Пробой жидких диэлектриков.

Пробой жидких диэлектриков является тепловым пробоем. Однако в идеальных жидких диэлектриках может произойти электрический пробой.

Нерастворенная примесь всегда присутствует в технически чистом жидком диэлектрике и обычно равномерно распределена в его объеме. Под действием приложенного электрического поля частицы этой примеси сравнительно быстро перераспределяются и скапливаются в местах с наиболее высокой напряженностью поля, образуя цепочки, соединяющие между собой электроды. Эти цепочки из-за разных величин диэлектрической проницаемости жидкого диэлектрика и примеси увеличивают неоднородность поля и приводят к снижению электрической прочности диэлектрика. Образовавшиеся цепочки имеют высокую электропроводность, а значит, по ним пойдет ток сравнительно большой плотности, под действием которого они мгновенно нагреются до высокой температуры и перейдут в газообразное состояние. По образовавшимся газовым микроканалам и произойдет пробой аналогично пробою газа.

В жидком диэлектрике могут присутствовать примеси трех видов: газообразные, жидкие и твердые.

При наличии газообразных примесей пробой начинается с ионизации газовых включений. В результате ионизации температура стенок газовых включений возрастает. Это приводит к вскипанию микрообъемов жидкости, примыкающих к включению. Объем газа увеличивается, включения сливаются, образуя между электродами «мостик», по которому происходит пробой.

Примесь в виде жидкости может находиться в трех состояниях: в растворенном виде, в виде эмульсии (шарики диаметром 2-10 мкм) и в виде отстоя на дне резервуара. Наибольшее влияние на электрическую прочность диэлектрика оказывает влага в виде эмульсии. Сферические капли воды под действием сил электрического поля разбиваются на более мелкие капли, втягиваются в места с наибольшей напряженность поля, вытягиваются вдоль линий электрического поля и образуют цепочки соединяющие электроды с малым электрическим сопротивлением. Существенно возросшие электропроводность и диэлектрические потери приводят к местному перегреву образовавшихся цепочек, по которым и развивается пробой при гораздо более низком напряжении.

Твердые примеси в виде взвеси в трансформаторном масле искажают электрическое поле внутри масла (делают его более неоднородным). Наличие в масле волокон целлюлозы значительно уменьшает пробивное напряжение за счет образования проводящих мостиков.

В максимально очищенных от примесей жидкостях при высоких значениях напряженности электрического поля может происходить вырывание электронов из металлических электродов и разрушение молекул самой жидкости за счет соударений с заряженными частицами, как и в случае пробоя газов (электрический пробой).

Электрическая прочность трансформаторного масла зависит от температуры. При температуре 0^оС вода, содержащаяся в масле, находится в эмульсионном состоянии, поэтому электрическая прочность имеет практически минимальное значение. При повышении температуры вода переходит в растворенное состояние, т.е. её свободное состояние исчезает. В состоянии раствора примесь воды в меньшей степени снижает электрическую прочность (увеличение Епр на кривой 2). При температуре 70^оС в трансформаторном масле начинается процесс кипения его легких фракций, количество газов в масле увеличивается, что приводит к уменьшению электрической прочности. Как следует из рис. (кривая 1), электрическая прочность сухого трансформаторного масла имеет большее значение и практически не изменяется до температуры 70^оС.