DOI: https://doi.org/10.20998/2413-4295.2019.05.27

Вивчення деяких закономiрностей руйнування полiмерних плiвкових дiелектрикiв пiд впливом електричного поля в умовах обмеження часткових розрядiв

Antonina Maliushevska, Serhij Toporov, Oleksiy Dmytrishyn

Анотація


Робота присвячена дослідженню процеса електричного старіння і руйнування полімерних діелектричних плівок. Показано, що пробій твердих полімерних діелектриків під дією електричного поля не є критичною подією, а є  процесом, що розвивається у часі та проявляється у накопиченні дефектів в матеріалі. Розділяються умови навантаження електричним полем, в яких протікає старіння полімерів, показано, що старіння під дією електричного поля навіть в умовах обмеження часткових розрядів є неминучим явищем. Для мінімізації впливу часткових розрядів та задля запобігання електричної ерозії полімеру запропоновано просту методику їх обмеження, яка передбачає зменшення області полімерної плівки, що підпадає під дію електричного поля та занурення зразків у діелектричну рідину з метою виключення можливості виникнення поверхневих розрядів. Розглядаються результати експерименту з перевірки гіпотези про оборотність змін, що відбуваються в полімерних плівках під впливом електричного поля в умовах обмеження часткових розрядів. Виявлено, що можливий такий вплив електричного поля протилежної полярності на полімерний діелектрик, що дозволяє частково відновити його погіршені ізоляційні властивості. Висунуто гіпотези щодо механізму явища регенерації  за рахунок компенсації процесів накопичення об’ємних зарядів в полімері.  Обговорюються можливі шляхи підвищення працездатності електротехнічних пристроїв, що мають в конструкції діелектрика полімерні плівки шляхом додаткової дії на діелектрик електричних полів протилежної полярності. Намічено шляхи подальших теоретичних та практичних досліджень електричного старіння та пробою твердих полімерних діелектриків.


Ключові слова


полімерні плівки; електричне старіння; пробій твердих діелектриків; довговічність

Повний текст:

PDF

Посилання


Ushakov, V. Ya. Elektricheskoe starenie i resurs monolitnoy polimernoy izolyatsii [Electrical aging and service life of polymeric insulation]. Moscow, Energoatomizdat Publ, 1988, 152.

Shibuya, J., Zoledovsri, S., Colderwood, J. N. Formation end Electrical Breakdown in Epoxy Resin. IEEE Transactions on Power Apparature and Systems, 1977, 1(96), 198-207, doi: 10.1109/t-pas.1977.32320.

Zebouchi, N., Hoang, T.G., Bui, Ai. Thermoelectronic breakdown with pressure and space charge effects in polyethylene. Journal of Applied Physics, 1997, 5(81), 2363-2369, doi:10.1063/1.364241.

Lewis, T. J. The Role of Electrodes in Conduction and Breakdown Phenomena in Solid Dielectrics. IEEE Transactions on Electric Insulation, 1984, 3 (EI-19), 210-216, doi: 10.1109/TEI.1984.298749.

Maliushevska, A. P., Gunko, V. I., Toporov, S. O. Dovgotrivala elektrichna mitsnist polimernih plivok pid dieyu elektrichnogo polya [Long-term electrical strength of polymer films under the electrical field influence]. Elektrotehnika ta elektroenergetika [Electrical engineering & Electroenergetics], 2017, 1, 12 – 17, doi:10.15588/1607-6761-2017-1-2.

Maliushevska, A. P., Toporov, S. O. Vpliv skladu i morfologiyi kondensatornih polimernih plivok na termostabilnist yih korotkochasnoyi elektrichnoyi mitsnosti [Composition and morphology of capacitor polymer films’ influence on the thermostability of their short-term electric strength]. Elektrotehnika ta elektroenergetika [Electrical engineering & Electroenergetics], 2016, 1, 18 – 24.

Berezhanskiy, V. B., Gorodov, V. V., Zakrevskiy, V. A., Rud, V. I. Predelnyie harakteristiki emkostnyih nakopiteley energii s plenochnyimi polimernyimi dielektrikami [Ultimate characteristics of capacitive energy storages with film polymeric dielectrics]. Elektrotehnika [Electrical engineering], 1990, 7, 27 – 30.

Ushakov, V. Ya., Robezhko, A. L., Efremova, G. V. Zakonomernosti razrusheniya polimerov pri dlitelnom nagruzhenii elektricheskim polem [Regularities of polymer destruction at long-term electric loading]. Fizika tverdogo tela [Physics of solid state], 1984, 1(26), 45 – 49.

Liufii, D., Wang, X. S., Tu, D. M., Kao, K. C. High-field electrical aging in polypropylene films. Journal of Applied Physics, 1998, 4(83), 2209-2214, doi: 10.1063/1.366958.

Tanaka, T. Space Charge Injected via Interfaces and Tree Initiation in Polymers. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, 2001, 5(8), 733 – 743, doi: 10.1109/94.959692.

Hajiyiannis, A., Chen, G., Zhang, C., Stevens, G. Space Charge Formation in Epoxy Resin Including Various Nanofillers. Annual Report Conference on Electrical Insulation and Dielectric Phenomena, 2008, doi: 10.1109/ceidp.2008.4772898.

Vitellas, S., Theodosiou K., Gialas I., Agoris, D. P. Mechanism of degradation and breakdown in PET films under high intensity AC fields. The European Journal of Applied Physics. 2005, 2(30), doi: 10.1051/epjap:2005013.


Пристатейна бібліографія ГОСТ


  1. Ушаков, В. Я. Электрическое старение и ресурс монолитной полимерной изоляции / В. Я. Ушаков. – Москва: Энергоатомиздат, 1988. – 152 с.
  2. Shibuya, J. Formation and Electrical Breakdown in Epoxy Resin /J. Shibuya, S. Zoledovsri, J. N. Colderwood //  IEEE Transactions on Power Apparature and Systems. – 1977. – V. 96, № l. – Р. 198 – 207. – doi: 10.1109/t-pas.1977.32320.
  3. Zebouchi, N. Thermoelectronic breakdown with pressure and space charge effects in polyethylene / N. Zebouchi, T.G. Hoang, Ai. Bui // Journal of Applied Physics. – 1997. –  V. 81, № 5. – Р. 2363 – 2369. – doi: 10.1063/1.364241.
  4. Lewis, T. J. The Role of Electrodes in Conduction and Breakdown Phenomena in Solid Dielectrics  / T. J. Lewis // IEEE Transactions on Electric Insulation. – 1984. – V. EI-19, № 3. – Р. 210 – 216. – doi10.1109/TEI.1984.298749.
  5. Малюшевська, А. П. Довготривала електрична міцність полімерних плівок під дією електричного поля / А. П. Малюшевська, В. І. Гунько, С. О. Топоров // Електротехніка та електроенергетика. – 2017. – № 1. – С. 12 – 17. – doi: 10.15588/1607-6761-2017-1-2.
  6. Малюшевська, А. П. Вплив складу і морфології конденсаторних полімерних плівок на термостабільність їх короткочасної електричної міцності  /  А. П. Малюшевська, С. О. Топоров//  Електротехніка та Електроенергетика. – 2016. – № 1. – С. 18 – 24.
  7. Бережанский, В. Б. Предельные характеристики емкостных накопителей энергии с пленочными полимерными диэлектриками / В. Б.  Бережанский, В. В. Городов, В. А. Закревский, В. И. Рудь // Электротехника. – 1990. – № 7. – С. 27 – 30.
  8. Ушаков, В. Я. Закономерности разрушения полимеров при длительном нагружении электрическим полем / В. Я. Ушаков, А. Л. Робежко, Г. В. Ефремова // Физика твердого тела. – 1984. – Т. 26,  № 1. – С. 45 – 49.
  9. Liufii, D. High-field induced electrical aging in polypropylene films / D. Liufii, X. S. Wang, D. M. Tu, K. C. Kao// Journal of Applied Physics. – 1998. – V. 83, №4. – Р. 2209 – 2214. – doi: 10.1063/1.366958.
  10. Tanaka, T. Space Charge Injected via Interfaces and Tree Initiation in Polymers / T. Tanaka // IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation.  2001. – V.8, №5, P. 733 – 743. – doi: 10.1109/94.959692.
  11. Hajiyiannis, A. Space Charge Formation in Epoxy Resin Including Various Nanofillers / A. Hajiyiannis, G. Chen, C. Zhang,  G. Stevens // Annual Report Conference on Electrical Insulation and Dielectric Phenomena. – 2008. –  doi: 10.1109/ceidp.2008.4772898.
  12. Vitellas, S. Mechanism of degradation and breakdown in PET films under high intensity AC fields / S. Vitellas, K. Theodosiou, I. Gialas, D. P. Agoris// The European Journal of Applied Physics. – 2005. – V.30, № 2. – doi: 10.1051/epjap:2005013.