Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Разработка метода диагностики зарождения и развития разрушений в электрической изоляции по тепловым эффектам Гефле Ольга Семеновна

Разработка метода диагностики зарождения и развития разрушений в электрической изоляции по тепловым эффектам
<
Разработка метода диагностики зарождения и развития разрушений в электрической изоляции по тепловым эффектам Разработка метода диагностики зарождения и развития разрушений в электрической изоляции по тепловым эффектам Разработка метода диагностики зарождения и развития разрушений в электрической изоляции по тепловым эффектам Разработка метода диагностики зарождения и развития разрушений в электрической изоляции по тепловым эффектам Разработка метода диагностики зарождения и развития разрушений в электрической изоляции по тепловым эффектам Разработка метода диагностики зарождения и развития разрушений в электрической изоляции по тепловым эффектам Разработка метода диагностики зарождения и развития разрушений в электрической изоляции по тепловым эффектам
>

Данный автореферат диссертации должен поступить в библиотеки в ближайшее время
Уведомить о поступлении

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - 240 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Гефле Ольга Семеновна. Разработка метода диагностики зарождения и развития разрушений в электрической изоляции по тепловым эффектам : ил РГБ ОД 61:85-5/3252

Содержание к диссертации

Введение

1. Методика исследования процесса разрешения твердж диэлектриков в электрическом поле 21

1.1. Обоснование и выбор метода исследования температурных полей 21

1.2. Методика эксперимента 25

1.3. Обработка фотографической информации 35

1.4. Анализ экспериментальных погрешностей 42

1.4.1. Погрешность измерения разности температур и абсолютных температурных уровней 42

1.4.2. Погрешность измерения величины испытательного напряжения и определения значений максимальной напряженности поля 47

1.4.3. Погрешность определения времени зарождения дендритов тепловизионным методом 48

2. Зашюмерности развития разрушения полимерных диэлект риков в электрическом поле 55

2.1. Характер развития разрушения полимерных диэлектриков 56

2.2. Тепловые эффекты в процессе развития разрушения полимерных диэлектриков при многоимпульсном воздействии напряжения 68

2.3. Пространственно-временные характеристики дендри-тообразования полимерных диэлектриков 75

2.4. Разработка методики определения электрической прочности монолитной полимерной изоляции 84

3. Разработка тепловизионного метода диагностики состоя ния полимерной изоляции при налужений ее электричес ким полем 101

3.1. Оценка мощности источников тепловыделения на начальной стадии разрушения полимерных диэлектриков 102

3.2. Оценка разрешающей способности тепловизионного метода при контроле начальной стадии разрушения полимерных диэлектриков 111

3.3. Црименение тепловизионного метода для диагностики состояния изоляции высоковольтных конструкций 123

Заключение 131

Литература... 134

Приложения 146

Введение к работе

Актуальность проблемы» Создание крупных энергетических систем, рост производства и потребления электроэнергии ведет к ужесточению режимов работы высоковольтных изоляционных конструкций вследствие увеличения передаваемой удельной мощности и рабочего напряжения. Внезапный отказ высоковольтных конструкций, обусловленный пробоем изоляции, приводит к аварийному простою оборудования и значительным экономическим потерям. Все более широкое применение твердых полимерных диэлектриков в виде монолитных изоляционных конструкций в энергетике и импульсной технике диктует необходимость разработки эффективных методов диагностики начальной стадии их разрушения в электрическом поле.

В настоящее время существуют достаточно надежные методы контроля состояния комбинированной (бумажно-масляной, пленочно-масля-ной и др.) изоляции, основанные на регистрации характеристик частичных разрядов /1-5/, интенсивности газовыделения и его химического состава /6/, измерении тангенса угла диэлектрических потерь, сопротивления изоляции и токов абсорбции /7-Ю/, влаго- и газосодержания масла /II/ и др. Однако известные методы дают общую (интегральную) характеристику состояния изоляции и не позволяют контролировать появление в ее объеме локальных очагов разрушения, предшествующих пробою.

Разработка методов диагностики состояния полимерных диэлектриков тесно связана с исследованием закономерностей их электрического старения и пробоя. Грамотный выбор параметра для осуществления контроля требует знания доминирующих факторов, предопределяющих, либо сопровождающих разрушение диэлектрика в сильном электрическом поле.

В настоящее время отсутствует единое мнение о закономерностях

и причинах электрического старения твердых диэлектриков, В /12-ТИ/ основная роль в процессе старения изоляции отводится частичным разрядам (Ч.Р.). Разрушающее действие Ч.Р. связано с тепловым воздействием, бомбардировкой заряженными частицами, излучением, химически активными продуктами, образующимися в процессе разряда, что в конечном итоге вызывает эрозию и деструкцию диэлектрика» Наибольшую опасность Ч.Р. представляют для многослойной, пленочной изоляции. Поэтому метод, основанный на измерении характеристик Ч.Р., находит широкое применение для контроля состояния изоляции конденсаторов, трансформаторов, высоковольтных электрических машин .и кабелей.

Основным недостатком этого метода является высокая чувствительность к различного рода помехам, что затрудняет регистрацию Ч.Р. при малых соотношениях полезного сигнала к сигналу помехи. Поэтому применительно к полимерной монолитной изоляции данный метод используется в основном для исследования процессов ее электрического старения в лабораторных условиях, когда можно обеспечить хорошую экранировку измерительных схем и свести до минимума уровень помех.

Разрушение твердых диэлектриков может быть обусловлено возникновением пондеромоторных сил в сильных электрических полях /18 + 22/, нарушением термофяуктуационного равновесия и разрывом связей в материале под действием механических /23/ и электрических /24/ нагрузок. В /23,25/ при исследовании процессов термо- и меха-нодеструкции полимеров методом масс-спектрометрии установлено численное совпадение значений энергии активации механического разрушения и термодеструкции. В /26-28/ методом светорассеяния обнаружено увеличение интенсивности и изменение угловых характеристик светорассеяния на ранней стадии разрушения полимерных диэлектриков в однородном электрическом поле. Такое изменение обусловлено воз-

никновением и развитием нарушений сплошности среды в виде субмик-ро- и микротрещин»

На базе этого метода предложен способ контроля состояния изоляции /29/, суть которого заключается в определении критической стадии ее старения по скорости изменения интенсивности рассеянного электромагнитного излучения. Однако данный способ контроля имеет ряд существенных недостатков, ограничивающих область его практического применения. Во-первых, метод позволяет получать информацию о состоянии материала лишь в небольшом объеме, ограниченном диаметром зондирующего луча» Поэтому для получения информации о состоянии всего объема изоляционной конструкции необходимо последовательное зондирование элементарных объемов, что существенно снижает оперативность получения информации. Во-вторых, исключается возможность непрерывного контроля изоляционных конструкций, так как измерение характеристик светорассеяния производится после отключения высокого напряжения*

В современных гипотезах о механизмах электрического старения и пробоя твердых диэлектриков значительная роль отводится объемным зарядам, образующимся в диэлектриках в сильных электрических полях /30-44/» В /45-46/ установлено, что в полимерных диэлектриках в процессе длительного воздействия электрического поля может накапливаться объемный заряд, создающий собственное электрическое поле. Усредненная напряженность этого поля может достигать значе-ний, соизмеримых с величиной напряженности внешнего поля (~ТО'В/м), а в локальных объемах значительно превышать ее, достигая значения внутренней электрической прочности диэлектрика. На основании полученных закономерностей, устанавливающих взаимосвязь процессов электрического старения диэлектриков с накоплением объемного заряда, в /47-48/ предлагается метод и устройство для контроля сое-

тояния полимерной монолитной изоляции.

Несмотря на высокую чувствительность и разрешающую способность метода, к его недостаткам можно отнести то, что измерение распределения потенциала в твердых диэлектриках производится после отключения высокого напряжения. Кроме того, измерения могут производиться только в изоляционных конструкциях с однородным электрическим полем.

При исследовании старения изоляции в условиях, близких к эксплуатационным, в /49/ установлено, что интенсивность ее отказов изменяется пропорционально коэффициенту неоднородности внешнего электрического поля. В реальных конструкциях с толстослойной полимерной изоляцией практически невозможно обеспечить равномерное распределение напряженности поля по ее толщине и объему. Кроме того, наличие структурных и макроскопических неоднородностей в изоляции (микропустот, инородных включений и т.д.) может приводить к возникновению локальных электрических полей, значительно превышающих рабочую напряженность поля изоляционной конструкции. На наличие таких полей указывает тот факт, что наиболее частой причиной пробоя полимерной монолитной изоляции при эксплуатации высоковольтных конструкций является образование дендритов (триин-гов) вблизи местных дефектов различного рода /50,51/. Согласно литературным данным, зарождение дендрита может являться следствием нарушения термофлуктуационного равновесия и разрыва связей в материале /24,27,52/, образования и накопления объемного заряда /27,31,35/, воздействия Ч.Р. /14,15/, повышенной температуры /12, 16,24,53,54/ и т.д. Особенно большие противоречия существуют при оценке локальных температур в процессе разрушения твердых диэлектриков. В частности, в Д2/, на основе теоретического анализа баланса энергии Ч.Р. с точки зрения их разрушающего действия утвер-

ждается, что термодеструкция полимеров невозможна, так как максимальная усредненная температура их разогрева не превышает сотых долей градуса (при частоте переменного напряжения -f = 50 Гц) и 1Э0С (при $ я 104). В то же время в /55/ при длительном воздействии переменного напряжения частоты 50 Гц зафиксировано повышение температуры поверхности полимерных пленок (над зоной действия Ч.Р.) до 47С, что свидетельствует не в пользу оценок температур, приведенных в /12/. Согласно /24/ при зарождении и развитии дендрита температура диэлектрика за счет воздействия Ч.Р. может достигать порядка 300С, что способствует ускоренному развитию разрушения* Однако в /56/ непосредственно перед пробоем диэлектриков обнаружено повышение температуры их поверхности всего до 95С. Если учесть, что на предпробивной стадии разрушения в диэлектриках практически формируется плазменный канал высокой проводимости, то в /24/ приводится явно завышенная оценка температуры. Вероятно, такие противоречия обусловлены тем, что при анализе энергетических процессов, вызывающих повышение температуры диэлектрика, учитывается лишь один воздействующий фактор -Ч.Р. В то же время зарождение и развитие дендритов может сопровождаться также резким увеличением проводимости в области локальных электрических полей, диэлектрических потерь и т.д. Следствием таких процессов может быть значительное повышение температуры диэлектрика как в зоне разрушения, так и на его поверхности. Однако к настоящему времени экспериментальные исследования тепловых процессов при старении твердых диэлектриков в электрическом поле практически отсутствуют.

В этой связи исследование тепловых процессов, сопровождающих разрушение твердых диэлектриков в электрическом поле, является весьма актуальной задачей как с точки зрения физики элект-

рического старения и пробоя, так и развития новых принципов диагностики состояния полимерной монолитной изоляции.

Актуальность проблемы подтверждается также тем, что она включена в план важнейших научно-исследовательских работ, проводимых в НИИ высоких напряжений при Томском политехническом институте по проблеме 1.3.10.5 "Электрический пробой и старение диэлектриков", включенной в координационный план АН СССР на I98I-I985 г.г.

Цель работы. Основной целью настоящей работы является разработка метода диагностики зарождения и развития разрушений в электрической изоляции по тепловым эффектам. Для достижения этой цели в диссертации поставлены следующие задачи.

  1. Разработка методики исследования процесса разрушения твердых диэлектриков в резконеоднородном электрическом поле в видимом и инфракрасном диапазоне длин волн.

  2. Исследование динамики тепловых процессов, сопровождающих зарождение и развитие разрушений в полимерных диэлектриках на переменном и импульсном напряжении.

  3. Исследование влияния величины напряженности внешнего электрического поля при длительном воздействии переменного и импульсного напряжения, а также формы, полярности и частоты следования импульсов на параметры, характеризующие начальную стадию разрушения полимерных диэлектриков.

  4. Оценка мощности источников тепловыделения и интегрального перепада температуры в зоне действия источников на начальной стадии разрушения полимерных диэлектриков.

  5. Оценка разрешающей способности тепловизионного метода при контроле начальной стадии разрушения полимерных диэлектриков.

Методы исследования. Поставленные в работе задачи решались экспериментальными, аналитическими и численны-

ми методами. Обработка фотографической информации (изображений дендритов и полутоновых картин тепловых полей) осуществлялась с помощью автоматического устройства, сопряженного с мини-ЭВМ "Электроника-60". Применялась статистическая обработка результатов испытаний.

Научная новизна работы заключается в следующем:

I. Установлен ступенчатый характер изменения температуры на поверхности диэлектриков в процессе зарождения и развития разрушения, согласно которому этот процесс включает несколько стадий. Переход от предыдущей к последующей стадии разрушения, независимо от условий испытания и материала испытываемых диэлектриков, сопровождается скачкообразным увеличением перепада температуры в 1,5-2 раза.

  1. Установлена линейная корреляционная связь между стадией развития разрушения, соответствующей интервалу времени между моментом регистрации второго и третьего температурных скачков, и временем до пробоя полимерных диэлектриков. Получено эмпирическое выражение, позволяющее оценить ресурс полимерных диэлектриков в неоднородном электрическом поле.

  2. Впервые установлена взаимосвязь между характеристиками дендритообразования в резконеоднородном электрическом поле и параметрами, характеризующими электрическую прочность изоляции в однородном (слабонеоднородном) электрическом поле. Предложен новый способ определения длительной электрической прочности полимерной изоляции, основанный на экстраполяции характеристик дендритообразования к однородному полю, на который получено положительное решение на изобретение по заявке № 3692024/24-21

от 18.09.84 (приор, от 16.01.84).

- II -

  1. Установлено, что мощность источников тепловыделения на начальной стадии разрушения полимерных диэлектриков зависит от средней разности потенциалов на локальном участке изоляции, определяемом длиной дендрита.

  2. На основании полученных закономерностей изменения темпе-ратурно-временных параметров процесса разрушения полимерной изоляции, а также оценки разрешающей способности тепловизионного метода предложен способ контроля состояния изоляции, на который получено положительное решение на изобретение по заявке № 3583537/ 24-21 от 20.03.1984 (приор, от 21.04.1983 ).

Практическая ценность работы определяется:

разработкой новой методики определения длительной электрической прочности полимерной изоляции и оценки ее ресурса, при реализации которой значительно сокращается материалоемкость и трудоемкость. Методику можно рекомендовать для определения "кривых жизни" силовых кабелей с полимерной изоляцией на ограниченный ресурс их работы;

разработкой нового эффективного метода диагностики состояния изоляции по тепловым эффектам, который может быть применен в научных исследованиях, при контрольных и профилактических испытаниях высоковольтных изоляционных конструкций. Метод апробирован на кремнийорганических изоляторах типа Ж-70/35 и Ж-70/ІІ0, а также изолированных жилах с толщиной изоляции 10 мм.

Содержание работы. Первая глава посвящена разработке методики исследования зарождения и развития разрушений в полимерных диэлектриках, основанной на регистрации температурных полей на их поверхности. Сформулированы требования к методам и системам регистрации температурных полей. На основе

краткого анализа литературных источников показано, что наиболее полно этим требованиям отвечают радиационные методы измерения температур, на основе которых построена работа тепловизионных систем. Показано, что для решения поставленных в работе задач можно применять высокоскоростные тепловизоры, рабочий спектральный диапазон которых находится в пределах 3-5 и 8-14 мкм.

Приводится описание экспериментальной установки для исследования зарождения и развития разрушений в полимерных диэлектриках в видшлом и инфракрасном диапазоне длин волн, а также устройства для обработки фотографической информации (изображений денд-ритов и полутоновых картин тепловых полей). Описана методика проведения эксперимента и методика обработки фотографической информации. Обоснован выбор объектов исследования - полиэтилена низкой плотности (ПЭ), полипропилена (ІШ), полиметилметакрилата (ПММА) и резины марки ТСШМ-40. Дан подробный анализ методических и инструментальных погрешностей. Осуществлена экспериментальная проверка методических погрешностей.

Во второй главе приведены результаты исследования темпера-турно-временных параметров процесса разрушения полимерных диэлектриков на переменном и импульсном напряжении, а также результаты исследования влияния величины напряженности внешнего электрического поля, формы, полярности и частоты следования импульсов напряжения на пространственно-временные характеристики дендритооб-разования в полимерных диэлектриках.

Установлено, что на переменном напряжении промышленной частоты локальный перепад температуры на поверхности полярных диэлектриков (ПММА, ТСШМ-40) появляется до зарождения разрушения. Перепад температуры на поверхности образцов из ПЭ и ПП возникает только при зарождении дендрита. В процессе развития разруше-

- ІЗ -

ния наблюдается ступенчатый характер изменения температуры для всех испытываемых диэлектриков. По характеру изменения температуры можно выделить три стадии разрушения в полярных диэлектриках и четыре - в неполярных. Переход от предыдущей к последующей стадии разрушения (независимо от условий испытания и материала испытываемых образцов) сопровождается скачкообразным увеличением перепада температуры в 1,5-2 раза, что подтверждает дискретный во времени и пространстве характер разрушения полимерных диэлектриков. Установлена линейная корреляционная связь между продолжительностью стадии развития дендритов, соответствующей интервалу времени между моментом регистрации второго и третьего температурных скачков, и временем до пробоя испытываемых диэлектриков. Показано, что по этому интервалу времени можно оценить время до пробоя испытываемых диэлектриков с погрешностью, не превышающей 23$.

Установлено, что при воздействии импульсного напряжения перепад температуры на поверхности полярных и неполярных диэлектриков возникает только при зарождении дендрита. При малых частотах следования импульсов напряжения ( ^- = 2 имп/с) возможно обнаружение лишь момента зарождения дендрита, так как в процессе развития разрушения изменение температуры на поверхности испытываемых диэлектриков имеет дискретный во времени характер. При частоте следования импульсов напряжения 50 имп/с, также как при воздействии переменного напряжения, процесс развития разрушения в ГО сопровождается ступенчатым изменением перепада температуры на поверхности образцов. По характеру изменения перепада температуры процесс развития разрушения также включает четыре стадии, причем переход от предыдущей к последующей стадии разрушения сопровождается повышением температуры в 1,5-2 раза. На основании

расчета коэффициентов корреляции между отдельными стадиями разрушения и числом импульсов до пробоя установлено, что число импульсов до пробоя образцов из ПЗ можно оценить по интервалу времени между моментом регистрации второго и третьего температурных скачков. При этом ошибка между экспериментальными и расчетными значениями числа импульсов до пробоя не превышает 22$.

Установленные закономерности изменения температурно-времен-ных параметров процесса разрушения полимерных диэлектриков могут соблюдаться и в слабонеоднородном электрическом поле с той лишь разницей, что соотношение между отдельными стадиями разрушения будет иное.

Из анализа литературных источников следует, что при испытании полимерных диэлектриков в квазиоднородном электрическом поле время (число импульсов) до пробоя должно определяться не стадией развития разрушения, а продоляительностью додендритной стадии. Поэтому с точки зрения диагностики состояния изоляции при длительном нагружении ее электрическим полем представляло интерес исследование параметров, характеризующих додендритную стадию старения полимерных диэлектриков, так как независимо от конфигурации внешнего электрического поля процессы, обусловливающие зарождение разрушения в локальном объеме изоляции, происходят именно на этой стадии.

Старение изоляции в резконеоднородном электрическом поле завершается скачкообразным прорастанием дендрита, после чего развитие его тормозится. Исходя из посылки, что зарождение дендрита является аналогом пробоя локального участка изоляции, в качестве характеристик дендритообразования предложено использовать следующие параметры:

- время (число импульсов /?з ) до зарождения дендритов;

длину дендрита і (после первого скачка), по которой можно оценить размер участка изоляции, подвергающегося старению на до-дендритной стадии;

напряженность поля на конце дендрита Et » при которой тормозится его развитие;

среднюю напряженность поля Еср<г, достаточную для пробоя локального участка изоляции, характеризуемого длиной дендрита;

коэффициент неоднородности поля на локальном участке kz , определяемый как отношение максимальной напряженности поля Ем

к Еср.-е*

Исследование влияния величины напряженности внешнего электрического поля на переменном и импульсном напряжении, а также формы, полярности и частоты следования импульсов на пространственно-временные характеристики дендритообразования ( Т$ , из , Z ) позволило установить следующее. Продолжительность додендрит-ной стадии старения полимерных диэлектриков зависит не только от величины максимальной напряженности поля, но и скорости убывания напряженности поля вблизи электрода-острия. Зависимость между Т$ (/2з) и fc^ в двойных логарифмических координатах можно аппроксимировать линейными функциями, так как между этими параметрами существует линейная корреляционная связь. Форма и полярность импульсов напряжения влияют лишь на длину дендритов. При одинаковой максимальной напряженности внешнего электрического поля размер участка изоляции, подвергающегося старению на до-дендритной стадии, меньше при отрицательной полярности и апериодической форме импульсов напряжения, что согласуется с представлением об экранирующем действии объемного заряда. Это подтверждается результатами расчета ^ и Еср.е , значения которых при одинаковой величине Ем примерно в 1,5-2 раза выше при отри-

дательной полярности и апериодической форме воздействующих импульсов напряжения. Установлено, что независимо от условий испытания и материала испытываемых диэлектриков, между расчетными параметрами Е^ , Еср.-б и Длиной дендритов существует линейная корреляционная связь.

Обоснована и показана возможность определения параметров, необходимых для расчета "кривых жизни" полимерной монолитной изоляции для случая однородного (слабонеоднородного) электрического поля путем экстраполяции экспериментальных и расчетных характеристик дендритообразования к однородному полю. Разработана экспресс-методика определения электрической прочности и "кривых жизни" полимерной изоляции на переменном и импульсном напряжении. Проверка методики осуществлена сравнением расчетных данных с экспериментальными из литературных источников. Показано, что данная методика может быть применена для определения электрической прочности и "кривых жизни" силовых кабелей с полимерной изоляцией на

7 fi

ограниченный ресурс их работы (до 10 с - на переменном и до ТО

импульсов - на импульсном напряжении), если коэффициент неоднородности внешнего электрического поля меньше или равен 1,7.

В третьей главе сформулированы и решены задачи для оценки мощности источников тепловыделения и интегрального перепада температуры в зоне их действия на начальной стадии разрушения полимерных диэлектриков. Установлено, что мощность источников тепловыделения не определяется непосредственно величиной максимальной напряженности внешнего электрического поля. Мощность источников тепла зависит от средней разности потенциалов ( Ucp,$) на локальном участке изоляции, определяемом длиной дендрита, а также от свойств и структуры испытываемых диэлектриков. В полярных диэлектриках мощность источников тепла (в одинаковом диапазоне максималь-

ных напряженностей поля) больше, чем в неполярных диэлектриках, и изменяется пропорционально и-ср.е» Интегральный перепад температур в зоне действия источников практически прямопропорционально зависит от их мощности и составляет I-3G - для ПЭ и IHI, I-4G -для ШМА и 2-22С - для ТСШМ-40.

На основании расчета мощности источников тепловыделения и интегрального перепада температуры в зоне их действия произведена оценка разрешающей способности тепловизионного метода при контроле начальной стадии разрушения полимерных диэлектриков. Установлено, что предельная глубина залегания, с которой источник тепловыделения (дефект) можно обнаружить по тепловому контрасту на поверхности испытываемых диэлектриков, в зависимости от мощности источников тепла, составляет от 4,5 до 8 мм - для ПЭ, Ш и JQMMA и от 7 до ІЗ мм - для ТСИМ-40 и находится в диапазоне толщин реальных изоляционных конструкций. Произведена экспериментальная проверка разрешающей способности тепловизионного метода. Ошибка между расчетными и экспериментальными значениями предельной глубины залегания не превышала 15$, т.е. математические модели для расчета мощности источников тепловыделения и распределения температуры в диэлектрике можно использовать для оценки предельной глубины залегания источников тепловыделения (дефектов) на начальной стадии разрушения полимерных диэлектриков.

Для оценки возможности применения тепловизионного метода для контроля состояния изоляции реальных изоляционных конструкций произведены испытания кремнийорганических изоляторов типа Ж-70/35 и Ж-70/ІІ0, а также изолированных жил с толщиной изоляции 10 мм. Результаты испытаний показали, что тепловизионный метод может быть применен для выявления грубых технологических дефектов в изоляции реальных изоляционных конструкций (глубина

залегания дефектов составляла 10-17 мм), а также для диагностики состояния изоляции в процессе развития разрушения» Так при испытании изолятора ЛК-70/35 и изолированных жил до пробоя было установлено, что в процессе развития разрушения (так же как при испытании полимерных диэлектриков в резконеоднородном электрическом поле) изменение перепада температуры на поверхности изделий имеет ступенчатый во времени характер, а переход от предыдущей к последующей стадии разрушения сопровождается увеличением температуры в 1,5-2 раза. Результаты оценки времени до пробоя испытываемых изделий по интервалу времени между моментом регистрации второго и третьего температурных скачков (с учетом эмпирических коэффициентов, полученных при испытании полимерных диэлектриков в резко-неоднородном поле) показали, что разница между экспериментальным и расчетным временем до пробоя не превышает 13$. То есть при контроле изменения перепада температуры на поверхности изделий во времени можно осуществлять качественную диагностику состояния изоляции (выявление отдельных стадий разрушения по увеличению перепада температуры в 1,5-2 раза), а также оценивать ресурс изделий. Оценку ресурса можно осуществлять только для высоковольтных конструкций с неравномерным распределением электрического поля по толщине и объему изоляции, когда коэффициент неоднородности внешнего электрического поля больше 2.

Работа завершается заключением, в котором сформулированы основные выводы по оригинальным материалам о закономерностях изменения температурно-временных параметров процесса разрушения полимерных диэлектриков, а также по результатам разработки и апробирования новых методов определения электрической прочности и оценки ресурса изоляции для случая слабонеоднородного электрического поля и диагностики состояния изоляции по тепловым эффектам

в неоднородных электрических полях.

Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на научных семинарах НИИ высоких напряжений, кафедры "Электроизоляционная и кабельная техника" Томского политехнического института; школе-семинаре "Физика импульсных разрядов в конденсированных средах" (г.Николаев, 1982 г.); Всесоюзной научной конференции "Физика диэлектриков" (г.Баку, 1982 г.); конференции "Пути повышения производительности труда при изготовлении электрических кабелей" (г.Иркутск, 1983 г.); Всесоюзном научно-техническом семинаре "Вопросы старения изоляции высоковольтного оборудования" (г.Тбилиси, 1983 г.).

Публикации. Основные положения и выводы диссертации опубликованы в следующих работах.

  1. Гефле О.С., Дмитревский B.C. Методика исследования электрических триингов в твердых диэлектриках.- В кн.: Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции "Шизика диэлектриков". Секция "Пробой и электрическое старение". Баку, 1982, с.71-72.

  2. Гефле О.С. О возможности контроля качества изоляционных изделий тепловизионным методом.- В кн.: Тезисы докладов к конференции "Пути повышения производительности труда при изготовлении электрических кабелей". Иркутск-Шелехов, 1983, с.65-66.

  1. Бажов В.Ф., Гефле О.С, Ефремова Г.В. и др. Новые методы исследования электрического старения твердой полимерной изоляции. -В кн.: Краткие тезисы докладов к Всесоюзному научно-техническому семинару "Вопросы старения изоляции высоковольтного оборудования". (Тбилиси, ноябрь 1983), Ленинград, 1983, с.12-13.

  2. Гефле О.С, Дмитревский B.C. Методика исследования триингов в видимом и инфракрасном диапазоне длин волн*- Деп. в йн-формэлектро гё 253 эт.- Д83, 1983, 7 с.

5. Гефле О.С., Дмитревский B.C. Тепловая дефектоскопия вы
соковольтных изоляционных конструкций.- Деп. в Мнформэлектро

& 395 эт.- Д83, 1983, 8 с.

  1. Гефле О.С. Способ контроля состояния изделий из диэлектрических материалов. Положительное решение от 20.03.84 по заявке Ш 3583537/24-21, приор. 21.04.83.

  2. Арбит Л.Г., Гефле О.С, Сквирская И.И. Исследование зарождения дендритов в полиэтилене при многоимпульсном воздействии напряжения.- Электротехническая промышленность. Сер. Электротехнические материалы, 1984, вып.7 (168), с.1-3.

  3. Гефле О.С, Сквирская И.й., Ушаков В.Я. Способ определения длительной электрической прочности полимерной изоляции. Положительное решение от 18.09.84 по заявке & 3692024/24-21, приор, от 16.01.84.

Методика эксперимента

С целью повышения информативности о процессе формирования и развития разрушения в твердых диэлектриках исследования проводились двумя методами: оптическим и тешювизионным. Для реализации этих методов была собрана экспериментальная установка, структурная схема которой приведена на рисЛЛ.

Оптический тракт установки выполнен на базе волоконного регулярного световода с диаметром торцевых площадок 10 мм и микроскопа МИМ-7. Для формирования изображения дендрита в плоскости входного торца световода и его предварительного увеличения использовался объектив "Триплет" с фокусным расстоянием 78 мм. Общее увеличение оптической системы, при котором обеспечивалось разрешение деталей изображения порядка Ї-5 мкм, составляло: - при окуляре микроскопа "х7" и объективе с фокусным расстоянием і = 13,9 - 375 раз; - при окуляре "х7" и объективе с f а= 23,2 - 225 раз. Юстировка системы производилась с помощью лазера ЛГ-52-2., Проверка качества получаемого изображения производилась по тест-объекту, в качестве которого использовалась эталонная проволока диаметром 15 і 0,5 мкм, наклеенная с помощью дихлорэтана на поверхность плоскопараллельной пластины из оргстекла толщиной 5 мм. Этот же тест-объект использовался для определения длины дендритов по методу сравнения.

Для определения локальных перепадов температуры на поверхности испытываемых образцов применялся тепловизор А&А-680. Тепловизор позволяет регистрировать минимальный перепад температур 0,2С при температуре поверхности объекта +30С и предназначен для прямого отсчета температур в диапазоне +20 - +40С. Рабочий спектральный диапазон приемника излучения, выполненного из CdRaXe, составляет 8-14 мкм, максимальное значение обнаружительной способности Ф = 9»10 см «Вт"1 «Гц при Ли = 10 мкм, постоянная вре-мени - ID о. Время сканирования одного кадра изображения составляет ІД6 с, полная разрешающая способность - 14000 элементов, угол полного визирования - 174x174 мрад, угол мгновенного визирования - 1,3 мрад. Область сканирования составляет 11,5x11,5 см при фокусном расстоянии 0,95 м.

Блок тепловизионной камеры воспринимает распределенное по интенсивности ИК излучение от участков поверхности исследуемого образца с различной поверхностной температурой. ИК излучение преобразуется в эквивалентные электрические сигналы, которые после усиления передаются в индикаторное устройство. Изображение, получаемое на экране дисплея тепловизора, представляет собой черно-белое (полутоновое) изображение распределения интенсивности ИК излучения, при этом участкам поверхности, имеющим повышенную температуру по отношению к соседним, соответствуют более светлые участки тепловой картины поверхности образца. Контрольное устройство управления для измерения температур составляет группу "Изо терма" Это устройство позволяет наблюдать температурные контуры на объекте внутри узкого диапазона температур, выбранного регулятором "Чувствительность". Температурный промежуток изотермических контуров (изотерм) устанавливается с помощью регулятора "Ширина изотермы". Ширина изотермы и ее уровень могут быть считаны с помощью маркеров, которые образуются на шкале делений внизу тепловой картины.

Для контроля температуры поверхности образца в процессе эксперимента применялся эталонный источник излучения модели 1010 /70/. Коэффициент излучения источника 8 = 0,97, регулируемый диапазон температур от 16 до 40С с шагом 5С, точность задания температуры - 0,2С. Для оценки достоверности определения температуры образца по эталонному излучателю производился контроль температуры окружающей среды с помощью ртутного термометра с ценой деления 0,1С.

Измерение локальных перепадов температуры на поверхности образца производилось при значениях уровня чувствительности "5" или "10". При этих уровнях обеспечивается сильный контраст тепловой картины, причем чувствительность "5" является более оптимальной для обнаружения локальных перепадов температуры, не превышающих 0,2С при температуре поверхности образца до +25С. Поэтому контроль температурного поля в процессе эксперимента осуществлялся, начиная с уровня чувствительности "5".

При измерении разности температур и абсолютных температурных уровней "Изотерма-1" использовалась для контроля температуры эталонного источника, "Изотерма-2" - для образца.

Так как зарождение и развитие дендритов сопровождается нестационарным изменением температуры на поверхности образцов, для обеспечения сопоставимых результатов при определении разности температур в различные моменты времени, ширина маркеров изотерм выбиралась одинаковой и составляла 0,05 деления шкалы изотермических уровней. При этой ширине измеряемая разность температур соответствовала 50$ максимального температурного уровня /70/. Определение температуры фона (поверхности образца) - Т р и среднего локального перепада температуры (между областью повышенной температуры и температурой фона) - лТ производилось по соотношениям:

Тепловые эффекты в процессе развития разрушения полимерных диэлектриков при многоимпульсном воздействии напряжения

Известно, что число импульсов до пробоя полимерных диэлектриков зависит от формы, полярности и частоты следования импульсов напряжения /35,45,80,89-92/. В частности, в /45,91/ установлено, что число импульсов до пробоя увеличивается с ростом частоты их следования. Увеличение числа тшульсов до пробоя с ростом частоты объясняется влиянием объемного заряда /45/, экранировкой поля при переходе дендрита от слаборазветвленной формы к шарообразной /81/, подавлением Ч.Р. за счет повышения давления газа в каналах дендрита /35,78,92/. Влияние формы и полярности на ресурс полимерной изоляции связывается с экранирующим действием объемного заряда, причем наиболее интенсивное разрушение наблюдается при воздействии импульсов напряжения колебательной формы /89,90/. В этой связи представляло интерес установить характер изменения температуры в процессе развития разрушения полимерных диэлектриков при воздействии колебательных импульсов напряжения.

При испытании образцов из ШМА, ТСШМ-40 и ЛЭ до пробоя частота следования импульсов составляла 2 имп/с, амплитуда испытательного напряжения от 15 до 25 кВ, межэлектродное расстояние -2,5 4- 6 мм, радиус закругления острия - 15 20 мкм.

В процессе испытаний образцов из ШМА было установлено, что на додендритной стадии старения, также как при длительном воздействии переменного напряжения промышленной частоты, происходит изменение оптической плотности материала, а процесс разрушения имеет дискретный во времени и пространстве характер. Однако, в отличие от переменного напряжения, на додендритной стадии изменения температуры на поверхности образцов не наблвдалось. Возникновение дендрита сопровождалось появлением перепада температуры (рис.2.4), который исчезал через 5-Ю импульсов и появлялся вновь только при очередном скачке дендрита. То есть дискретный во времени характер разрушения образцов из ШМА на импульсном напряжении проявлялся в дискретности возникновения локального перепада температуры. Аналогичный характер изменения АГ наблюдался также при испытании образцов из ТСШМ-40 и ГО (рис.2.5).

Отсутствие перепада температуры на додендритной стадии старения полярных диэлектрических материалов свидетельствует о том, что при воздействии колебательных импульсов напряжения тепловыделение за счет диэлектрических потерь, по сравнению с переменным напряжением, несущественно.

Интенсивное тепловыделение в исследуемых диэлектриках возникает только в моменты "скачкообразного" прорастания дендрита и может быть обусловлено практически мгновенным выделением энергии в локальном объеме изоляции при его пробое. Интегральное тепловыделение за счет рассеяния энергии Ч.Р. на стенках каналов дендрита в интервале времени между воздействующими импульсами напряжения очень мало. Это подтверждается тем, что после прорастания дендрита перепад температуры на поверхности образцов быстро уменьшается до нуля.

Таким образом, по появлению перепада температуры на поверхности диэлектриков при их испытании импульсами напряжения с малой частотой следования возможно надежное обнаружение только момента зарождения дендрита. Для более детального исследования тепловых процессов температурного разрешения тепловизионной системы явно недостаточно.

Для оценки влияния частоты импульсного напряжения на характер изменения перепада температуры были проведены испытания на пробой образцов из ИЗ при f- = 50 имп/с.

Результаты определения дТ при различных условиях испытания образцов из ПЭ приведены в табл.П.2.14 П.2.І6. Типичный характер изменения перепада температуры на поверхности образцов представлен на рис.2.6, из которого видно, что в процессе развития разрушения переход от предыдущей к последующей стадии, также как при длительном воздействии переменного напряжения (рис.2.3), сопровождается увеличением дТ в 1,5-2 раза,причем на каждой стадии дТ остается постоянным. Увеличение дТ в 1,5-2 раза может быть обусловлено увеличением интенсивности Ч.Р. и проводимости вследствие перераспределения потенциала в межэлектродном промежутке при скачкообразном развитии дендрита. Постоянство дТ на каждом "временном" интервале свидетельствует о том, что интегральное тепловыделение в зоне разрушения не изменяется.

При идентичных условиях испытания образцов из Ш среднее число импульсов до пробоя Кпр на частоте 50 имп/с примерно на два порядка было больше,чем при f = 2 имп/с (Л/у = 5643). Если сопоставить характер изменения перепада температуры в процессе разрушения образцов при j- = 2 и 50 имп/с, то становится очевидным, что увеличение числа импульсов до пробоя с ростом частоты не связано с подавлением Ч.Р.,так как подавление Ч.Р. неизбежно сопровождалось бы уменьшением интегрального тепловыделения в зоне разрушения и снижением перепада температуры на поверхности образцов. образцов остается постоянным (табл.П.2.14 П.2.І6) и числом импульсов до пробоя Ппр , по (2.1) производился расчет коэффициентов корреляции t L , уровень значимости которых определялся по критерию Стьюдента "р Результаты расчета приведены в табл.2.2.

Из таблицы видно, что корреляционная связь между продолжительностью додендритной ( Л (Ь ) стадии разрушения и числом импульсов до пробоя образцов отсутствует, так же как в случае воздействия переменного напряжения промышленной частоты (табл.2.1). Устойчивая корреляционная связь наблюдается между (1ц, и интервалами Д#2 и й[Ь$ причем с погрешностью, не превышающей 22$, число импульсов до пробоя каждого образца можно определить по соотношению

Д/2 - число импульсов между моментами регистрации второго и третьего температурных скачков, возникающих на поверхности образцов в процессе их разрушения.

Таким образом, при испытании образцов из ПЭ как переменным напряжением, так и импульсами напряжения с частотой следования 50 имп/с, характер изменения перепада температуры на их поверх ности аналогичен. Разница заключается лишь в значении эмпирического коэффициента % , который в случае переменного напряжения примерно в два раза превышает значение &г на импульсном напряжении, т.е. коэффициент р является параметром, чувствительным к роду воздействующего напряжения.

Выше было отмечено, что независимо от конфигурации внешнего электрического поля зарождение разрушения в полимерной изоляции происходит в области локального усиления электрического поля /27, 35,45,46,50,51/. Однако, если в резконеоднородном поле время (число импульсов) до пробоя определяется стадией развития разрушения (табл.П.2.1 и П.2.2), то в электрическом поле, близком к однородному, значительную долю в общем "времени жизни" полимерной изоляции составляет продолжительность додендритной стадии старения /27, 28/. Такое различие, вероятно, обусловлено тем, что в системе электродов острие-плоскость, вследствие концентрации поля у острия с малым радиусом закругления, скорость электрического старения изоляции в этой локальной области оказывается чрезвычайно высокой. Поэтому время до зарождения дендрита не может определять время до пробоя изоляции, так как после зарождения дендрита скорость развития разрушения значительно снижается из-за резкого убывания напряженности поля в межэлектродном промежутке. В однородном электрическом поле продолжительность додендритной стадии, по-видимому, определяется вероятностными процессами накопления объемного заряда на структурных неоднородностях изоляционного материала, вследствие чего в локальном объеме создается разность потенциалов, достаточная для инициирования процесса разрушения В этом случае время до зарождения дендрита может быть больше времени его развития. Если учесть, что формирующийся в локальном объеме изоляции заряд может существенно исказить распределение поля

Разработка методики определения электрической прочности монолитной полимерной изоляции

Ответственным этапом расчета изоляции высоковольтных конструкций является выбор рабочей напряженности поля ЕраГ Для выбора EpQg необходимо знать электрическую прочность изоляции при длительном приложении напряжения Ее , которая определяется по "кривым жизни" Д3,17,24,95/. Нахождение "кривых жизни" связано с продолжительными испытаниями на пробой большого количества образцов изоляционного материала, либо изоляционных конструкций (например, кабелей). Поэтому разработка менее трудоемкой методики определения электрической прочности изоляции при длительном приложении напряжения представляется актуальной задачей.

Выше было показано, что зарождению дендрита в резконеодно-родном поле предшествует период времени, в течение которого происходит старение полимерного диэлектрика, как и в случае однородного (слабонеоднородного) электрического поля» Предполагая, что конфигурация и напряженность поля в материале не влияют на процессы старения, а отражаются только на их скорости, зарождение дендрита в резконеоднородном поле можно принять за аналог пробоя изоляции в квазиоднородном электрическом поле» В резко-неоднородном поле размер участка изоляции, подвергающегося старению на додендритной стадии, а затем и пробою, характеризуется длиной дендрита і По длине дендрита Z можно определить напряженность поля . , при которой тормозится его развитие, и напряженность поля Eq e» достаточную для пробоя локального участка изоляции. Поскольку продолжительность додендритной стадии намного превышает время "скачкообразного" прорастания дендрита, а очередному "скачку" дендрита вновь предшествует интервал времени, в течение которого происходит старение материала и восстановление напряженности поля до некоторой критической величины, то E sp.i и Ее можно считать параметрами, характеризующими кратковременную и длительную прочность локального участка изоляции.

Зависимость между длиной дендритов %, , определенной после их первого "скачка", и расчетными параметрами Еср я г-е можно аппроксимировать линейными функциями, так как независимо от условий испытания и материала испытываемых образцов между этими параметрами существует линейная корреляционная связь (табл.2.3). Кроме того, из (2,8), (2.9) и (2,10) следует, что когда - О, ср.г " Ем » Ее - EtA» а $е " I» т»е» экстраполируя зависимости Еакв Ш и = $№) к - = 0, можно получить предельные параметры, соответствующие электрической прочности изоляции при кратковременном ( Ецр) и длительном ( Boo ) приложении напряжения для случая однородного электрического поля.

Для проверки этой посылки использовались экспериментальные и расчетные данные, приведенные в табл.П.2.18-11.2.21. Зависимости Еср,е » Е& и 4 от длины дендритов { на переменном напряжении промышленной частоты для образцов из ПЭ и Ш представлены на рис.2.9 и рис.П.2.1, соответственно (каждая точка на графиках является результатом измерения и расчета параметров для отдельного образца). При экстраполяции зависимостей к і - О, Е% Во» а прямые, отображающие зависимость ф и $е для разных радиусов закругления острия, сходятся в одну точку, т.е. Еср.е-гЕю» а $е ! Аналогичным способом получены значения Екр и Г«» для образцов из Ш при воздействии апериодических (рис.2.10) и колебательных (рис.П.2.2) импульсов напряжения. Результаты определения параметров по предлагаемой методике, а также экспериментальные значения кратковременной и длительной (многоимпульсной) прочности изоляции в однородном и слабонеоднородном полях (из литературных источников) приведены в табл.2.4. В случае переменного напряжения указаны значения ЕКр и Ею » приведенные к действующему значению напряжения. Сравнение значений Екр и Еоо , приведен ных в табл.2.4, показывает, что предлагаемая методика обеспечивает хорошее совпадение со средними значениями параметров, определенными по ГОСТ 6433.3-71 ( Екр) и по результатам длительных испытаний диэлектриков на пробой ( :« ) в однородном и слабонеоднородном электрическом поле как на переменном, так и импульсном напряжении.

Пробой изоляции, обусловленный зарождением и развитием ден-дритов, наиболее часто наблюдается в силовых кабелях с экструди-рованной полимерной изоляцией /13,17,51,82,94/. Изоляция таких кабелей работает в условиях неравномерного внешнего электрического поля. Коэффициент неоднородности поля при одном и том же диаметре внутреннего проводника зависит от толщины изоляции, причем с увеличением толщины изоляции наблюдается снижение ее электрической прочности. В этой связи представляло интерес оценить возможность применения методики для определения электрической прочности изоляции реальных изоляционных конструкций.

Согласно /100/ на переменном напряжении промышленной частоты средняя длительная (асимптотическая) прочность кабелей с полиэтиленовой изоляцией сечением 70 мм с наложенными по жиле и изоляции полупроводящими экранами и с толщиной изоляции 3,5; 5,5; 7 и 8,3 мм составляет 8; 6,3; 5,5 и 4,3 кВ/мм, соответственно. Так как в нашем случае Еео (табл.2.4) соответствует длительной электрической прочности при коэффициенте неоднородности поля равном I, а в сравниваемом случае поле неоднородно, для сопоставления значений Еоо оценивался коэффициент неоднородности поля "Кн » который для коаксиальной системы электродов определяется как 0иь/г-&1%, где Оиъ- толщина изоляции, - радиус по жиле, d - радиус по изоляции. Значения для кабелей с полиэтиленовой изоляцией, а также Есо/ н » определенные по предлагаемой методике и приведен

Оценка разрешающей способности тепловизионного метода при контроле начальной стадии разрушения полимерных диэлектриков

Разрешающая способность тепловизионного метода при контроле начальной стадии разрушения полимерных диэлектриков зависит от следующих факторов: мощности источников тепловыделения, температуры в зоне действия источника, глубины его залегания и теплофи-зических характеристик испытываемых диэлектриков. Интегральный перепад температуры в зоне действия источников тепла должен изменяться пропорционально их мощности. При одной и той же глубине залегания источника тепла скорость выравнивания температуры в диэлектрике будет определяться не только его теплофизическими характеристиками ( CL , Ат ), но и разностью температур, возникающей между источником тепла и поверхностью диэлектрика. Поэтому перепад температуры, возникающий на поверхности диэлектриков, будет зависеть также от температуры в зоне действия источника мощностью О/ . В этой связи для оценки разрешающей способности тепловизионного метода необходимо было решить следующие задачи. 1. Установить зависимость между мощностью источников тепловыделения и величиной интегрального перепада температуры в зоне их действия. 2. Оценить предельную глубину залегания источника тепла, с которой его можно обнаружить по тепловому контрасту на поверхности испытываемых диэлектриков.

Исходя из предположения, что тепловое поле, создаваемое источником тепла,является сферически симметричным, для оценки температуры разогрева диэлектриков в зоне действия источника мощностью сь можно перейти к одномерной постановке задачи теплопроводности, так как H/&»h и в»h (рис.3.1). источника постоянной мощности Сь , можно определить как Q = ty д 5 , где дБ- элементарная площадка.

Теплообмен на поверхности образцов при ос = h происходит по закону Ньютона и состоит из двух составляющих - конвективной и излучения. Тогда задачу математически сформулируем следующим образом: вольно сложно, поэтому дою нахождения распределения температуры в образце задача решалась численным методом.

В разностном виде уравнение (3.10) можно записать следующим образом /109/ В итоге схема расчета температур Т(эс,Т) состоит из двух этапов. По формулам (3.21) с учетом (3.19) вычисляются прогоночные коэффициенты аЬі SL ОТ t = 0 ДО 1= Ы- 1« Затем по (3.20) с учетом (3.22) определяются все значения Тц , начи Программа для расчета ТСзс,Т) написана на языке "Бэйсик" и реализована на ЭВМ "Электроника-100/25". Листинг программы приведен в приложении 1«

Для решения сформулированной задачи (ЗЛО) - (3.13) необходимо было определить также коэффициент теплообмена оС . Согласно /III/ конвективный теплообмен нагретых тел с окружающей средой можно представить в виде где Vi - скорость набегающего потока воздуха.

Поскольку в данном случае 1Г{ = 0, конвективный коэффициент теплообмена обусловлен только термодиффузией, возникающей в слоях, прилегающих к образцу. Коэффициент теплообмена за счет переноса тепла излучением можно представить как OLUM = A . Тогда обобщенный коэффициент теплообмена на поверхности образца с окружающей средой запишется

В диапазоне температур То = 18-35С расчетное значение oL изменялось в пределах 7-Ю Вт/иг. Для расчета Т(ЗДв образцах из Ш,Ш1,ПММА и ТСШМ-40 использовались экспериментальные данные и результаты расчета О, , приведенные в табл.П.3.1-П.3.8. Типичный характер изменения перепада температуры дТ в зоне действия источника тепла мощностью су ( X = 0), а также при x=/t во времени показан на рис.3.4 и 3.5 для ПЗ и ПММА, соответственно. Остальные результаты расчета для ЕЭ, БММА, Ш и ТСШМ-40 при различных значениях су приведены на рис.П.З.І-П.3.14. Значения & , приведенные на рисунках, характеризуют относительную ошибку между расчетными значениями перепада температуры AT , соответствующими стационарному режиму, и значениями перепада температуры д 7 t определенными микрофотометрическим методом (по результатам эксперимента). Так как максимальная относительная погрешность определения дТД составляет 11%, то указать точное значение дТ в зоне действия источника невозможно. Однако, согласно /112/ можно утверждать, что значения дТ при ос = 0 будут находиться в пределах 2 S j , т.е. 22$. Это подтверждается тем, что при различных значениях о, максимальная ошибка между расчетными значениями дТ при ос-/і и дТм не превышает 22$.

Характер изменения дТ во времени при х = 0 и х-/і показывает корректность выбранных моделей для оценки CL и дТ , так как в большинстве случаев стационарный тепловой режим внутри образцов и на их поверхности достигается за время от 30 до 70 с и соответствует значениям Т-рп » определенным экспериментально (табл.П. 3.1, П. 3.3, П. 3.5, П. 3.7).

Зависимости дТ от ty , где дТ соответствует установившемуся значению перепада температуры в зоне действия источника тепла мощностью (L (х = 0), представлены на рис.3.6 для ТСШМ-40, а также на рис.3.7 и 3.8 для ГО и Ш, ШМА, соответственно.

Из рис.3.6 - 3.8 видно, что интегральный перепад температуры в зоне действия источников тепла практически прямопропорцио-нально зависит от их мощности. В неполярных диэлектриках (ГО,ПП) при изменении О. в 2,5-3 раза перепад температуры составляет І-3С. Б полярных диэлектриках (в диапазоне Ем от 4,4 10 до 15,2 »10 В/м) величина ДТ(0,Т) может составлять І-4С (ПММА) и 2-22С (ТСШМ-40). То есть в наполненных полярных полимерах,в одинаковом диапазоне испытательных напряженностей поля, интегральный перепад температур в зоне действия источника может в 2-7 раз превышать значения дТ(0,Г)в аморфных и частично-кристаллических ди

Похожие диссертации на Разработка метода диагностики зарождения и развития разрушений в электрической изоляции по тепловым эффектам