Кратковременная электрическая прочность Епр конденсаторного диэлектрика количественно оценивается отношением пробивного напряжения Uпр к расчетной толщине диэлектрика т. е. напряженностью электрического поля: Епр=Uпр\dс. Она зависит от многих факторов: толщины диэлектрика, площади обкладок, температуры, частоты, формы воздействующего напряжения. На рис. 8.1 приведена экспериментальная зависимость Епр от толщины изоляции. При определенной (оптимальной) толщине в ней наблюдается максимум Епр. Снижение Епр при d>dстах обусловлено увеличением искажения поля на краю обкладки с ростом толщины изоляции, а при dс<d стах— увеличением влияния сквозных пор и токопроводящих включений. При неизменной толщине изоляции изменение толщины одиночного бумажного листа приводит к изменению Епр. С уменьшением его толщины сдвигается в сторону меньших значений ввиду снижения числа сквозных пор. На рис. 8.2 приведена экспериментальная зависимость от толщины листа. Пропитанный диэлектрик из бумаг с повышенной электрической прочностью имеет Еар на 25—30% выше по сравнению с обычными бумагами (при dс=40 мкм). При dс>40 мкм этого преимущества не наблюдается. С увеличением плотности у бумаги ее электрическая прочность увеличивается.
В пропитанном бумажном диэлектрике электрическая прочность его компонентов — клетчатки и пропитывающей жидкости— различна, и поэтому изменение соотношения их толщин может менять характер пробоя диэлектрика. При некотором соотношении толщин слоев клетчатки dх0 и ЖИДКОСТИ ОНИ будут равнопрочными, и повышение напряжения до пробивного сразу приведет к полному пробою. При dх > dПР диэлектрика определяется электрической прочностью клетчатки, и пробой носит последовательный характер: вначале наступает пробой жидкости, в результате чего возникают критические частичные разряды, и только при дальнейшем повышении напряжения наступает полный пробой. При соотношении толщин, когда dпр диэлектрика определяется электрической прочностью пропитывающей жидкости, также сразу наступает полный пробой.
Рис. 8.1. Зависимость Е11р от dС бумажного диэлектрика (бумага КОН-1 толщиной 10 мкм) при постоянном (1) и переменном (2) напряжении (амплитудные значения), пропитка — трихлордифенил
Рис. 8.2. Зависимость от толщины листа
В реальном конденсаторном диэлектрике толщина слоя жидкости зависит и от коэффициента запрессовки к, однако Епр диэлектрика практически не изменяется с изменением к, хотя расчетная пробивная напряженность, определенная по формуле (2.3), изменяется значительно. Последняя, являясь условной величиной, в свете изложенного механизма пробоя, основанного на теории последовательного пробоя, не отражает истинной картины явления и не может служить критерием для оценки электрической прочности диэлектрика. Электрическая прочность секции, рассчитанная по прочности клетчатки, при различных коэффициентах запрессовки остается практически неизменной. Это показывает, что электрическая прочность секции в первую очередь определяется электрической прочностью ее твердой фазы. Однако и свойства пропитывающей жидкости также оказывают на нее определенное влияние. Исследования показывают, что при ех<еЕ в электрической прочности пропитанного бумажного диэлектрика с повышением еж наблюдается небольшая, но четкая тенденция к ее росту.
Применение синтетической пленки в качестве компонента конденсаторного диэлектрика значительно повышает его электрическую прочность и снижает разброс. Это объясняется большей по сравнению с бумагой однородностью пленок и большей их электрической прочностью, превышающей 300 МВ/м. Максимум в кривой Епр=f(dс) в диэлектрике с синтетической пленкой сдвигается в область малых толщин, как это видно из рис. 8.3.
Характер зависимости ЕпР практически одинаков как для постоянного, так и для переменного напряжения. Значение Епр при постоянном напряжении примерно вдвое выше действующего значения Епр при переменном напряжении промышленной частоты. Объясняется эго тем, что на переменном напряжении в предпробивной период возникают частичные разряды. Они появляются при напряжениях, более низких, чем пробивное, их интенсивность возрастает с увеличением напряжения, что приводит к частичному разрушению твердой фазы еще до наступления пробоя. Различие в характеристиках частичных разрядов объясняет некоторую разницу в значениях Епр при переменном напряжении при пропитке диэлектрика различными жидкостями. Влияние характеристик жидкости на Епр пленочного и бумажно-пленочного диэлектрика зависит ОТ соотношения Егж И
В диапазоне рабочих температур силовых конденсаторов значение Епр их изоляции несколько изменяется с изменением температуры. Для бумажно-масляного диэлектрика Еар независимо от рода напряжения линейно зависит от температуры: снижается во всем рабочем диапазоне температур от —60 до +80° С. Для бумажного диэлектрика, пропитанного полярными жидкостями, зависимость Епр от температуры в области до дипольного максимума 5 также имеет линейный характер: понижается с повышением температуры. Электрическая прочность такого диэлектрика при температурах, соответствующих зоне дипольного максимума, исследована недостаточно. По- видимому, в этом диапазоне следует ожидать снижения Епр, так как характеристики частичных разрядов здесь существенно ухудшаются. Кратковременная электрическая прочность пленочного диэлектрика также несколько снижается с повышением температуры. С повышением частоты воздействующего напряжения кратковременная электрическая прочность бумажной изоляции снижается, как это показано на рис. 8.4. Такой ход зависимости можно объяснить влиянием частичных разрядов в предпробивной период, интенсивность которых при прочих равных условиях увеличивается с ростом частоты.
При воздействии несинусоидального напряжения электрическая прочность Епр обычно определяется как отношение действующего значения пробивного несинусоидального напряжения к толщине диэлектрика. Однако определенная таким образом Епр не всегда правильно характеризует электрическую прочность изоляции, так как на ее значение существенное влияние может оказывать амплитудное значение напряжения. Форма напряжения зависит от гармонических составляющих и их начальных фаз.
Рис. 8.3. Зависимость Епр бумажного (1) и бумажно-пленочного (2) диэлектриков от dc (действующее значения). Содержание пленки — 50%, пропитка — трихлордифенил
Рис. 8.4. Зависимость Евр бумажно-масляного диэлектрика от частоты
Изменением начальных фаз гармоник можно изменять форму напряжения, т. е. изменять ее наибольшее мгновенное значение или амплитуду без изменения действующего значения. Наличие пиков в несинусоидальной кривой может влиять на длительную электрическую прочность. Это обстоятельство следует учитывать при проектировании конденсаторов для работы при несинусоидальном напряжении.
Уровень кратковременной электрической прочности при воздействии импульсного напряжения может быть различным. При одиночном кратковременном униполярном импульсе Епр будет больше, чем при постоянном напряжении. Повышение частоты следования импульсов снижает Епр вследствие эрозии диэлектрика частичными разрядами. Значение Епр при импульсном напряжении должно определяться в каждом конкретном случае.
