Материал: Инновационные технологии и оборудование. Межвузовский сборник научных трудов. Пачевский В.М
более низких частотах (дипольно-эластические потери). Для кристаллических, ориентированных и особенно для пространственных полимеров перемещение участков цепей наиболее затруднено, поэтому для них дипольно-эластические потери малы. С повышением температуры (при f = const) диэлектрические потери (и tg 
) возрастают из-за уменьшения 
до тех пор, пока 
не станет равным 1/2 f, и снижаются при дальнейшем увеличении , т.е. наблюдается температурный максимум потерь.
Величина потерь энергии в полярных диэлектриках
|
E2 |
|
||
W |
|
tg , |
(2) |
|
8 |
||||
|
|
|
||
где - угловая частота переменного тока; Е - напряженность внешнего поля;
£ - диэлектрическая проницаемость полимера.
Величина потерь увеличивается с ростом частоты , поэтому полярные диэлектрики, с высоким tg
, нельзя применять в полях высокой и сверхвысокой частоты.
В неполярных диэлектриках потери обусловлены только нагреванием за счет протекания сквозного тока: W=J2скв*R . Проводимость их мала, поэтому и потери малы; они не зависят от частоты.
При пробое ток в диэлектрике резко возрастает, и он становится проводником. Пробой может наступить в результате ионизации диэлектрика электронами, ускоренными сильным электрическим полем (электрический пробой), или ионизации диэлектрика при его сильном нагреве (тепловой пробой). Нагрев может быть следствием диэлектрических потерь энергии или протекания больших сквозных токов.
Пробивная напряженность Eпр = Uпр /h (Uпр - пробивное напряжение, h-толщина диэлектрика) характеризует электрическую прочность диэлектрика. Она наибольшая у полярных полимеров.
Закономерностями электрического старения полимерных плѐнок называются зависимости среднего времени жизни ж от напряжѐнности поля Eср=U/h,температуры Т и частоты электрического поля f. Зависимость
lg ж f (lg Е) |
(3) |
163
при Т= const изображается прямой или ломаной линией, тогда как зависимость lg ж =f(E) имеет криволинейный характер. Следовательно
В E ml , |
|
ж i |
(4) |
|
где i =1;2; коэффициенты Вi и ml соответствуют участку Е < Е* , B2, m2 - участку Е > Е* ; E* - напряжѐнность поля, соответствующая излому линии lg ж =f(lgE). Значения коэффициентов m почти не зависят от температуры (m1 = 3…4, m2 = 10…12 в переменном поле, m = 10…14 в постоянном поле), а коэффициенты В почти одинаковы для однослойного и двухслойного образцов.
В интервале Еи |
< Е < Е* |
время жизни |
ж обратно |
пропорционально частоте |
|
|
|
ж f = const |
при E = const |
(5) |
|
Однако при Е > Е* произведение |
ж f при данном значении Е |
||
резко уменьшается с ростом частоты.
Кроме того, при Е = Еи (Еи - напряжѐнность начала ионизации) с уменьшением напряжѐнности поля наблюдается резкое возрастание ж в связи с тем, что при Е < Еи частичные разряды отсутствуют, и электрическое старение полимерных плѐнок не развивается. Зависимость ж =f(E) вблизи Еи
|
|
|
B E m1 |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
ж |
|
|
Ен |
|
п |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
1 |
Е |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
; n =>10 |
(6) |
|
|
|
|
|
|
|
||
Зависимость lg ж =f(1/T) изображается прямыми и ломаными линиями. Для каждого из отрезков прямых справедливо эмпирическое соотношение
ж = 0 |
exp( W/kT ) |
(7) |
Излом линии lg ж |
=f(1/T) в постоянном поле происходит для |
|
полиэтилентерефталата при температуре стеклования. В переменном
поле зависимость lg ж =f(1/T) |
наблюдалась |
для |
|
политетрафторэтилена выше 377 0К. |
|
|
|
Основные |
закономерности |
электрического |
старения |
плѐночных полимерных диэлектриков, установленные на специальных образцах, были сопоставлены с данными, характеризующими время жизни полимерной изоляции
164
промышленных изделий и их макетов. Результаты: во всех случаях
зависимость ж |
от E характеризуется соотношением (4), а значения |
коэффициентов |
mi для изоляции промышленных изделий |
оказываются приблизительно такими же, как и для специальных образцов. Различие заключаются лишь в том, что значения ж и Uпр для первого случая несколько меньше, чем для второго вследствие больших размеров электродов в промышленных изделиях.
Соотношения (4) … (7) используются для расчѐта среднего срока службы или вероятности отказов полимерных изоляций по результатам ускоренных испытаний. В случае постоянного
электрического поля |
|
ж (Q)=C(Q)E-m exp W/kT , |
(8) |
полученного на основе ускоренных испытаний, были рассчитаны
зависимости |
Qрасч=f(lg ж) |
и сопоставлены с |
результатами |
длительных |
испытаний. |
Экспериментальные |
значения Qэксп |
сравнительно мало отклоняются от кривых Qрасч=f(lg ж)
Основным фактором, обуславливающим развитие процесса электрического старения полимерных плѐнок, являются частичные разряды в газовых включениях изоляции. Снижение интенсивности частичных разрядов приводит к резкому возрастанию времени жизни при помещении испытательных устройств в вакуум, при Е < Еu, при заполнении жидким диэлектриком прослоек изоляции. Кроме того, в интервале Еu < Е < Е* время жизни ж обратно пропорционально частоте электрического поля, т.е. и частоте следования разрядов n, и существует аналогичная зависимость поле частоты следования разрядов, так и времени жизни от температуры и напряжѐнности поля:
ж = 0 exp W /kT;n=n exp(- Wn/kT ; |
(9) |
ж =B E-m ;n=BnE+mn |
(10) |
Во всех случаях m
> mn с повышением напряжѐнности поля времени жизни уменьшается более резко, чем растѐт частота следования разрядов.
Частичные разряды, действуя на полимерные плѐнки, вызывают в них изменения. В частности, постепенно уменьшается кратковременное пробивное напряжение Uпр; кривые распределения Q=f(Ut) с возрастанием t смещаются в сторону малых значений U и при этом деформируются, так как величина Ut убывает с течением времени тем быстрее, чем меньше исходное значение пробивного
165
напряжения. В результате обработки результатов испытаний удаѐтся установить характер зависимости Ut=f(t).
В переменном электрическом поле снижение при старении полимерных плѐнок происходит неравномерно в течение времени t = (0,7…0,8) ж значение Ut почти не изменяется, с приближением момента пробоя резко снижается. Такой характер зависимости Ut=f(t) соответствует предположению, что скорость эрозии в полимерной плѐнке в переменном поле определяется средней напряжѐнностью поля в оставшейся части плѐнки толщиной h
dh / dt = -C(U/h) m , |
(11) |
где С и m - постоянные коэффициенты.
Если к учесть, что Uпр =Eпр /h, и пренебречь изменением Eпр за счѐт химических реакций, то после интегрирования уравнения (11),
U0 m+1 |
-Utm+1=Dt, |
(12) |
где D = CEom+1Um(m+1) |
|
|
В момент |
времени t = |
ж кратковременное пробивное |
напряжение снижается до значения приложенного напряжения Ut и происходит пробой.
Подставляя в уравнение (12) Ut = U и t = |
ж , получаем |
|
ж = BE -m 1-(U/U0 )m+1 , |
|
(13) |
где В = h /С(m +1) . |
|
|
Далее, из соотношений (12) и (13) следует |
|
|
1-(Ut/Uo)m+1/1-(U/U0 )m+1 =t/ |
ж. |
(14) |
Соотношения (12)…(14) характеризуют распределение образцов по величинеUt, зависимость времени жизни от напряжѐнности поля, измерение кратковременного пробивного напряжения плѐнке в процессе старения. Проверка показала, что эти соотношения согласуются с экспериментальными данными.
Литература:
1.Койков С. Н., Цикин А. Н. Электрическое старение твердых диэлектриков - Л., Энергия, 1968. - 184 с.
2. Электрические свойства полимеров. Под ред. д-ра физ.-мат. наук Б.И. Сажина. Изд. 2-е, пер. - Л., Химия, 1977. - 192 с.
3.Яманов С.А. Химия и радиоматериалы. - М.: Высшая школа,
1970. - 278 с.
166
4.Базарова Ф.Ф. Органические и неорганические полимеры в конструкциях РЭА. - М.: Советское радио, 1974. - 184 с.
Получено: 20.12.2003 |
Воронежская государственная |
|
лесотехническая академия |
УДК 629.33.064.5 |
|
МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ АВТОТРАКТОРНЫХ ПРОВОДОВ
Волков В.С., Митрофанов С.Г., Протасов А.М.
Представлен анализ методов испытаний автотракторных проводов, рассмотрена оценка применимости проводов для конкретных нагрузочных режимов.
Действующие ГОСТ и ТУ на автотракторные провода предусматривают проверку их качества путем проведения различных испытаний. Различают следующие виды испытаний: приемо - сдаточные, периодические и типовые.
Приемо-сдаточные испытания — это контрольные испытания готовой продукции, проводимые изготовителем. Периодические испытания, это контрольные испытания готовой продукции, проводимые периодически в объеме и сроки, установленные технической документацией. Типовые испытания — это контрольные испытания готовой продукции до и после внесения изменений в конструкцию провода или технологию его изготовления в целях проверки внесенных изменений или сравнения качества продукции, изготовленной в различное время.
Кприемо-сдаточным испытаниям относят проверку конструктивных элементов токопроводящих жил (количество проволок и диаметр), изоляции, сердечника, оболочки, оплетки, брони, наружного диаметра провода, его расцветки и строительной длины; измерение электрического сопротивления токопроводящих жил; испытание изоляции проводов высоким напряжением.
Кпериодическим испытаниям относят испытание изоляции высоким напряжением на пробой; измерение сопротивления изоляции, определение содержания нерастворимой фракции (гель фракции в облученном полиэтилене); измерение вносимого затухания; испытание на продавливание изоляции; определение разрушающего напряжения при разрыве и относительного удлинения
167