Женченко, Т. А.

Лисецкая, М. Н.

Electronic archive of Tomsk Polytechnic University

Т ом  139 1965И З В Е С Т И ЯТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО  _______ ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА________________________ВРЕМЯ З А П А З Д Ы В А Н И Я  ПРОБОЯ В Т В Е Р Д Ы Х  Э Л Е К Т Р О И З О Л Я Ц И О Н Н Ы Х  М А Т Е Р И А Л А ХМ . Н. Л И С Е Ц К А Я , т .  А. Ж Е Н Ч Е Н К О  (П р е д с т а в л е н а  н аучн ы м  сем и н аром  Н И И  B H )Данные по времени разряда и скорости его развития могут явиться материалами для суждения о механизме пробоя. Современные теории электрического пробоя твердых диэлектриков не рассматривают процесс разряда в пространстве и времени. Процесс пробоя отождествляется с началом ударной ионизации.Время запаздывания разряда во многих твердых диэлектриках (нитроцеллюлоза, пресшпан, стекло, слюда, фарфор) исследовал Штри-гель [1]. По экспериментальным данным строилась зависимость —  =#0—  в полулогарифмическом масштабе, где Yit — количество образ-з^апцов, имеющее данное и меньшее время запаздывания, я 0 — общее коли­чество пробитых образцов. Ho его результаты нельзя считать надеж ­ными, так как в его опытах не было осциллографирования.Рядом авторов [2, 3] исследовалось запаздывание разряда в кри­сталлах щелочно-галоидных солей. Исследованиями К. К. Сончика [2]; найдено, что в щелочно-галоидных солях толщиной несколько десятых долей мм времена запаздывания разряда имеют порядок IO- 7 +- .+- 10 " 8 сек, а средние скорости распространения разряда IO5 +- +- IO6 см/сек.Запаздывание разряда в оргстекле и эпоксидной смоле толщиной 3 +  8 мм в неоднородном поле исследовал Диттмер [4]. Им найдено, что время запаздывания разряда лежит в интервале от единиц до дсятков нсек.Ho как известно, только характеристики поведения диэлектрика в однородном поле определяют его электрическую прочность. Поэтому поведение изоляции в однородном поле представляет определенный интерес.Однако исследование развития разряда в диэлектрике в условиях однородного поля значительно сложнее, чем в неоднородном поле по двум причинам:1) из-за более сильного электрического поля процессы протекают быстрее;2) меньшее межэлектродное расстояние.То и другое требуют лучшего разрешения во времени от используе­мой аппаратуры.102В однородном поле в оргстекле толщиной 35 мк М. А. Мельнико­вым [5] была снята вольт-секундная характеристика при пробое на фронте импульса от 5.10“ 7 сек до 5.10- 9  сек. И/м было обнаружено упрочнение оргстекла при времени воздействия напряжения 5 Л 0 ~ 9 сек, но время запаздывания в оргстекле было весьма малым и его не уда­лось измерить.Поэтому ставится задача измерить запаздывания разряда в твер­дых изоляционных материалах в диапазоне более коротких времен. Это представляет интерес не только с точки зрения изучения механизма пробоя, но и в связи с развитием и применением наносекундных импуль­сных генераторов и квантовых генераторов, которые запускаются вы­соковольтным импульсом наносекундной длительности. Необходимо изучить поведение практической изоляции в этом диапазоне времен.Д ля исследования использовались прямоугольные импульсы напря­жения с фронтом 3.1 G ~~9 сек. и плоской частью длительностью 100 нсек.Генератор давал регулируемую амплитуду напряжения до 60 кв.Более подробное описание установки приводится в [6].Образцы для исследования времени запаздывания пробоя изготав­ливались из фторопласта, винипласта, гетинакса. Они вырезались из одного листа соответствующего материала и для этих опытов имели размеры 35X 35X 10 мм. С одной стороны образца делалось специаль­ным приспособлением в сверлильном станке полусферическая лунка так, чтобы толщина образца в самом тонком месте после засверлива- ніия равнялась 0,2-*0,3 мм. Диаметр полусферической лунки был вы­бран таким, чтобы выполнялось условие однородности поля согласно стандарту: R 0> 25 d  и DZfibd1 где R 0- радиус углубления, D — толщи­на пластинки материала, d —толщина образца в самом тонком месте. В наших опытах при R 0—5 мм, d = 0 , l  мм, D 0= IO  мм это условие выполнялось. Необходимая толщина образца 0,1 мм достигалась со- шлифованием плоской стороны образца на наждачной бумаге, а за ­тем на фетре с пастой. Толщина образца измерялась на приборе ти­па ИЗВ-1 с наименьшей ценой деления 0,001 мм.В качестве материала электродов применялся порошкообразный графит, который с одной стороны образца запрессовывался в лунку, с другой стороны насыпался на медный плоский электрод диаметром 10 мм и прижимался к плоской части образца.Образцы пробивались в воздухе. Размеры образцов выбраны до­статочно большими и поверхностных разрядов не наблюдалось.Прежде всего была снята зависимость электрической прочности от вероятности пробоя для всех исследуемых материалов. Д ля этого на образец подавались прямоугольные импульсы напряжения длитель­ностью 100 нсек с возрастанием амплитуды последующего импульса по сравнению с предыдущим на 10%, пока образец не пробивался. Резуль­таты, полученные при этих испытаниях, представлены на рис. 1.Затем определялось время запаздывания разряда при определен­ных значениях напряженности поля. На рис. 2 представлена стастичё- ская обработка времени запаздывания разряда по методике [7], прове­денная для 30 образцов из винипласта при напряженности поля, рав­ной 1,2 млв/см. Также находилось время запаздывания для других м а­териалов и для других напряженностей поля. По этим результатам была построена зависимость времени запаздывания от напряженности поля (рис. 3) для всех исследуемых материалов. Причем при построе­нии точки при самой малой напряженности поля для данного м а­териала не учитывались времена запаздывания, равные и меньшие, чем полученные при следующей напряженности поля. Эти времена103запаздывания получились, по-видимому, при пробое с любых образцов с дефектами.В наших исследованиях найдено, что время запаздывания пробоя в электроизоляционных материалах мало и лёжит в интервале от 20 до 2 нсек. Оно уменьшается с увеличением напряженности поля. М алаяF *вCmР и с . 1. З а в и с и м о с т ь  эл ектри ческ ой  прочн ости  о т  вер о ятн о сти  п р о б о я  д л я  эл ек т р о и зо л я ц и о н н ы х  м атер и ал о в . 1 —  гети н акс , 2 —  ви н и п л аст , 3— ф т о ­р о п ласт .4 —\\--- -----+ 1— i—\L 4-iII S4— I I IL-\\ ч\ß ю 12 IL 16 18-10секР и с. 2. С тати сти ч еск ая  о б р а ­б о тк а  д ан н ы х  по врем ен и  з а ­п а зд ы в а н и я  п робоя  д л я  в и н и ­п л ас та  при E =  1,2 м гв/см .F П!?с, TrZJвеличина времени запаздывания разряда позволяет сделать вывод о том, что основную долю в общем времёни запаздывания разряда играет время формирования. При таком большом диаметре электродови материале электродов графита, оче­видно, вероятность появления свобод­ных электронов, которая определяет время запаздывания, велика.Поэтому можно считать, что стати­стическим временем запаздывания можно пренебречь, а измеренное вре­мя запаздывания есть время форми­рования разряда. Возможно опреде­ление средней скорости разряда, какV = , где d — толщина диэлект-з а пРи с. 3. З а в и си м о ст ь  врем ен и  з а п а з ­д ы в а н и я  о т  н ап р я ж ен н о ст и  п оля  д л я  рика, Z3an—время запаздывания пробоя. 1—гети н ак са , 2—ви н и п л аста , 3—ф то- При E =  1,5 МГВ CM B винипластеропласта* Z3an = 3 - 1 0 - 9 сек. Ѵ =  3*106 см/сек.При увеличении напряженности поля время запаздывания умень­шается, а, следовательно, скорость разряда возрастает. Большие скоро­сти разряда свидетельствуют о том, что электрический пробой в твердых диэлектриках является электронным процессом.Сравнение с развитием разряда в каменной соли [8] показывает, что разряд в твердых электроизоляционных материалах идет с боль­шей скоростью, что можно объяснить большим значением напряженно­сти поля и тем, что кристаллы каменной соли очень хорошо можно про­смотреть под микроскопом и исключить отбором образцов наличие 104дефектов (инородних включений, пузырьков воздуха, трещин). В не­прозрачных диэлектриках этого нельзя сделать.Ho нами [9] проводились исследования в прозрачном оргстекле в однородном поле при толщине 70 мк с графитовыми электродами. Было найдено, что оргстекло обладает большей прочностью по срав­нению с исследуемыми материалами. Что можно объяснить меньшим диаметром электродов, а также большей однородностью диэлектрика.Д ля оргстекла измеренные величины запаздывания лежат в том же интервале времени, что и для данных диэлектриков, что свидетель­ствует об аналогии процессов пробоя в этих материалах. Таким обра­зом, по результатам исследований можно сделать следующие выводы:1. Время запаздывания разряда в электроизоляционных материа­л ах  (винипласт, фторопласт-4, оргстекло, гетинакс) мало и имеет по­рядок 2 (10 “ 9 го- 10 ~ 8) сек.2. Время запаздывания разряда уменьшается с увеличением напря­женности поля.3. Средняя скорость разряда велика, ЗЛО6 см/сек.4. Большая скорость процесса объясняется электронным харак­тером пробоя.Л И Т Е Р А Т У Р АL R .  S t r i g e l .  E le k tr is c h e  S to ß fe s tig k e it ,  B e rlin , 1939.2. K. K. С  о h ч и к. Д и ссер тац и я , Т ом ск, 1958.3. У. J  n  u  i s h  i, T. S u 1 1 a. J . J n s t :  E l. E n g . J a p a n , 74, 2, 150, 1954.4. B. D i 11 m  e r. A rch . f. E le c tro te c h n ., B 48, H -3-5, 1963.5. М . A. М е л ь н и к о в .  Д и ссер т ац и я , Т ом ск, 1959.6. Г. А. В о р о б ь е в ,  М . Н . Л  и с е ц  к  а я. П Т Э , №  3, 1964.7. М . L a u e .  A nn . d. P h y s., 76, 261, 1925.8. Г. A. В о р о б ь е в ,  M.  H.  Л и с е ц к а я .  Ф ТТ, №  12, 1964.9. M . H. Л и с е ц к а я .  Э лектри чески й  р а з р я д  в оргстекл е  в одн ородн ом  поле, в  печати  « И звести я  вы сш и х учебны х заведен и й » , сери я «Ф и зи ка» , №  5, 1965.

Время запаздывания пробоя в твердых электроизоляционных материалах

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Electronic archive of Tomsk Polytechnic University