какая величина определяет надежность изоляции толщина изоляции

О надёжности электрической изоляции

Надежная электрическая изоляция токоведущих элементов электрооборудования: генераторов, трансформаторов, электродвигателей, кабелей, коммутационных и других аппаратов при длительном воздействии рабочего напряжения и кратковременных перегрузках обеспечивает надёжность работы электроэнергетической системы в целом.

Атмосферные явления не оказывают влияние на внутреннюю изоляцию оборудования. Основной причиной снижения качества изоляции является её старение, т.е. ухудшение электрических характеристик. Это, как правило, ведет к сбою нормального режима работы энергосистемы и выходу из строя оборудования. Контроль за состоянием изоляции электрического оборудования во время эксплуатации позволяет выявить дефекты и принять необходимые меры для ее восстановления. При обычном осмотре изоляции не всегда возможно обнаружить мелкие трещины, воздушные включения, проникновение влаги, поэтому необходимо проводить периодические профилактические испытания.

Существует несколько практических методов диагностики электроизоляции:

1. Измерение сопротивления изоляции мегаомметром. Снижение сопротивления указывает на наличие посторонних токопроводящих путей или пробой.

2. Вычисление угла диэлектрических потерь. Проводится для выявления процессов ионизации, увлажнения и загрязнения. Данный метод выполняется с применением моста переменного тока и важен при проверке изоляции между фазами кабелей, электрических машин.

3. Измерение емкости при изменении значения частоты. Выявляет наличие общей влажности изоляции.

4. Регистрация частичных разрядов. Осуществляется включением в цепь индикатора, состоящего из контура, усилителя и осциллографа. Даёт возможность постоянного наблюдения под рабочим напряжением.

5. Приложение более высокого напряжения. Применяется для определения запаса электрической прочности. При выпуске оборудования с завода изготовителя считается основным методом испытания. При текущей эксплуатации величина применяемого напряжения должна составлять 2/3 от заводской испытательной величины.

Профилактические мероприятия по испытанию изоляции позволяют снизить количество аварийных ситуаций в электроэнергетической системе, и сохранить исправность оборудования.

Источник

Какая величина определяет надежность изоляции толщина изоляции

КАБЕЛИ, ПРОВОДА И ШНУРЫ

Нормы толщин изоляции, оболочек и испытаний напряжением

Cables, wires and cords. Standards for insulation and sheath thickness and voltage tests*

Дата введения 1981-01-01
по п.2.8 в части напряжений 30 кВ и выше 1983-01-01

1. РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Министерством электротехнической промышленности и приборостроения СССР

2. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 06.10.78 N 2641

4. Ограничение срока действия снято по протоколу N 5-94 Межгосударственного совета по стандартизации, метрологии и сертификации (ИУС 11-12-94)

5. ИЗДАНИЕ (июль 2002 г.) с Изменениями N 1, 2, 3, утвержденными в июле 1981 г., июне 1985 г., июне 1990 г. (ИУС 10-81, 10-85, 9-90), Поправкой (ИУС 9-92)

Переиздание (по состоянию на май 2008 г.)

Стандарт не распространяется на кабели связи, судовые, шахтные, геофизические, грузонесущие, а также на кабельные изделия для беструбной прокладки во взрывоопасных помещениях, на кабели и провода с изоляцией на основе бутилкаучука в части норм толщины изоляции и оболочек.

Нормы испытаний напряжением рекомендуется применять для всех видов кабельных изделий с резиновой или пластмассовой изоляцией в резиновой или пластмассовой оболочке.

1. КАТЕГОРИИ ИЗОЛЯЦИИ, ОБОЛОЧЕК И ИСПЫТАНИЙ НАПРЯЖЕНИЕМ

1.1. Изоляция кабельных изделий в зависимости от номинального напряжения и конструкции разделяется на следующие категории:

Номинальное переменное напряжение систем представлено сочетанием двух значений ,

— действующее значение между любыми двумя фазными проводниками многожильного кабеля или системы одножильных кабелей, В.

(Измененная редакция, Изм. N 2).

1.2. Оболочки кабельных изделий в зависимости от условий их эксплуатации разделяются на следующие категории:

Например: Ир-1; Ип-2; Обр-3.

1.3. Испытания напряжением в зависимости от назначения кабельных изделий разделяются на следующие категории:

2. НОРМЫ ТОЛЩИН И ИСПЫТАНИЙ НАПРЯЖЕНИЕМ

2.1. Номинальная толщина изоляции кабельных изделий должна соответствовать указанной в табл.1 и 2.

Номинальное сечение жил, мм

Номинальная толщина резиновой изоляции, мм, для категорий

Источник

Какая величина определяет надежность изоляции толщина изоляции

ГОСТ IEC 60811-1-1-2011

Общие методы испытаний материалов изоляции и оболочек электрических и оптических кабелей

ИЗМЕРЕНИЕ ТОЛЩИНЫ И НАРУЖНЫХ РАЗМЕРОВ. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ

General test methods for insulating and sheathing materials of electric and optical cables. Measurements of thickness and overall dimensions. Tests for determining the mechanical properties

Дата введения 2013-01-01

Цели, основные принципы и порядок проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены ГОСТ 1.0-92 «Межгосударственная система стандартизации. Основные положения» и ГОСТ 1.2-2009 «Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Правила разработки, принятия, применения, обновления и отмены»

Сведения о стандарте

1 ПОДГОТОВЛЕН Федеральным государственным унитарным предприятием «Всероссийский научно-исследовательский институт стандартизации и сертификации в машиностроении» (ВНИИНМАШ)

2 ВНЕСЕН Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии

3 ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол N 48 от 22 декабря 2011 г.)

За принятие проголосовали:

Краткое наименование страны по MК (ИСО 3166) 004-97

Сокращенное наименование национального органа по стандартизации

Минэкономики Республики Армения

Госстандарт Республики Беларусь

Госстандарт Республики Казахстан

4 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 13 декабря 2011 г. N 1438-ст межгосударственный стандарт ГОСТ IEC 60811-1-1-2011 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 января 2013 г.

Сведения о соответствии межгосударственных стандартов ссылочным международным стандартам приведены в дополнительном приложении ДА.

Стандарт подготовлен на основе применения ГОСТ Р МЭК 60811-1-1-98

Информация о введении в действие (прекращении действия) настоящего стандарта публикуется в указателе «Национальные стандарты».

1 Общие положения

1.1 Область распространения

Настоящий стандарт устанавливает методы испытаний полимерных материалов изоляции и оболочек электрических и оптических кабелей, проводов и шнуров для распределения энергии и связи, включая судовые кабели, и методы измерения толщин и наружных размеров и определения механических свойств наиболее распространенных видов композиций для изоляции и оболочки (эластомерных, поливинилхлоридного пластиката, полиэтилена, полипропилена и т.д.).

1.2 Нормативные ссылки

Для применения настоящего стандарта необходимы следующие ссылочные документы*. Для датированных ссылок применяют только указанное издание ссылочного документа.

IEC 60811-1-2:1994 Общие методы испытаний материалов для изоляции и оболочек электрических кабелей. Часть 1-2. Методы теплового старения

IEC 60811-1-3:1993 Общие методы испытаний материалов изоляции и оболочек электрических кабелей. Методы определения плотности. Испытания на водопоглощение и усадку

IEC 60811-2-1:2002 Общие методы испытаний материалов изоляции и оболочек электрических и оптических кабелей. Часть 2-1. Специальные методы испытаний эластомерных композиций изоляции и оболочек электрических и оптических кабелей. Испытания на озоностойкость, тепловую деформацию и маслостойкость.

2 Условия испытаний

Условия испытаний, не установленные настоящим стандартом (температура, продолжительность испытаний и т.д.), должны быть указаны в нормативной документации на конкретные кабельные изделия.

Требования к испытаниям, установленные в настоящем стандарте, могут быть изменены в нормативной документации на конкретные кабельные изделия в зависимости от их особенностей.

3 Область применения

Условия кондиционирования и параметры испытаний установлены для наиболее распространенных видов композиций для изоляции и оболочки кабелей, проводов и шнуров.

4 Типовые и другие испытания

Методы испытаний, установленные в настоящем стандарте, предназначены главным образом для типовых испытаний. В случае необходимости изменения условий испытаний при более частых испытаниях (например, приемо-сдаточных) эти изменения нормируют.

5 Предварительное кондиционирование

Все испытания должны проводиться не ранее чем через 16 ч после экструзии или вулканизации (или сшивания), если эти процессы имеют место при наложении изоляции или оболочки.

Если нет особых указаний, перед испытанием все образцы, подвергнутые и не подвергнутые старению, должны быть выдержаны при температуре (23±5) °С не менее 3 ч.

6 Температура испытаний

Если нет особых указаний, испытания должны проводиться при температуре окружающей среды.

7 Определения

В настоящем стандарте использованы следующие термины и определения.

7.1 максимальное растягивающее усилие: Наибольшее значение нагрузки при испытании.

7.2 напряжение при растяжении: Растягивающее усилие на единицу площади поперечного сечения образца до растяжения.

7.3 прочность при растяжении: Максимальное напряжение при растяжении образца при разрыве.

7.4 относительное удлинение при разрыве: Увеличение контрольной длины образца при разрыве по сравнению с контрольной длиной нерастянутого образца, выраженное в процентах.

7.5 Медианное значение: Полученные результаты располагают в ряд в порядке возрастания или убывания числовых значений и определяют медианное значение, которое находится в середине ряда, если число полученных результатов нечетное, или является средним арифметическим двух значений, находящихся в середине ряда, если число результатов четное.

8 Измерение толщин и наружных размеров

8.1 Измерение толщины изоляции

8.1.1 Общие положения

Измерение толщины изоляции может быть как отдельным испытанием, так и совмещенным с другими испытаниями, например с определением механических свойств.

В любом случае методы отбора образцов должны соответствовать установленному в нормативной документации на конкретное кабельное изделие.

8.1.2 Средства измерений

Измерительный микроскоп или профильный проектор не менее 10-кратного увеличения. При измерении толщины изоляции менее 0,5 мм применяют средства измерений, имеющие цену деления 0,01 мм и позволяющие снимать показания с точностью до трех десятичных знаков.

В спорных случаях следует применять измерительный микроскоп.

8.1.3 Подготовка образцов

С изоляции удаляют все покрытия и жилу извлекают вместе с сепаратором (если таковой имеется); при этом следует принять меры, чтобы не повредить изоляцию. Электропроводящие внутренние и/или внешние слои не следует отделять от изоляции, если они плотно к ней прилегают.

Жилы плоских шнуров без оболочки не разделяют.

Если на изоляцию нанесена маркировка тиснением, при которой имеется локальное уменьшение толщины изоляции, то образец вырезают так, чтобы в него была включена эта маркировка.

8.1.4 Проведение измерений

Образец помещают в измерительный прибор так, чтобы плоскость среза была перпендикулярна оптической оси.

b) Если изоляция срезана с многопроволочной жилы, проводят шесть радиальных измерений, как показано на рисунках 3 и 4.

Источник

Какая величина определяет надежность изоляции толщина изоляции

ГОСТ 8865-93
(МЭК 85-84)

СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ИЗОЛЯЦИИ

Оценка нагревостойкости и классификация

Electrical insulation systems.
Thermal evaluation and classification

Дата введения 1995-01-01

1. РАЗРАБОТАН Госстандартом России

ВНЕСЕН Техническим секретариатом Межгосударственного Совета по стандартизации, метрологии и сертификации

2. ПРИНЯТ Межгосударственным Советом по стандартизации, метрологии и сертификации 21 октября 1993 г.

За принятие проголосовали:

Наименование национального органа по стандартизации

3. Постановлением Комитета Российской Федерации по стандартизации, метрологии и сертификации от 02.06.94 № 160 межгосударственный стандарт ГОСТ 8865-93 введен в действие непосредственно в качестве государственного стандарта Российской Федерации с 01.01.95

Ссылочные нормативно-технические документы

Обозначение государственного стандарта

Обозначение стандарта МЭК

Номер раздела, пункта

1. Область распространения

Настоящий стандарт распространяется на электротехнические изделия и устанавливает систему классификации электроизоляции электротехнических изделий по нагревостойкости и ответственность за ее выбор, а также правила оценки нагревостойкости электроизоляционных материалов и систем изоляции, их взаимосвязь и влияние условий эксплуатации.

2. Общие положения

2.1. Классы нагревостойкости

Стойкость изоляции электротехнических изделий зависит от многих факторов, таких как температура, электрические и механические воздействия, вибрация, агрессивность среды, химические воздействия, влажность, загрязнение и радиационное излучение. Поскольку для электротехнических изделий доминирующим фактором старения электроизоляционных материалов и систем изоляции является температура, для оценки стойкости электрической изоляции электротехнических изделий к воздействию температуры приняты классы нагревостойкости.

Классы нагревостойкости и соответствующие им температуры приведены в таблице

Обозначение класса нагревостойкости

Температура выше 250 °С должна повышаться на интервал в 25 °С с присвоением соответствующих классов.

Использование буквенных обозначений необязательно. Но следует придерживаться вышеприведенного соответствия между буквенными обозначениями и температурами. Если п.2.1.5 применяется по отношению к специальному виду оборудования, можно использовать альтернативную систему классификации.

Класс нагревостойкости электротехнического изделия отражает максимальную рабочую температуру, свойственную данному изделию при номинальной нагрузке и других условиях.

2.1.1. Условия эксплуатации

При нормальных условиях эксплуатации можно получить удовлетворительный экономичный срок службы для таких электротехнических изделий, как вращающиеся машины, трансформаторы и т.д., спроектированных и изготовленных в соответствии со стандартами, основанными на температурах, представленных в п.2.1, делая необходимые допуски для учета факторов, характерных для данного изделия.

2.1.2. Электроизоляционные материалы в системах изоляции

Присвоение электротехническому изделию конкретного класса нагревостойкости не означает, что каждый электроизоляционный материал, используемый в конструкции изделия, имеет такую же нагревостойкость. Нагревостойкость отдельных материалов, входящих в систему изоляции, может не соответствовать нагревостойкости самой системы. В системе характеристики нагревостойкости электроизоляционного материала могут быть улучшены за счет предохраняющего эффекта других материалов, входящих в данную систему изоляции. С другой стороны, несовместимость между материалами может понизить соответствующий температурный предел всей системы по сравнению со значениями для отдельных материалов. Совместимость материалов в системе изоляции и установление максимальной рабочей температуры для всей системы должны устанавливаться в ходе функциональных испытаний или в результате опыта эксплуатации.

2.1.3. Температура и превышение температуры

Температура, приведенная в настоящем стандарте, является фактической температурой изоляции, но не превышением температуры электротехнического изделия. В стандартах на электротехнические изделия обычно нормируют величину превышения температуры, а не фактическую температуру. При разработке таких стандартов, устанавливая методы измерения и допустимое превышение температуры, следует учитывать такие факторы, как конструкция, температурная проводимость и толщина изоляции, доступность изолированных частей, метод вентиляции, характеристики нагрузки и т.д.

2.1.4. Другие факторы воздействия

Кроме температуры, на способность изоляции выполнять свои функции влияют такие факторы, как механические нагрузки, действующие на изоляцию и ее опорные конструкции, а также вибрация и тепловое расширение, роль которого может возрастать с увеличением габаритов изделия. Вредное влияние может оказывать атмосферная влага, загрязнение, химические воздействия. Все эти факторы следует принимать во внимание при разработке конкретных изделий. Дополнительная информация об этом содержится в ГОСТ 27905.1.

2.1.5. Характеристика изоляции

Фактическая характеристика изоляции при эксплуатации зависит от конкретных условий, которые могут меняться в зависимости от воздействия окружающей среды, рабочих циклов изделия. Кроме того, прогнозируемая характеристика при эксплуатации зависит от относительного значения размеров, надежности периода использования сопряженного оборудования и экономической целесообразности. Для некоторых видов изделий целесообразно установить значение температуры изоляции, превышающей нормальную или ниже нормальной. Такие случаи могут иметь место, когда ожидается срок службы короче или длиннее нормального, или существуют особые условия эксплуатации.

Срок службы изоляции зависит от защиты от кислорода, влаги, загрязнений и химических воздействий. Следовательно, при данной температуре срок службы изоляции может увеличиваться, если она защищена от воздействия промышленной атмосферы.

Использование химически инертных газов или жидкостей в качестве охлаждающей или защитной среды может повышать стойкость изоляции к воздействию температуры.

Наряду со старением, которому подвергается изоляция, некоторые материалы при нагревании размягчаются и теряют исходные свойства, которые могут восстанавливаться после охлаждения. Такие изоляционные материалы не являются непригодными для их использования.

2.2. Ответственность за выбор и назначение

Ответственность за выбор соответствующих материалов и систем изоляции лежит на изготовителе электротехнического изделия. Основанием для установления рациональных температурных пределов изоляции является только опыт или соответствующие испытания. Опыт эксплуатации является важным критерием при выборе материалов и систем. Основанием для выбора в случае новых материалов и систем являются соответствующие испытания (см. разд. 4).

3. Оценка нагревостойкости электроизоляционных материалов

Многие электроизоляционные материалы, относящиеся к одному основному типу, поставляются в модификациях с разной нагревостойкостью. Следовательно, общая химическая природа электроизоляционного материала не характеризует их термические возможности. При использовании изоляции в электротехнических изделиях характеристики нагревостойкости отдельных материалов могут меняться в зависимости от их комбинации. Нагревостойкость изоляции в электротехнических изделиях также сильно зависит от конкретных функций, возложенных на них.

С точки зрения применения в электротехнических изделиях испытание материалов служит двум целям: оценить материал, предназначенный для использования в системе изоляции в качестве компонента, а также материал, используемый отдельно или составляющий часть простой комбинации, используемой как система изоляции.

Как правило, можно считать, что испытания и опыты являются приемлемой основой для термической оценки электроизоляционных материалов.

Необходим осторожный подход к использованию результатов испытаний с тем, чтобы быть уверенным в их соответствии. Действительно, часто можно проводить оценку, используя результаты опытов разного типа.

Общепринятой основой оценки нагревостойкости электроизоляционных материалов являются испытания и опыт эксплуатации.

Как следует из ГОСТ 27710, при разработке методов испытаний по оценке нагревостойкости материалов могут быть использованы следующие определения:

Различные температурные индексы и половинные интервалы для одного материала можно получить, если для графика нагревостойкости использовать различные испытательные критерии и конечные точки. Различные температурные индексы и половинные интервалы могут указывать на различную нагревостойкость и, следовательно, определяют возможности использования материала.

Испытания стандартных образцов могут дать результаты, отличающиеся от результатов испытаний на образцах, имеющих тот вид, в котором материал будет использоваться. Следовательно, результаты испытаний систем изоляции можно использовать для проверки соответствия материала его применению.

Источник

Характеристики надежности электрической изоляции

Часть 2. Надежность электрической изоляции

Характеристики аналогичны характеристикам, рассмотренным в общей теории надежности (см. часть 1).

В расчетах надежности электроизоляционных конструкций используют ту характеристику, при которой расчеты получаются проще. Электроизоляционная конструкция состоит из ряда элементов. Так, силовой кабель с бумажной пропитанной изоляцией на напряжение до 1000 В состоит из токопроводящих и нулевой жил, электрической изоляции, свинцовой (или алюминиевой) оболочки, упрочняющих элементов (брони) и защитных покровов. Отказ одних элементов (токопроводящих жил, электрической изоляции) вызывает немедленное прекращение работы кабеля, т.е. приводит к отказу конструкции в целом. Повреждение других элементов (защитные покровы, свинцовая оболочка, упрочняющие элементы) не приводит к немедленному отказу конструкции. Пробой электрической изоляции вызывает прекращение функционирования кабельной линии, т.е. потребитель не сможет получать электрическую энергию по кабелю. Кабель с пробитой электрической изоляцией должен быть либо заменен новым, либо отремонтирован. Кабель с поврежденным защитным покровом или поврежденной свинцовой оболочкой может эксплуатироваться некоторое ограниченное время, т.е. обеспечивать питание потребителя электрической энергией до тех пор, пока не повредится изоляция. Повреждение свинцовой оболочки (нарушение ее целостности) приводит к постепенному увлажнению и, как следствие, пробою бумажной изоляции, что вызывает преждевременный отказ конструкции в целом. Приведенный пример показывает, что отказ элементов в конструкции может быть независимым и зависимым.

Независимым называют отказ, вероятность наступления которого не зависит от того, произошел или не произошел отказ какого-либо другого элемента.

Зависимым называют отказ, вероятность наступления которого зависит от появления отказов других элементов.

Так, отказ электрической изоляции в вышеприведенном примере зависит от того, произойдет или не произойдет нарушение целостности свинцовой оболочки, т.е. является зависимым. Нарушение свинцовой оболочки не зависит от отказа других элементов кабеля, т.е. является независимым.

Особенностью электроизоляционных конструкций является то, что в них может происходить самовосстановление их работоспособности. Например, канал пробоя газовой (воздушной) изоляции после отключения ее от источника питания ликвидируется и электрическая прочность газового промежутка принимает первоначальное значение за небольшой промежуток времени. Самовосстановление первоначальной электрической прочности имеет место и в некоторых типах конденсаторов. Вероятность безотказной работы самовосстанавливающейся изоляции:

Время τ₁ для газовой изоляции воздушных линий электропередачи и подстанций равно времени между отключением и повторным включением участка, где имел место пробой изоляции. Обычно это время составляет 2-3 с.

2.2. Вывод уравнения «кривой жизни» электрической изоляции

Уравнение «кривой жизни» – это зависимость времени до разрушения твердой электрической изоляции от воздействующих на нее электрического поля, механического напряжения, температуры, агрессивных сред и т.д. Теоретическое уравнение «кривой жизни» электрической изоляции получим на основе термофлуктуационной теории разрушения твердых тел. Согласно этой теории разрыв связей в материале происходит за счет тепловой энергии атомов, образующих связь. Разрыв связи наступит при условии, что тепловая энергия будет равна или превысит энергию взаимодействия атомов. В последующие моменты времени может произойти рекомбинация, т.е. восстановление разорванной связи. Если на связи материала действует только тепловая энергия, то концентрация разорванных связей не меняется, т.е. сохраняется динамическое равновесие: число разрываемых связей в единицу времени равно числу рекомбинируемых. Таким образом, только тепловое действие в пределах рабочих температур не может вызвать разрушение материала.

Действие механической силы приводит к увеличению расстояния между атомами, что вызывает уменьшение энергии взаимодействия между ними, т.е. энергия, необходимая для разрыва связи, снижается. Таким образом, механическая сила понижает потенциальный барьер и облегчает разрыв связи под действием тепловой энергии. Одновременно затрудняется рекомбинация разорванной связи, так как под действием механической силы расстояние между атомами увеличивается.

Согласно термофлуктуационной теории механическая сила облегчает разрыв, но не разрывает связь. Разрыв связи осуществляется за счет тепловой энергии колебаний атомов, образующих связь.

Энергия, которую необходимо затратить на разрыв связи ΔV, равна разности между максимальным и минимальным значениями потенциальной энергии, т.е.:

где r₁ и r₂ – расстояния между атомами при максимуме и минимуме потенциальной энергии.

где x – безразмерная характеристика нагрузки; a – постоянный коэффициент, связанный с ангармоничностью колебаний атомов; f – растягивающая сила, действующая на связь; D – энергия диссоциации связи.

где φ(x) является функцией нагрузки, действующей на связь и показывающей относительное уменьшение потенциального барьера, вызванное растягивающей силой в связи.

Вероятность разрыва связи в единицу времени за счет флуктуации тепловой энергии колебаний атомов

где 1/τ₀ – частота собственных колебаний атомов; k – постоянная Больцмана; T – абсолютная температура; — вероятность разрыва связи за одно колебание.

Разорванная связь в последующем может рекомбинировать. Предположим, что вероятность рекомбинации не зависит от действующей растягивающей силы. В действительности при увеличении растягивающей силы вероятность рекомбинации должна уменьшаться, так как растягивающая сила приводит к возрастанию расстояния между атомами. Таким образом, сделанное предположение приводит к увеличению вероятности рекомбинации разорванных связей. Однако при этом вероятность рекомбинации можно определить при растягивающей силе, равной нулю. При отсутствии внешних сил в материале сохраняется динамическое равновесие, т.е. число разорванных связей в единицу времени равно числу рекомбинируемых. Иными словами, вероятность рекомбинации связи равна вероятности ее разрыва при растягивающей силе, равной нулю, т.е.

Найдем вероятность того, что разрываемая связь не рекомбинирует:

Учитывая, что даже при небольшой силе φ(x), меньшей единицы, первый член в скобках на несколько порядков больше второго, без особо большой погрешности вторым членом можно пренебречь, т.е. пренебречь рекомбинацией связи. Последнее будет правильным, если сила f отличается от нуля. Таким образом, вероятность разрыва связи и ее достаточно длительного существования в разорванном состоянии

При действии механической нагрузки:

где γ – структурно-чувствительный коэффициент, который численно равен объему полимера, приходящегося на одну нагруженную связь основной цепи; σ – механическое напряжение.

где f_ср – средняя сила, действующая в связях, N₁ – число нагруженных связей в единице сечения.

Средняя сила в связи в e раз меньше силы, действующей в разрываемой связи, т.е.

Для кристаллической идеальной структуры неорганического диэлектрического материала:

где M – молекулярная масса звена полимерной молекулы; α – коэффициент упорядоченности структуры полимера; N_A – число Авогадро (6,02·10 26 1/кмоль); ρ – плотность полимера; R – равновесная длина связи (равновесное расстояние между атомами основной цепи полимера); n_M – число связей в основной цепи звена полимерной молекулы.

При одновременном действии механического растягивающего напряжения и электрического поля сила, действующая в связи, увеличивается, что приведет к повышению вероятности ее разрыва.

Действие механического растягивающего напряжения и электрического поля приводит к увеличению свободной энергии диэлектрического тела, которая в каждой связи вызывает уменьшение потенциального барьера. Приращение свободной энергии в единице объема диэлектрического тела при одновременном действии растягивающего механического напряжения и электрического поля:

где E_M – напряженность электрического поля в месте разрываемой связи (местная напряженность поля); ε_а – абсолютная диэлектрическая проницаемость; σ – растягивающее механическое напряжение; G_M – модуль упругости; σ_экв – эквивалентное механическое напряжение, приводящее к такому же увеличению свободной энергии, как и одновременно действующие электрическое поле и механическое напряжение.

Разрыв связей в электрической изоляции произойдет в области наибольшей местной напряженности поля. В реальной электрической изоляции местная напряженность поля превышает среднюю за счет неоднородности электроизоляционного материала и неравномерности поля, создаваемого электродной системой, т.е.:

где β – коэффициент неоднородности электроизоляционного материала, численно равный отношению наибольшей напряженности поля, имеющей место у неоднородностей, к средней для условий равномерного поля, создаваемого электродной системой; η – коэффициент неравномерности поля, создаваемого электродной системой; E – средняя напряженность поля, равная отношению приложенного напряжения к межэлектродному расстоянию.

Условие разрыва связи в материале получим как условие наступления достоверного события, т.е.

где τ – время до разрыва связи.

Предполагается, что вероятность q не зависит от рассматриваемого промежутка времени. Это предположение означает, что с течением времени вплоть до разрыва связи структура материала и его состав остаются неизменными. Иными словами, процесс старения не учитывается. Как показывают опыты, во многих случаях процессом старения электроизоляционных материалов при эксплуатации конструкций можно пренебречь. Если же происходит весьма заметное старение электроизоляционного материала, то условие разрыва связи имеет вид:

В дальнейших расчетах не будем учитывать процесс старения.

После разрыва одной связи нагрузка на соседние связи резко возрастает, что приводит к их ускоренному разрушению. Таким образом, после разрыва первой связи рядом расположенные связи будут разрываться очень быстро. Иными словами, зародившееся разрушение в электрической изоляции развивается достаточно быстро вследствие перераспределения нагрузки. Пренебрегая процессом развития разрушения, условие разрыва связи можно считать условием разрушения изоляции. Сделанное допущение приведет к погрешности оценки времени до разрушения в условиях поля, близкого к равномерному (η

Источник