CC BY
9
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА
Том 159 1967 г.
ИССЛЕДОВАНИЯ НАДЕЖНОСТИ ПОЛИЭТИЛЕНОВОЙ ИЗОЛЯЦИИ НА ИМПУЛЬСАХ
В. Ф. БАЖОВ, В. С- ДМИТРЕВСКИЙ, Р. Э. КЛЕЙН, Ю. Б. ФОРТЕС
«
(Представлена научным семинаром кафедры техники высоких напряжений)
Полиэтиленовая изоляция имеет довольно высокую электрическую-прочность, что делает ее весьма перспективной для изготовления ряда электроизоляционных конструкций.
Показано [1,2, 3], что при длительном действии электрического напряжения происходит заметное снижение электрической прочности полиэтилена. Основной причиной, вызывающей снижение электрической прочности полиэтилена,указывается ионизация в газовых включениях.
Обычно конструирование и изготовление изоляции прюводятоя так, что при рабочем напряжении ионизации в газовых включениях не происходит. Однако на изоляцию в процессе эксплуатации могут воздействовать перенапряжения, значительно превышающие амплитуду рабочих напряжений. При перенапряжениях может наблюдаться заметный износ электрической изоляции.
В настоящей работе освещаются вопросы поведения полиэтиленовой изоляции при действии импульсного напряжения.
Опыты проводились на цилиндрических образцах при коаксиальной системе электродов. Форма образца приведена на рис. 1. Коаксиальная
сталь
система с образцом помещались в трансформаторное масло. Благодаря принятой форме образцов перекрытие по образцам не наблюдалось, а происходил пробой полиэтилена. Размеры образца были следующие: длина 30 мм; внешний диаметр 84 мм; внутренний диаметр 26 мм (рис. 1).
Напряжение н-а образцы подавалось от генератора импульсных напряжений, выполненного по схеме умножения Аркадьева—Маркса. Осо-
бенностью схемы используемого генератора является зарядка конденсаторов через индуктивность, что обеспечивает большую частоту следования импульсов. Максимальное напряжение генератора — 300 кв; частота импульсов напряжения — до 30 герц; разрядная емкость генератора — 12500 пкф,
В опытах использовалась волна напряжения, срезанная на фронте импульса через 0,18 мксек воздушным разрядником.
Амплитуда напряжений в опытах равна 232 кв. Форма волны импульсных напряжений приведена на осциллограмме (рис. <2) и близка
Рис. 2. Осциллограмма напряжения, подаваемого на образец. Частота наложенных градуировочных колебании
10 мг гц.
по форме к коммутационным перенапряжениям. Осциллограмма полечена на осциллографе ОК-19-2М. Частота градуировочных колебаний 10 мгц.
Результаты наблюдений обрабатывались с помощью теории вероятностей [4]. Основной характеристикой была принята интенсивность вероятности отказа образца, которая подсчитывалась по формуле
Ч*)=-—-, (О
А/г (М — т)
где Ат — количество образцов, пробившихся при подаче Ап импульсов; М — общее количество образцов, поставленных на испытание; т—количество образцов, пробитых к началу рассматриваемого периода.
Для подсчета Ап принималось равным 50 тыс. импульсов. На рис. 3 цриводится зависимость к(п) от количества импульсов. На кривой хорошо видны три области: 1) область приработки я <70 тыс. импульсов; 2) область случайных отказов 70 тыс. импульсов тыс. импульсов; 3) область старения п >450 тыс. импульсов.
В области приработки наблюдается резкое уменьшение интенсивности отказов. В этот период выявляются основные дефекты, встречающиеся в изоляции после изготовления.
Вторая область — область случайных отказов — характеризуется сравнительным постоянством X (п) и небольшой ее величиной.
Третья область характеризуется возрастанием X (п) и соответствует большей интенсивности пробоев изоляции.
Перед постановкой образцов на пробой все они подвергались рентгеновской дефектоскопии. Рентгеновская дефектоскопия показала, что в образцах имели место крупные поры размером до 17 мм. Пробой изоляции проходил в основном по местам скопления пор. Однако имели место случаи, когда образцы с большей пористостью выдерживали до
Л(п1*10~
8 ^ 6
2
О 100 200 300 400 500 ПхН)'* ,имп
Рис. 3. Зависимость вероятности отказа образца от числа импульсов.
2 млн. импульсов. Было замечено, что по местам пор пробой происходит, если поры расположены вблизи внутреннего электрода, т. е. в области более высокой напряженности поля. Напряженность поля в порах изоляции независимо от их расположения намного превышала пробивное значение. Следовательно, условия для развития ионизационных процессов в порах создавались в процессе испытания. Учитывая, что пробой полиэтилена не всегда происходил по пористым местам, приходится констатировать, что выход образцов был обусловлен не Только ионизационными процессами в порах.
Возникает необходимость оценить доверительный интервал для статической характеристики так, чтобы с заданной вероятностью доверия (достоверностью) можно было утверждать, что истинное значение искомой характеристики находится б пределах такого интервала. Для этого необходимо определить суммарную наработку.
/=i
где Ти= 12092000 имп., tL — время работы ¿-го элемента.
В данном случае применим экспоненциальный закон надежности. На основании этого закона величина 2Гн=Х(/г) распределяется по закону х2- *
Если испытания прекращаются после m-го отказа, с достоверностью а можно утверждать, что 2Тн1(п) находится в пределах
XU(2«) >2Тя\ (п) > xl+tz (2«), • (3)
2 2
где Х2_а(2/г) и п) определяются по [4]
1— i V / ! -fa
~т ~т
~Ц=1{Щ>Чп)>~ЦЛ1{2п). ' (4)
¿I и 2 н 2
С достоверностью a =0,9 2-10~6 > X (я) > 5-10~7. Односторонний интервал нахождения Х(д) с достоверностью a определяется:
X (/г) < Xf-(2п) , (5)
2Г„
X (/г) < 1,75-10"
Отсюда нетрудно подсчитать для периода случайных выходов математическое ожидание числа импульсов работы образца
1(п)
я <573000 имп.
Если изделие подобного типа будет иметь большую длину (например кабель с полиэтиленовой изоляцией), то его можно рассматривать состоящим из большого количества одинаковых элементов. Принимая вероятностные характеристики для каждого элемента неизменными, найдем
Чя)«б<-Ч4 * (7)
е
Для кабельной изоляции подобного типа в расчете на 1 км кабеля можно получить для периода случайных отказов
Чя)каб<— '1,75-Ю-6 =0,0583 1
3 имп
i
На основании проведенной работы можно сделать следующие выводы:
1. При многоимпульсном воздействии напряжения на полиэтиленовую изоляцию выявлены три области вероятности отказа изоляции.
2. Использование полиэтиленовой изоляции рекрмендуется только после приработки, составляющей в исследованных образцах 70 тыс. импульсов.
ЛИТЕРАТУРА
il. Г. П. Д е л е к т о р с к и и. О некоторых закономерностях пробоя полиэтиленовой ¡изоляции. Электричество, № 11,. 1961.
2. J. Maso п. Разрушение и пробой диэлектриков в результате внутренних разрядов Jhe Ргос ЛЕЕ, ч. 1, -вып. 98, стр. 44, 1951.
3. С. У а й т х е д. Пробой твердых диэлектриков. Госэнергоиздат, Ленинград, 1957.
»
