и молекулярно растворенным состояниями. Кроме того, необходимо учитывать термическое разложение жидкостей, изменение их вязкости, поверхностного натяжения, плотности и, следовательно, скорости электроконвективных процессов и электрогидродинамических течений. Скорость течения жидкости влияет на ее электрическую прочность, увеличивая ее за счет разрушения мостиков из примесных частиц, капель влаги и пузырьков газа. Но увеличение скорости может и уменьшить электрическую прочность, если поток жидкости вносит в область больших Е потоки пузырьков.

Рис. 4.8. Зависимость E _пр от температуры эксплуатационного (1) и осушенного (2) трансформаторного масла в стандартном разряднике.

Большая совокупность факторов, влияющих на температурную зависимость пробивных процессов, обуславливает сложный характер зависимости электрической прочности реальной жидкой изоляции от температуры (рис. 4.8., кр. 1). При отсутствии контакта холодного трансформаторного масла с окружающим воздухом его электрическая прочность не имеет минимума вблизи температур, примерно равных 273 К. При увеличении загрязнения жидкостей различие в Е _пр при Т ≈ 273 К и 353 К может достигать 200%. Качественный ход Е _пр = f (T) сохраняется не только для жидкостей разной степени очистки, но и для комбинированной изоляции. Для такой изоляции влияние температуры на электрическую прочность зависит также от скорости образования газа при разложении твердых диэлектриков и скорости выделения из них влаги, количества влаги и газов, которые могут абсорбировать твердые диэлектрики, от механизма переноса зарядов в комбинированной изоляции.