Электробезопасность: мероприятия, нормы, правила, требования

Электробезопасность, как комплекс мероприятий

Электробезопасность – это целый комплекс мероприятий, нормативных документов, предписаний и защитного снаряжения, который направлен на уменьшение вероятности воздействия на людей электрического тока, статического электричества, электромагнитного поля и других факторов, которые могут вызвать травмы различной степени тяжести и даже привести к летальному исходу.

Это сложная система, которая имеет свою структуру, категории, разряды и группы, подтвержденными различными нормативами и гостами. Само понятие больше используется на производстве (в зависимости от его специфики), но его отдельные нормативы успешно используются в повседневном быту.

Мероприятия по обеспечению электробезопасности

Основные мероприятия, которые включаются в комплекс, можно разделить на несколько категорий:

правовые;
социально-экономические;
санитарно-гигиенические;
организационно-технические;
лечебно-профилактические (реабилитационные).

В зависимости от конкретной ситуации на производстве могут применяться как все указанные методы, так и определенная их часть.

Особенности и ключевая опасность электрического тока

Главное задание комплекса мер по электробезопасности заключается в сведении к нулю вероятности поражения сотрудников предприятия электрическим током.

Для этого необходимо понимать и представлять степень опасности и некоторые особенности:

ток невозможно обнаружить органами чувств и идентифицировать его потенциальную опасность, пока он не начнет свое разрушительное воздействие (отсутствие цвета, запаха, внешних показателей и других видимых характеристик);
определяется наличие и величина тока исключительно специальными приборами;
существует реальная опасность поражения током не только непосредственно при контакте человека с его источником, но и на расстоянии (при наличии определенных условий) – через воздух, землю, воду или иную токопроводящую среду;
электричество оказывает свое воздействие не только в точках входа или выхода, но и по всему организму;
во время поражения током может не быть никакой закономерности между его силой, длительностью воздействия и характером нанесенных повреждений. Иногда даже кратковременное точечное воздействие может привести к тяжелым последствиям или летальному исходу.

Обучение электробезопасности – это целый ряд теоретических и практических занятий, на которых работникам объясняют не только природу возникновения электрического тока, его разрушительное воздействие на организм, но и меры безопасности при работе с приборами и устройствами, которые находятся под напряжением.

Одна из главных опасностей поражения электрическим током заключается в том, что при воздействии на организм человека он вызывает нарушение в работе сердечнососудистой системы и приводит к непроизвольному сокращению мышц. Это приводит к тому, что пострадавший не может самостоятельно разорвать связь между собой и источником тока, фактически превращаясь в проводник между электроустановкой и землей.

Самые распространенные причины поражения электротоком на производстве и в быту

Наиболее распространенной причиной является приближение на определенное расстояние или непосредственный контакт человека с открытыми токоведущими частями.

Это может произойти из-за нескольких факторов:

неисправность приборов или электропроводки;
недостаточная квалификация пользователя, незнание элементарных норм безопасности;
игры и шалости детей;
несоблюдение и несогласованность мер по временному включению и отключению контактных групп и токопроводящих элементов во время эксплуатации, профилактики или ремонта оборудования или силовых установок;
повреждение изоляции или отсутствие заземления.

Чтобы этого избежать, необходимо строго соблюдать основные требования электробезопасности на производстве при работе с силовыми установками и в быту (инструкции по эксплуатации бытовой техники и электроприборов).

Квалификация по группам электробезопасности персонала

Нормативные акты, которые действуют на всех предприятиях, регламентируют группы электробезопасности персонала:

первая группа. Это персонал, который не работает со специальными электротехническими установками, а ограничивает свое взаимодействие с оргтехникой во время рабочего дня (компьютер, МФУ, периферийное оборудование). Для получения категории не требуется специальных навыков и обучения, группу присваивает сотрудник (электрик, энергетик предприятия), который имеет квалификацию не ниже третьего разряда (категории);
вторая группа. Сюда входят сотрудники, которые обслуживают оборудование с электроприводом (сварщики, машинисты подъемных машин, лица, работающие с переносным электроинструментом, электромонтеры на стажировке). Категория присваивается после того, как была проведена аттестация по электробезопасности в присутствии специальной комиссии;
третья категория. Это группа электробезопасности до 1000 В, которая присваивается исключительно электротехническому персоналу. Такие специалисты допускаются к самостоятельному обслуживанию, подключению и эксплуатации агрегатов и силовых установок, которые подключены к сети с напряжением до 1000 вольт;
четвертая группа. Квалификация присваивается рабочему персоналу, который обслуживает силовые агрегаты с напряжением выше 1000 вольт (монтажники ЛЭП, электромонтеры). Также категорию дают наставникам, которые обучают молодой персонал в условиях производства;
пятая группа. Присвоение группы по электробезопасности этой категории проводится по результатам аттестации. Как правило, такая квалификация является обязательным условием для всех руководящих должностей в профильных отделах предприятий (главный энергетик, инженер-электрик высшей категории и так далее). Персонал, получивший пятую категорию, имеет право работать с силовыми установками и линиями с напряжением выше 1000 вольт.

Это были основные группы допуска по электробезопасности, которые регламентированы нормативными документами общегосударственного значения.

Ключевые требования к персоналу для электробезопасности

Электробезопасность на предприятии не просто сводится к лекциям и некоторым практическим занятиям – это комплекс мер, который состоит из множества факторов, включая правила ношения спецодежды и защитных средств и заканчивая таким регулярными мероприятиями, как аттестация (проверка знаний по электробезопасности).

Все решения, связанные с присвоением категорий выше третьей и проверкой знаний сотрудников, принимает комиссия по электробезопасности. Ее состав утверждается пофамильно заранее. Рекомендуемая численность – не менее пяти человек. В комиссии должен быть председатель (как правило, им является главный электрик или энергетик предприятия) и заместитель. Для всех членов квалификационной комиссии обязательно наличие категории не ниже третьей, а для руководства – четвертой или пятой.

Вне зависимости от группы по электробезопасности к специализированному персоналу предъявляется целый ряд требований:

обязательная профессиональная подготовка, которая должна соответствовать виду работы конкретного сотрудника. Если должного уровня знаний нет, то рабочий должен пройти соответствующую подготовку в специальных центрах и по ее окончании подтвердить свои знания перед комиссией и получить необходимую квалификационную категорию на допуск по электробезопасности;
регулярное прохождение медицинского осмотра. Во время освидетельствования могут быть выявлены болезни и травмы, которые несовместимы с работой, связанной с электрическими силовыми установками. В таком случае сотрудник временно отстраняется, и проводится более глубокое исследование с возможностью применения оздоровительно-профилактических и реабилитационных мероприятий. По окончании процесса проходит итоговое медицинское освидетельствование, которое подтверждает или опровергает дальнейшую возможность сотрудника выполнять конкретные виды работ. Регулярность проведения медосмотров и профилактических мероприятий регулируется общими требованиями Минздрава;
перед получением допуска с самостоятельной работе сотрудник предприятия должен пройти специализированные курсы по оказанию первой помощи пострадавшим в случае поражения током и методам эффективного освобождения потерпевшего от действия тока;
обязательное прохождение обучения непосредственно на рабочем месте с учетом общих требований и специфики конкретного рабочего места (должности). План обучения составляет управляющий электрическим хозяйством предприятия (главный электрик или энергетик совместно с начальником охраны труда производства);
знать нормативно-правовые документы по основам электробезопасности, технической эксплуатации силовых установок и оборудования, пожарной безопасности и правила пользования защитной экипировкой и специальными средствами в случае возникновения внештатных ситуаций на рабочем месте;
обладать допуском в соответствии с профессией или занимаемой должностью. При его отсутствии/несоответствии – пройти обучение и подтвердить свою квалификацию;
обязательное прохождение стажировки непосредственно на рабочем месте в присутствии куратора из числа ответственных сотрудников с необходимым опытом или под руководством начальника подразделения. Срок стажировки устанавливается руководством, в среднем его продолжительность составляет не менее двух недель;
перед самостоятельной работой у сотрудника должен быть письменный допуск от руководителя структурного подразделения или другого ответственного лица на проведение профильных работ.

Читайте также:

Тонкости дизайна длинного коридора

Более подробно узнать обо всех нормативно-правовых актах, требованиях и критериях электробезопасности на производстве можно на международной выставке «Электро».

Мероприятие пройдет на территории ЦВК «Экспоцентр». Один из разделов масштабной экспозиции носит название «Электробезопасность», где и будет предоставлена самая последняя информация касаемо тематики и профиля раздела.

Общие положения по электробезопасности

Что понимается под электробезопасностью?

Под электробезопасностью понимается система организационных и технических мероприятий и средств, обеспечивающих защиту людей от вредного и опасного воздействия электрического тока, электрической дуги, электромагнитного поля и статического электричества.

Что такое электротравма и электротравматизм?

Электротравмой называется травма, вызванная воздействием электрического тока или электрической дуги. Явление, характеризующееся совокупностью электротравм, называется электротравматизмом.

Что понимается под очагом электротравм или очагом электротравматизма?

Под очагом электротравм или очагом электротравматизма понимается та или иная временная или постоянная ситуация при эксплуатации электроустановок, когда имеют место аналогичные, похожие случаи электропоражений.

Каково основное отличие электротравматизма от других видов производственных и бытовых травм?

Число травм, вызванных электрическим током, сравнительно невелико и составляет до 3% общего количества несчастных случаев.

Иная картина раскрывается при рассмотрении только смертельных несчастных случаев. Если в среднем по народному хозяйству около 13% смертельных несчастных случаев падает на поражение электрическим током, то в отдельных отраслях наблюдается увеличение до 30-40%.

Значительная часть пострадавших переходит на инвалидность. Есть данные и об отдаленных последствиях электротравматизма, выражающиеся в изменении нервнопсихической сферы, предрасположенности к отдельным видам заболевания и т. д.

В чем заключается основная опасность поражения электрическим током?

Для обнаружения на расстоянии электрического тока у человека нет специальных органов чувств. Невозможно без специальных приборов почувствовать, находится ли данная часть установки под напряжением до тех пор, пока электрическая энергия не превратится в энергию другого вида (например, в световую — искрение) или пока человек сам не попадет под напряжение.

Электрический ток не имеет запаха, цвета и действует бесшумно. Неспособность организма человека обнаруживать его до начала действия приводит к тому, что работающие часто не осознают реально имеющейся опасности и не принимают своевременно необходимых защитных мер. Опасность поражения электрическим током усугубляется еще и тем, что пострадавший не может оказать себе помощь. При неумелом оказании помощи может пострадать и тот, кто пытается помочь.

Каковы причины электротравматизма?

В соответствии с «Методическими указаниями по расследованию производственного электротравматизма» причины электротравм подразделяются на технические, организационно-технические, организационные и организационно-социальные.

К техническим причинам относятся: несоответствие электроустановок, средств защиты и приспособлений требованиям безопасности и условиям применения, связанное с дефектами конструкторской документации, изготовления, монтажа и ремонта; неисправности установок, средств защиты и приспособлений, возникшие в процессе эксплуатации.

К организационно-техническим причинам следует относить несоблюдение технических мероприятий безопасности, которые должны осуществлять потребители на стадии эксплуатации (обслуживания). К организационно-техническим причинам относятся, кроме того, несвоевременная замена исправного или устаревшего оборудования и использование установок, не принятых в эксплуатацию в предусмотренном порядке (в том числе самодельных).

К организационным причинам электротравм следует относить невыполнение или неправильное выполнение организационных мероприятий безопасности. Организационной причиной электротравм является также несоответствие работы заданию.

К организационно-социальным причинам электротравм относятся:

работа в сверхурочное время (в том числе работа по ликвидации последствий аварий);
несоответствие работы специальности; нарушение трудовой дисциплины;
допуск к работе в электроустановках лиц моложе 18 лет;
привлечение к работе лиц, не оформленных приказом о приеме на работу в организацию;
допуск к работе лиц, имеющих медицинские противопоказания.

Какие факторы повышают вероятность возникновения электротравм на промышленных предприятиях?

Вероятность электротравм на производстве в большей степени обусловлена следующими факторами:

протяженностью и разветвленностью электрических сетей;
необходимостью постоянного контакта с нетоковедущими частями электроустановок и их связью с технологическим оборудованием;
большим количеством орудий и предметов труда, проводящих электрический ток;
подвижными механизмами, связанными с электроустановками, протяженными металлическими конструкциями, на которых возможно появление напряжения;
значительным количеством ручного электроинструмента и переносных пультов управления;
большим объемом электросварочных работ; наличием на предприятиях людей без специальной подготовки, но тем или иным образом связанных с эксплуатацией электроустановок;
проведением работ на открытых площадках с использованием электроэнергии;
выполнением работе использованием электроустановок в замкнутых токопроводящих резервуарах;
повышенной температурой и влажностью, отрицательно влияющими на изоляцию электроустановок в некоторых производственных помещениях.

Что положено в основу обеспечения электробезопасности?

Электробезопасность должна обеспечиваться:

выполнением требований (правил и норм) к конструкции и устройству электроустановок, установленных в стандартах Системы стандартов безопасности труда, а также в стандартах и технических условиях на электротехнические изделия;
техническими способами и средствами защиты;
организационными и техническими мероприятиями.

Как разделяются электроустановки по условиям электробезопасности?

В соответствии с правилами устройства электроустановок (Г1УЭ) электроустановки по условиям электробезопасности разделяются:

на электроустановки напряжением выше 1000 В в сетях с эффективно заземленной нейтралью (с большими токами замыкания на землю);
на электроустановки напряжением выше 1000 В в сетях с изолированной нейтралью (с малыми токами замыкания на землю);
на электроустановки напряжением до 1000 В с заземленной нейтралью;
на электроустановки напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью.

Какие факторы должны учитываться при выборе технических способов и средств защиты?

Технические способы и средства защиты, обеспечивающие электробезопасность, должны устанавливаться с учетом:

номинального напряжения, рода и частоты тока электроустановки;
способа электроснабжения (от стационарной сети, ©т автономного источника питания электроэнергией);
режима нейтрали (средней точки) источника питания электроэнергией (изолированная, заземленная нейтраль) ;
вида исполнения (стационарные, передвижные, переносные);
характеристики помещений по степени опасности поражения электрическим током;
возможности снятия напряжения с токоведущих частей, на которых или вблизи которых должна производиться работа;
характера возможного прикосновения человека к элементам цепи тока (однофазное прикосновение, двухфазное прикосновение, прикосновение к металлическим нетоковедущим частям, оказавшимся под напряжением);
возможности приближения к токоведущим частям, находящимся под напряжением, па расстояние меньше допустимого или попадания в зону растекания тока;
видов работ (монтаж, наладка, испытание, эксплуатация электроустановок).

Какие технические способы и средства защиты должны применяться для обеспечения электробезопасности?

Для обеспечения электробезопасности должны применяться отдельно или в сочетании друг с другом следующие технические способы и средства:

защитное заземление;
зануление;
выравнивание потенциалов;
малое напряжение;
электрическое разделение сетей;
защитное отключение;
изоляция токоведущих частей (рабочая, дополнительная, усиленная, двойная);
компенсация токов замыкания на землю; оградительные устройства;
предупредительная сигнализация, блокировка, знаки безопасности;
средства защиты и предохранительные приспособления.

Как разделяются производственные помещения по условиям среды?

По условиям среды производственные помещения разделяются на сухие, влажные, сырые, особо сырые, жаркие, пыльные (с токопроводящей и нетокопроводящей пылью), помещения с химически активной или органической средой.

Сухими называются помещения, в которых относительная влажность воздуха не превышает 60%.

К влажным относятся помещения, в которых пары или конденсируемая влага выделяются лишь временно и притом в небольших количествах, относительная влажность воздуха — более 60%, но не превышает 75%.

Сырыми являются помещения, в которых относительная влажность воздуха длительно превышает 75%.

Особо сырые помещения, в которых относительная влажность воздуха близка к 100% (потолок, степы, пол и предметы, находящиеся в помещении, покрыты влагой). Жаркими считаются помещения, в которых температура превышает постоянно или периодически (более 1 сут) 35°С (например, помещения с сушилками, сушильными и обжигательными печами, котельные и т. непыльными называются помещения, в которых по условиям производства выделяется технологическая пыль в таком количестве, что она может оседать на проводах, проникать внутрь машин, аппаратов и т. п. и, отлагаясь на электроустановках, ухудшает условия охлаждения и изоляции. Пыльные помещения могут быть как с токопроводящей, так и с нетокопроводящей пылью.

Помещения с химически активной средой — это такие, в которых постоянно или в течение длительного времени содержатся агрессивные пары, газы, жидкости, образующие отложения или плесень, разрушающие изоляцию и токоведущие части электрооборудования.

Какие электроустановки считаются действующими?

Действующими считаются электроустановки, которые содержат в себе источники электроэнергии (химические, гальванические и полупроводниковые элементы), находятся под напряжением полностью или частично или на которые в любой момент может быть подано напряжение включением коммутационной аппаратуры.

Как классифицируются помещения по степени опасности поражения электрическим током?

В отношении опасности поражения людей электрическим током различаются:

Помещения без повышенной опасности, в которых отсутствуют условия, создающие повышенную или особую опасность.
Помещения с повышенной опасностью, характеризующиеся наличием в них одного из условий, создающих повышенную опасность:
- сырость или токопроводящая пыль;
- токопроводящие полы (металлические, земляные, железобетонные, кирпичные и т. п.);
- высокая температура;
- возможность одновременного прикосновения человека к металлоконструкциям зданий, имеющим соединение с землей, технологическим аппаратам, механизмам и т. п., с одной стороны, и к металлическим корпусам электрооборудования — с другой.
Особо опасные помещения, характеризующиеся наличием одного из условий, создающих особую опасность:
- особая сырость;
- химически активная среда;
- одновременно два или более условия повышенной опасности.

Как различаются производственные помещения по доступности электрооборудования?

По доступности электрооборудования различаются следующие помещения:

Замкнутые электротехнические помещения, в которых установлено электрооборудование, не требующее постоянного надзора, и поэтому находящиеся под замком. В этих помещениях лишь для кратковременного ремонта находится электротехнический персонал, внимание которого не должно быть ослаблено.
Электротехнические помещения или их отгороженные части, в которых установлено электрооборудование, требующее постоянного присутствия электротехнического персонала. Так как люди находятся в этих помещениях длительное время, то возможны ослабление внимания и как следствие — контакт с элементами электроустановки, находящимися под опасным напряжением.
Производственные помещения, в которых длительный контакт с электрооборудованием (электропроводами станков, осветительными устройствами и т. д.) имеют лица без специальной подготовки.
Конторские и бытовые помещения (жилые, столовые и т. п.).

Методы проверки электрической изоляции электроустановок

Испытание электрической прочности изоляции: в чём их значимость и важность?

ть электрической изоляции представляет собой один из основных и ключевых показателей надёжной и безопасной работы электрического устройства в частности и всей электрической системы в целом. В ходе производства и по его завершении на заводе-изготовителе, а потом и после транспортировки электроустановки и её монтажа на объекте проводятся неоднократные испытания электрической прочности изоляции.

Но по прошествии определённого времени и под воздействием самых различных и разнообразных нагрузок, под влиянием электрических процессов, которые происходят в самом устройстве, прочность и надёжность изоляции неизбежно ухудшается. Поэтому испытания прочности изоляции должны носить системный и регулярный характер.

Ведь именно эти испытания серьёзным образом влияют на нормальное функционирование не только одной отдельно взятой электроустановки, но и всей электрической системы того или иного объекта. Никому не хотелось бы сталкиваться с проблемами, которые были бы связаны с поломкой и входом из строя оборудования, с пожароопасными ситуациями и с различными угрозами сохранности здоровья и жизни людей на производстве и в быту.

Читайте также:

Чем клеить пеноплекс к металлу

Особенности процесса

Если напряженность электрического поля имеет большее значение, чем предел электрической прочности, возникает пробой диэлектрика. Это процесс его разрушения. Он приводит к потере в месте пробоя таким материалом его первоначальных электроизоляционных характеристик.

Пробивное напряжение — это величина, при которой наступает пробой диэлектрика.

Электрическая прочность характеризуется значением напряженности поля.

Пробой твердых диэлектриков является электрическим либо тепловым процессом. В его основе находятся явления, которые приводят к лавинному возрастанию в твердых изоляционных материалах величины электрического тока.

Пробой твердых диэлектриков имеет характерные признаки:

отсутствие или слабая зависимость от температуры и напряжения величины проводимости;
электрическая прочность материала в однородном поле независимо от толщины используемого диэлектрического материала;
узкие пределы механической прочности;
сначала ток возрастает по экспоненциальному закону, а пробои твердых диэлектриков сопровождаются скачкообразным возрастанием тока;
в неоднородном поле этот процесс возникает в месте с максимальной напряженностью поля.

Из чего состоит и как выглядит проверка электрической прочности изоляции?

Осуществляя, к примеру, ремонтные работы на какой-либо электроустановке, следует помнить, что из-за потенциальной угрозы повреждения изоляции на любом его этапе необходимо проводить проверку её прочности после завершения каждой технологической операции. Время испытаний определяется в соответствии с ГОСТом 183-74 и составляет одну минуту. Меньшая продолжительность времени может стать причиной того, что какой-либо дефект не удастся обнаружить, более длительное время создаёт угрозу повреждения изоляции. Соответственно, и уровень напряжения необходим такого уровня, чтобы было возможным выявить неисправности и повреждения, но при этом нельзя допустить появление новых дефектов как следствие самого испытания.

Проверка электрической прочности изоляции проводится только после завершения методики замера сопротивления изоляции. При этом показатели замеров должны полностью соответствовать нормативам. В условиях повышенной влажности или загрязнённости электроустановки проводить подобные испытания нецелесообразно, так как эти субъективные факторы могут стать причиной «пробоя» изоляции, искажая истинную картину состояния электрооборудования.

Организацию и проведение работ по проверке электрической прочности изоляции лучше всего доверить высококвалифицированным специалистам, ведь помимо обязательных для подобной деятельности лицензии, уровней допуска и сертификатов, они ещё предоставляют услуги специализированных электролабораторий. На мелком бытовом уровне обойтись без этого ещё можно, но для получения разрешительной документации от органов надзора и контроля без лабораторных испытаний невозможно обойтись.

Наша компания предоставляет своим клиентам широкие возможности организации разнообразных лабораторных испытаний, гарантируя высокое качество работы, неукоснительное соблюдение сроков и доступные цены. Обращаясь в , вы можете быть уверены в том, что останетесь довольны полученным результатом.

Пример технического отчета

Ниже вы можете воспользоваться онлайн-калькулятором для расчёта стоимости услуг электролаборатории.

Классификация

По агрегатному состоянию все электроизоляционные материалы подразделяют на жидкие, газообразные, твердые. Самой масштабной является последняя группа диэлектриков. К ним относятся пластмассы, керамические изделия, высокополимерные материалы.

В зависимости от химического состава, электроизоляционные материалы подразделяют на неорганические и органические.

В качестве основного химического элемента в органических изоляторах выступает углерод. Максимальные температуры выдерживают неорганические материалы: керамика, слюда.

В зависимости от способа получения диэлектрики принято разделять на синтетические и природные (естественные). Каждый из видов имеет определенные особенности. В настоящее время многочисленной группой являются синтетические вещества.

Твердые диэлектрические материалы дополнительно подразделяют на отдельные подкатегории по структуре, составу, технологическим характеристикам материалов. Например, существуют воскообразные, керамические, минеральные, пленочные изоляторы.

Для всех этих материалов характерна электрическая проводимость. С течением времени у подобных веществ наблюдается изменение значения тока из-за снижения тока абсорбции. С определенного момента в электроизоляционном материале существует только ток проводимости, от величины которого и зависят свойства данного материала.

Тепловой пробой

Он появляется при больших диэлектрических потерях, подогреве материала иными источниками тепла, при некачественном отводе тепловой энергии. Такой пробой диэлектрика сопровождается нарастанием электрического тока в результате резкого снижения сопротивления на участке, где нарушена проводимость тепла. Подобный процесс наблюдается до того времени, пока не возникнет полное термическое разрушение диэлектрика в ослабленном месте. Например, произойдет расплавление исходного твердого электроизоляционного материала.

Особенности электроизоляционных материалов

Рассмотренные виды пробоя твердых диэлектриков нашли свое применение в современной электротехнике.

Среди жидких и полужидких диэлектрических материалов, используемых в настоящее время в технике, интерес представляют трансформаторное и конденсаторное масла, а также синтетические жидкости: совтол, совол.

Минеральные масла получают в результате фракционной перегонки сырой нефти. Между отдельными их видами существуют различия по вязкости, электрическим характеристикам.

Например, кабельное и конденсаторное масла имеют высокую степень очистки, поэтому обладают прекрасными диэлектрическими характеристиками. Негорючими синтетическими жидкостями являются совтол и совол. Для получения первой проводят реакцию хлорирования кристаллического дифенила. Эта прозрачная вязкая жидкость обладает токсичностью, способна раздражать слизистую оболочку, поэтому при проведении работ с таким диэлектриком необходимо тщательно соблюдать меры предосторожности.

Совтол — это смесь трихлорбензола и совола, поэтому для данного электроизоляционного материала характерно более низкое значение вязкости.

Обе синтетические жидкости применяют для пропитки современных бумажных конденсаторов, установленных в промышленных устройствах переменного и постоянного тока.

Органические высокополимерные диэлектрические материалы состоят из множества молекул мономеров. Высокими диэлектрическими характеристиками обладает янтарь, натуральный каучук.

У воскообразных материалов, например церезина и парафина, четко выражена температура плавления. Такие диэлектрики имеют поликристаллическое строение.

В современной электротехнике востребованы пластмассы, являющиеся композиционными материалами. В их составе есть полимеры, смолы, красители, стабилизирующие вещества, а также пластифицирующие компоненты. В зависимости от отношения к нагреванию, их подразделяют на термопластичные и термореактивные материалы.

Для работ в воздушной среде применяют электрокартоны, у которых более плотная структура в сравнении с обычным материалом.

Среди слоистых электроизоляционных материалов, имеющих диэлектрические характеристики, выделим текстолит, гетинакс, стеклотекстолит. Эти слоистые пластмассы, в которых в качестве связующего вещества выступают кремнийорганические или резольные смолы, являются прекрасными диэлектриками.

Что такое электрическая прочность изоляции и как ее контролировать?

Передача электрической энергии на любые расстояния осуществляется по металлическим проводникам, которые обязательно должны отделятся диэлектриком. От качества изоляции во многом зависят не только эффективность работы энергосистемы, но и безопасность человека. Однако со временем технические характеристики диэлектрика утрачиваются, из-за чего во всех устройствах периодически должна проверяться электрическая прочность изоляции.

Электрическое старение может ускоряться из-за воздействия ряда факторов, чтобы разобраться в них мы более детально рассмотрим строение и физические процессы, протекающие в диэлектрических материалах.

Что такое электрическая прочность?

Под электрической прочностью для любой изоляции следует понимать такую минимальную разность потенциалов, приложенную к единице толщины, при которой начинают происходить разряды. Электрическая прочность представляет собой нелинейную функцию, изменение которой зависит от таких факторов:

Толщины изоляции;
Диэлектрической проницаемости;
Температуры как окружающего пространства, так и самой изоляции;
Тип диэлектрика;
Род приложенного напряжения (переменное или постоянное).

Таким образом, можно сказать, что прочность изоляции определяет пробивное напряжение. На практике для каждого материала этот параметр вычисляется эмпирическим путем после проведения многочисленных испытаний.

Рис. 1. Воздействие напряжения на диэлектрик

Величина измеряется как В/мм или кВ/см и т.д., к примеру, сухой воздух, в среднем, обладает прочностью 32кВ/см.

Однако прочность изоляции будет зависеть и от агрегатного состояния материала:

Твердые диэлектрики – наиболее распространенные в кабельно-проводниковой продукции, предназначены для изготовления изоляции жил, корпусов приборов, прокладок и т.д. После пробоя или микро пробоя происходит разрушение изоляции, образуются каналы, по которым повторный пробой будет происходить уже при меньшем напряжении.
Жидкие диэлектрики – наиболее распространенный вариант – трансформаторное масло, используемое в трансформаторах, выключателях, кабелях высокого напряжения. За счет подвижной структуры обладают способностью к восстановлению, благодаря чему они отлично проявляют себя в тех же масляных выключателях, где изоляция одновременно гасит дугу, а после этого восстанавливается.
Газообразная изоляция – вокруг обмоток трансформатора или других электрических аппаратов используется воздух, то же можно сказать о некоторых типах высоковольтных выключателей. Но в современных приборах часто применяется элегаз или азот. Газы также легко восстанавливаются после пробоя.

Физически электрическая прочность диэлектриков обеспечивается за счет отсутствия свободных носителей заряда в материале. Молекулы диэлектрика настолько прочно удерживают электроны на крайних орбитах, что даже приложенное напряжение не может вырвать их с орбит. Разумеется, что если рассмотреть идеальный вариант – расположение материала между двумя пластинами, на которые подано напряжение, то через него протекать не будет. Однако все атомы будут получать дополнительную энергию, что создаст большую напряженность электрического поля, как во всей твердой изоляции, так и в каждом отдельном атоме.

Но, если между вышеприведенными пластинами поместить не один кусок диэлектрика, а две из разных материалов или половину из воздуха, а вторую из пластика, то напряженность электрического поля в этих материала будет отличаться из-за того, что у них разная диэлектрическая проницаемость. Это является одним из важнейших факторов снижения электрической прочности.

Причины уменьшения электрической прочности

Самое сильное влияние на состояние изоляции оказывает подача переменного напряжения и температурные скачки до предельных норм и выше. Температурные колебания в большую сторону ускоряют движение атомарных частиц, что повышает проводимость изоляции, и, соответственно, снижает ее электрическую прочность. Понижение температуры имеет обратный эффект – для атомов требуется больше энергии, чтобы предоставить свободу электронам или ионам в толщине диэлектрика.

Переменное напряжение создает поляризацию частиц, которые 100 раз в секунду изменяют свое направление на противоположное. Для материалов с высокой степенью чистоты данный фактор не представляет большой угрозы, однако все включения инородных веществ ведут себя иначе. Из-за неоднородности поля при переходе от изоляции к включению происходит изменение физических параметров электрических величин. Со временем включения расширяются и достигают величины микротрещин, что и приводит к старению изоляции.

Конечным результатом снижения прочности изоляции является электрический пробой, который может привести к разрушению диэлектрика и выходу со строя соответствующего оборудования.

По виду они подразделяются на:

Электрический – происходит в твердых изоляционных материалах, характеризуется лавинообразным процессом при котором разрываются естественные связи внутри атома;
Тепловой пробой – происходит когда изоляция получает больше тепловой энергии, чем способна отвести. Возникает как следствие размягчения, которое приводит к деформации и уменьшению толщины материала;
Электромеханический – характерен для хрупкой изоляции (фарфора, керамики) где внутренние разряды приводят к механическим повреждениям;
Электрохимический – обуславливается изменением химического состава изоляции. Чаще всего, в результате старения, иногда за счет диффузии металла проводника в поры диэлектрика, что и снижает электрическую прочность;
Ионизационный – присущ тем диэлектрикам, где присущи газовые включения или другие неоднородности, в которых происходит ионизация частиц.

На практике вышеперечисленные виды, чаще всего, дополняют друг друга, поэтому электрическая прочность снижается не сразу, а со временем старения.

Рис. 2. Зависимость видов пробоя

Методы контроля

Контроль состояния и электрической прочности позволяет вовремя выявлять дефекты или старение диэлектрика в обмотках силовых трансформаторов, проходных и опорных изоляторах, высоковольтных вводах, силовых кабелях и других видах оборудования. Благодаря этому устройства можно заменить или отремонтировать, просушить изоляционную среду или установить новую обмотку. Современные испытательные установки для проверки электрической прочности могут применять различные методики.

Наиболее популярными являются:

Измерение сопротивления изоляции – производится при помощи мегаомметра напряжением в 500, 1000 или 2500В, в зависимости от номинала испытуемого агрегата. Длительность и нормы регламентируются Приложением 3 ПТЭЭП, на внутреннюю изоляцию подается напряжение и происходит измерение сопротивления.
Испытание повышенным напряжением – выполняется путем подачи на внешнюю изоляцию, устройство или его часть через испытательный трансформатор кенотронной установки повышенного напряжения. Данная процедура носит временный, а в некоторых случаях и импульсный характер, технология и нормы испытательных напряжений регламентируются ГОСТ 246060.1-81, а также более современным ГОСТ Р55195-2012 для различных видов оборудования, бумажной изоляции и прочих.
Измерение угла диэлектрических потерь – в идеальном диэлектрике этот параметр должен равняться 0, но чем меньше электрическая прочность, тем больше потери в изоляции. Возникает разница между активной и реактивной составляющей переменного тока, из-за чего и возрастает tg δ, что показано на рисунке ниже:

Примеры расчетов

Для вычисления электрической прочности любого диэлектрика вам необходимо знать условия эксплуатации и геометрические параметры, которые затем сравниваются с табличными данными. Например, если у вас имеется промежуток с воздушным диэлектриком 2 см, к которому будет приложено напряжение в 20 кВ.

Далее вычислим напряженность электромагнитного поля по формуле:

где E – это напряженность поля, U – напряжение в электрической цепи, d – толщина изоляционного слоя.

Рис. 4. Пример расчета

Тогда напряженность для этого примера составит E = 20/2 = 10 кВ/см. Далее сравниваем полученную величину с электрической прочностью для воздуха из таблицы ниже:

Таблица: Электрическая прочность материалов

*Наименование диэлектрика*	*Электрическая прочность, кВ/см*
Бумага кабельная сухая	60 – 90
Бумага, пропитанная маслом	100 – 250
Воздух	30
Масло трансформаторное	50 – 180
Миканит	150 – 300
Мрамор	35 – 55
Парафин	150 – 300
Электрокартон сухой	80 – 100
Электрокартон, пропитанный маслом	120 – 170
Слюда мусковитая	1200 – 2000
Слюда флогопит	600 – 1250
Стекло	100 – 400
Фибра	40 – 110
Фарфор	180 – 250
Шифер	15 – 30
Эбонит	80 – 100

Из таблицы видим, что пробой воздуха может начаться при 30 кВ/см, в наших расчетах получилась величина 10 кВ/см, значит, изоляция нормально выдержит такой режим работы.

Что такое электрическая прочность изоляции и как ее контролировать?

Что такое электрическая прочность?

Толщины изоляции;
Диэлектрической проницаемости;
Температуры как окружающего пространства, так и самой изоляции;
Тип диэлектрика;
Род приложенного напряжения (переменное или постоянное).

Рис. 1. Воздействие напряжения на диэлектрик

Величина измеряется как В/мм или кВ/см и т.д., к примеру, сухой воздух, в среднем, обладает прочностью 32кВ/см.

Однако прочность изоляции будет зависеть и от агрегатного состояния материала:

Твердые диэлектрики – наиболее распространенные в кабельно-проводниковой продукции, предназначены для изготовления изоляции жил, корпусов приборов, прокладок и т.д. После пробоя или микро пробоя происходит разрушение изоляции, образуются каналы, по которым повторный пробой будет происходить уже при меньшем напряжении.
Жидкие диэлектрики – наиболее распространенный вариант – трансформаторное масло, используемое в трансформаторах, выключателях, кабелях высокого напряжения. За счет подвижной структуры обладают способностью к восстановлению, благодаря чему они отлично проявляют себя в тех же масляных выключателях, где изоляция одновременно гасит дугу, а после этого восстанавливается.
Газообразная изоляция – вокруг обмоток трансформатора или других электрических аппаратов используется воздух, то же можно сказать о некоторых типах высоковольтных выключателей. Но в современных приборах часто применяется элегаз или азот. Газы также легко восстанавливаются после пробоя.

содержание .. 21 22 28 ..

Испытание изоляции обмоток на электрическую прочность

Испытание изоляции обмоток относительно корпуса и между обмотками на электрическую прочность проводится на всех машинах при приемочных и приемо-сдаточных испытаниях.

ГОСТ 183-74 устанавливает, что изоляция полностью собранной на заводе-изготовителе машины или ее отдельных частей, а также машин, обмотка которых полностью или частично уложена на месте установки машин, должна выдерживать испытательное напряжение частотой 50 Гц в течение 1 мин.

Нормы испытательных напряжений при приемочных и приемо-сдаточных испытаниях приведены в табл. 5.2.

Для турбогенераторов, гидрогенераторов и синхронных компенсаторов обязательным является также испытание изоляции после сборки машины на месте установки. Оно проводится испытательным напряжением, равным 80% указанного в табл. 5.2, Эти испытания не проводятся, если обмотка полностью или частично укладывалась на месте установки машины и была соответственно испытана 100%-ным испытательным напряжением.

Испытанию подвергается изоляция каждой независимой цепи машины. Все другие обмотки на это время соединяются с корпусом и заземляются. В машинах переменного тока независимыми цепями считают все обмотки, начала и концы которых имеют выводы. В машинах постоянного тока обмотку якоря, соединенные с ней обмотки дополнительных полюсов и компенсационную обычно принимают за одну цепь, а различные обмотки главных полюсов — за независимые цепи.

Если испытательное напряжение обмотки равно или более 3000 В, то оно не должно прикладываться мгновенно. Испытание начинается не более чем с 50%-ного значения полного испытательного напряжения и повышается до полного значения плавно или ступенями, не превышающими каждая 5% этого значения, таким образом, чтобы все время подъема напряжения было не менее 10 с. После выдержки полного испытательного напряжения в течение 1 мин оно должно быть снижено до половинного значения и лишь после этого отключено.

Читайте также:

Теплый пол — роскошь или необходимость?

Для машин мощностью до 15 кВт включительно на номинальное напряжение до 660 В при «их массовом выпуске на автоматизированном и механизированном технологическом оборудовании испытание элек-

Таблица 5.2. Испытательные напряжения обмоток электрических машин

Электрическая машина или ее части	Испытательное напряжение (действующее значение)
1	Машины мощностью менее 1 кВт (или 1 кВ • А) на номинальное напряжение ниже 100 В, за исключением указанных в пп. 4 — 8 настоящей таблицы	500 В

плюс 2-кратное номинальное напряжение

свыше 3300 до 6600 В свыше 6600 до 17 000 В

1000 В плюс 2-кратное номинальное напряжение 2,5-кратное номинальное напряжение 3000 В плюс 2-кратное номинальное напряжение По согласованию между изготовителями и потребителем

б) машин, предназначенных для непосредственного пуска с обмоткой возбуждения, замкнутой на сопротивление, не превышающей 10-кратного сопротивления обмотки возбуждения при постоянном токе, или на источник своего питания в) машин, предназначенных для пуска с обмоткой возбуждения, замкнутой на сопротивление, значение которого равно 10-кратному сопротивлению обмотки или более него, или с разомкнутой обмоткой возбуждения независимо от того, секционирована она или нет

1000 В плюс 2-кратное максимальное действующее значение напряжения, которое можно получить при данных пусковых условиях между выводами обмотки возбуждения (между выводами любой секции), но не менее 1500 В (см. примечание 3)

б) для двигателей, не предназначенных для торможения противовключением

Продолжение табл. 5.2

№ п/п.	Электрическая машина или ее части	Испытательное напряжение (действующее значение)
7	Возбудители (за исключением указанных ниже) Возбудители для синхронных двигателей (к ним относятся и синхронизированные асинхронные двигатели), если во время пуска они заземлены или отключены от обмоток возбуждения. Обмотки возбуждения возбудителей с независимым возбуждением	Как для обмоток, к которым присоединяются возбудители 1000 В плюс двукратное номинальное напряжение возбудителя, но не менее 1500 В
8	Собранные в группы электрические машины и аппараты	Если испытанию подвергается группа, собранная из нескольких новых только что установленных и соединенных вместе электрических машин и аппаратов, из которых каждая машина и каждый аппарат проходили испытания на электрическую прочность, то испытательное напряжение не должно превышать 85% испытательного напряжения той машины (или того аппарата), у которой (которого) это напряжение наименьшее

Примечания: 1. Испытательное напряжение для машин с разными уровнями изоляции определяется по согласованию между изготовителем и потребителем.

2. Для двухфазных обмоток, имеющих общий вывод, номинальное напряжение, по которому определяется испытательное напряжение, следует брать равным 1,4 напряжения отдельной фазы.

3. Напряжение, получаемое при пусковых условиях между выводами обмоток возбуждения или между выводами секций, можно измерить при пониженном напряжении питания. Измеренное таким образом напряжение следует умножить на отношение напряжения, полученного при пусковых условиях, к пониженному напряжению питания.

4. Для обмоток одной или нескольких машин, которые связаны электрически, рассматриваемое напряжение — максимальное по отношению к земле.

трической прочности изоляции допускается проводить, прикладывая испытательное напряжение в течение 1 с. При этом оно должно быть увеличено на 20% по сравнению с указанным в табл. 5.2. Проведение приемо-сдаточных испытаний таких машин на большинстве заводов автоматизировано.

содержание .. 21 22 28 ..

Причины уменьшения электрической прочности

По виду они подразделяются на:

Электрический – происходит в твердых изоляционных материалах, характеризуется лавинообразным процессом при котором разрываются естественные связи внутри атома;
Тепловой пробой – происходит когда изоляция получает больше тепловой энергии, чем способна отвести. Возникает как следствие размягчения, которое приводит к деформации и уменьшению толщины материала;
Электромеханический – характерен для хрупкой изоляции (фарфора, керамики) где внутренние разряды приводят к механическим повреждениям;
Электрохимический – обуславливается изменением химического состава изоляции. Чаще всего, в результате старения, иногда за счет диффузии металла проводника в поры диэлектрика, что и снижает электрическую прочность;
Ионизационный – присущ тем диэлектрикам, где присущи газовые включения или другие неоднородности, в которых происходит ионизация частиц.

Рис. 2. Зависимость видов пробоя

Методы контроля

Наиболее популярными являются:

Измерение сопротивления изоляции – производится при помощи мегаомметра напряжением в 500, 1000 или 2500В, в зависимости от номинала испытуемого агрегата. Длительность и нормы регламентируются Приложением 3 ПТЭЭП, на внутреннюю изоляцию подается напряжение и происходит измерение сопротивления.
Испытание повышенным напряжением – выполняется путем подачи на внешнюю изоляцию, устройство или его часть через испытательный трансформатор кенотронной установки повышенного напряжения. Данная процедура носит временный, а в некоторых случаях и импульсный характер, технология и нормы испытательных напряжений регламентируются ГОСТ 246060.1-81, а также более современным ГОСТ Р55195-2012 для различных видов оборудования, бумажной изоляции и прочих.
Измерение угла диэлектрических потерь – в идеальном диэлектрике этот параметр должен равняться 0, но чем меньше электрическая прочность, тем больше потери в изоляции. Возникает разница между активной и реактивной составляющей переменного тока, из-за чего и возрастает tg δ, что показано на рисунке ниже:

Рис. 3. Тангенс угла диэлектрических потерь

Приборы и средства измерения

Измерение сопротивления изоляции токопроводящих жил проводится мегаомметрами или специальными установками. Второй вариант, как правило, применяется для проводов напряжением более 1 кВ. Испытания проводятся согласно установленным требованиям ПТЭ. Суть метода заключается в подаче напряжения от постоянного или переменного источника питания с постепенным увеличением его значения до максимально допустимого для конкретного типа кабеля. При фиксации пробоя изоляционного покрытия по итогам испытаний эксплуатация кабельной линии запрещается.

Использование мегаомметра позволяет зафиксировать снижение качества изоляции без ее разрушения. Существуют различные модификации данных устройств, которые можно разделить на две категории:

электромеханические;
электронные.

Цифровой прибор для измерения сопротивления изоляции

Измерительные приборы выпускаются со следующими номинальными уровнями напряжений: 100, 500, 1000 и 2500 В.

Принцип действия мегаомметра основан на подаче напряжения от постоянного источника питания и фиксации величины образуемого тока. После сопоставления указанных величин, в соответствии с законом Ома, на шкалу или монитор измерительного устройства выдается величина сопротивления.

Главным конструктивным отличием электромеханического и электронного мегаомметра является источник постоянного тока. Для первых предусматривается встроенный ручной генератор, а для вторых аккумуляторная батарея.

Мегаомметр ЭС0202/1Г с ручным генератором

Примеры расчетов

Далее вычислим напряженность электромагнитного поля по формуле:

где E – это напряженность поля, U – напряжение в электрической цепи, d – толщина изоляционного слоя.

Рис. 4. Пример расчета

Таблица: Электрическая прочность материалов

Наименование диэлектрика	Электрическая прочность, кВ/см
Бумага кабельная сухая	60 – 90
Бумага, пропитанная маслом	100 – 250
Воздух	30
Масло трансформаторное	50 – 180
Миканит	150 – 300
Мрамор	35 – 55
Парафин	150 – 300
Электрокартон сухой	80 – 100
Электрокартон, пропитанный маслом	120 – 170
Слюда мусковитая	1200 – 2000
Слюда флогопит	600 – 1250
Стекло	100 – 400
Фибра	40 – 110
Фарфор	180 – 250
Шифер	15 – 30
Эбонит	80 – 100

Электрическая прочность изоляции кабелей

Наиболее важной характеристикой любого электрического силового кабеля является его электрическая прочность, так как нарушение ее выводит из строя кабельную линию.

Неоднородность структуры изолирующего слоя кабеля

Всякий диэлектрик, применяемый на практике, всегда обладает какой-то неоднородностью структуры и свойств. Так, например, изоляция кабелей высокого напряжения имеет слоистый характер, резиновая изоляция неоднородна, так как она получается путем смешения каучука с мелкоизмельченными порошками минеральных наполнителей и смягчителями.

Даже такие материалы, как синтетические диэлектрики (полиэтилен, стирофлекс и др.), обладают большей или меньшей неоднородностью строения или неоднородностью, обусловленной методом получения этих материалов, например из-за наличия остаточных ионов, внесенных в материал катализаторами процесса полимеризации, и недостаточной отмывки материала после его изготовления.

Наличие неоднородности в практическом диэлектрике всегда приводит к ослаблению его электрической прочности и ускоряет процесс старения диэлектрика под влиянием нагревания и длительного воздействия приложенного к диэлектрику напряжения.

Неоднородность физического строения вызывает местное увеличение напряженности поля в диэлектрике и ведет к преждевременному пробою изоляции.

Пробой диэлектрика и виды пробоя

Из всех электрических характеристик изолирующих материалов, применяющихся в кабелях высокого напряжения, наибольшее значение имеет электрическая прочность, так как от нее зависит надежность работы кабеля.

Пробивное напряжение изолирующего материала является сложной функцией физических свойств материала, его размеров, условий окружающей среды и характера приложенного напряжения.

Величина напряженности электрического поля, при которой преодолевается сопротивление диэлектрика действию на него электрического поля, определяет величину электрической прочности материала, которая выражается в в/см или кв/мм.

На практике принято говорить об электрической прочности при постоянном и переменном напряжении, а по длительности действия напряжения различают электрическую прочность: импульсную, кратковременную и длительную.

Пробой является следствием непосредственного действия электрического поля на изолирующий материал, когда энергия электрического поля в диэлектрике превращается в работу образования свободных носителей электрических зарядов.

Наличие в диэлектрике свободных зарядов на определенной ступени количественного накопления и скорости перемещения переводит диэлектрик в новое состояние, когда он теряет электрическую прочность и перестает быть диэлектриком.

Из всех весьма разнообразных видов действия электрического поля на диэлектрик, которые могли бы привести к электрическому пробою, можно указать на следующие:

разрушение молекулы или кристаллической решетки;
ионизация диэлектрика;
передвижение ионов в электрическом поле.

Под влиянием тепла, выделяющегося в жилах кабеля и в изолирующем слое (диэлектрические потери), появляется тепловое поле, зависящее также от условий охлаждения кабеля.

Для современных кабелей высокого напряжения тепловые расчеты тесно связаны с электрическими, так как энергия электрического поля переходит в тепло, рассеиваясь в диэлектрике, что вызывает нагревание кабеля. В свою очередь, нагревание кабеля снижает электрическую прочность изоляции.

Пробой кабеля чаще всего происходит под влиянием обоих факторов — электрического поля и нагревания. В этом смысле говорят о теплоэлектрическом или тепловом пробое кабеля.

В том случае, когда количество тепла, выделяющегося в кабеле, больше или меньше количества тепла, отводимого от кабеля в окружающую среду, электрический кабель будет нагреваться (в первом случае) или охлаждаться (во втором). Температура кабеля или провода будет изменяться во времени по закону, близкому к экспоненциальному.

Большое значение имеет определение максимального допустимого перегрева жил кабеля над окружающей средой, равного разности максимальной допустимой температуры жил кабеля и окружающей среды.

Максимальная допустимая температура жил кабеля во всех стандартах и нагрузочных таблицах определяется в зависимости от рабочего напряжения кабеля и его конструкции.

Если в результате воздействия электрического поля на диэлектрик происходит нагревание диэлектрика с ослаблением его электрической прочности, то происходит тепловая форма пробоя.

Электрический пробой характеризуется тем, что величина электрической прочности не зависит от температуры, длительности действия напряжения и почти не изменяется с толщиной диэлектрика.

Место пробоя представляет собой маленькое отверстие без следов обгорания. Такой пробой иногда называется «прокалывающим» пробоем. Чаще всего электрический характер разрушения диэлектрика получается при импульсном пробое твердых диэлектриков.

Наиболее близко к реальным условиям стоит тепловая теория пробоя в случае вычисления пробивного напряжения кабельной изоляции при нагревании ее потерями, в жиле и диэлектрике.

В этом случае говорят о тепловой неустойчивости изоляции кабеля, возникающей из-за плохого отвода тепла в окружающую среду при значительном выделении тепла в кабеле и большом температурном коэффициенте потерь.

Кроме электрического и теплового пробоя твердых диэлектриков в литературе и на практике часто встречается название «ионизационный» пробой.

В настоящее время под ионизационным пробоем твердого диэлектрика понимают пробой, который является следствием ионизации газовых включений, содержащихся в твердом изолирующем материале. Этот вид пробоя часто встречается в слоистой изоляции кабелей, конденсаторов, бакелитовых втулок и тому подобных изделий.

Развивающаяся в газовых включениях ионизация как бы подготавливает диэлектрик к пробою, ослабляя его в этом месте. Ионизация газовых включений и вторичные процессы, связанные с ионизацией, протекают во времени, разрушая материал с течением времени все более и более, как бы по частям.

В соответствии с результатами испытаний изолирующих материалов на электрическую прочность можно предпололожить, что в действительности электрическая прочность применяемых на практике изолирующих материалов определяется не столько механизмом пробоя, сколько местной неоднородностью поля, создающей резкое местное повышение напряженности электрического поля, а также характером и интенсивностью подготовительных процессов в диэлектрике, как, например, процессов ионизации газовых включений, химического изменения вещества и других.

Вероятно, что подготовительные процессы развиваются наиболее интенсивно именно в тех местах, в которых наблюдается местное повышение напряженности электрического поля. Можно сказать, что местное повышение напряженности поля, вызывая развитие подготовительных процессов, приводит к образованию слабого места в изоляции, которое и пробивается затем чаще всего по закону теплового пробоя.

Влияние неоднородности электрического поля и неоднородности материала на электрическую прочность

Известно, что электрическая прочность подавляющего большинства диэлектриков с увеличением толщины снижается. Это снижение прочности приписывается влиянию неоднородности поля, а именно, усилению напряженности поля у краев электродов. Отсюда появилось название «краевой» эффект.

Таким образом, максимальное значение электрической прочности любого твердого изолирующего материала может быть получено только при условии устранения краевого эффекта. Это значение электрической прочности можно назвать внутренней прочностью материала, так как оно не зависит от толщины образца и характеризует испытываемый материал.

Электрическая прочность диэлектрика в резко неоднородном поле имеет минимальное значение. Результаты экспериментов показывают, что при устранении краевого эффекта получается прямолинейная зависимость пробивного напряжения от толщины материала.

Неоднородность электрического поля (краевой эффект) и неоднородность самого испытываемого материала, например, включения газов, пленки масла в кабельной изоляции, ведут к снижению электрической прочности и к разбросу отдельных значений, которые все же группируются по законам математической статистики около некоторого среднего значения.

Отношение минимально возможного значения электрической прочности к рабочей напряженности в изолирующем слое кабеля определяет надежность работы его в эксплуатации.

Надежность работы уменьшается с увеличением поверхности соприкосновения изолирующего слоя с жилой кабеля, так как число слабых мест пропорционально поверхности и, следовательно, вероятность появления слабого места возрастает с увеличением поверхности по законам математической статистики.

Зависимость электрической прочности от вида приложенного напряжения и длительности его действия

Электрическая прочность кабельной изоляции зависит от рода приложенного напряжения и снижается с увеличением длительности действия напряжения.

Наибольшая электрическая прочность получается при постоянном напряжении, а наименьшая — при переменном напряжении. В последнем случае электрическая прочность изоляции сильно зависит от длительности приложения напряжения, так как подготовительные процессы в изоляции при переменном напряжении развиваются во времени.

Причиной резкого снижения электрической прочности при длительном приложении переменного напряжения является процесс старения, протекающий в диэлектрике под влиянием электрического и теплового полей (ионизация газовых включений и нагревание), который сводится по существу к медленному изменению физико-химических свойств диэлектрика, связанному с местным ослаблением электрической прочности.

Такие изменения характерны для неоднородных диэлектриков, содержащих различные поры или включения, малоустойчивых по отношению к термическим и химическим воздействиям веществ.

Повышение электрической прочности при длительном приложении напряжения, например, в маслонаполненных кабелях не может быть использовано при конструировании кабелей, так как импульсная (кратковременная) прочность будет ограничивать предел применения кабеля. Поэтому для современных кабелей высокого напряжения большое значение получает импульсная прочность, характеризующая стойкость кабеля по отношению к кратковременным воздействиям различных перенапряжений.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Электрическая прочность изоляции — определение и причины уменьшения

Электрическая прочность — характеристика диэлектрика, минимальная напряжённость электрического поля, при которой наступает электрический пробой. Все газы, а также все твёрдые и жидкие диэлектрики обладают конечной электрической прочностью.

Когда напряжённость электрического поля превышает электрическую прочность, диэлектрик начинает проводить электрический ток. Проводимость вызывается комбинацией ударной ионизации и туннельного просачивания; роль каждого из этих эффектов зависит от конкретного диэлектрика.

Изменение электропроводности происходит скачкообразно и часто приводит к разрушению диэлектрика вследствие перегрева.

Прочность различных материалов

Электрическая прочность измеряется в вольтах на единицу расстояния (обычно В/см) и сильно варьирует с диэлектриком:

Слюда, кварц и другиe твёрдые диэлектрики с хорошими изолирующими свойствами обладают прочностью до 106—107 В/см;
электрическая прочность жидкого диэлектрика очень сильно зависит от его чистоты и также может достигать 106 В/см;
электрическая прочность газов линейно зависит от давления (см. Закон Пашена) и существенно — от толщины слоя («отклонения» от закона Пашена); в случае воздуха в нормальных условиях с толщиной слоя 1 см электрическая прочность составляет приблизительно 3×104 В/см, у элегаза — в 2-4 раза выше. При понижении давления газа (вакуума ниже 10−5 мм рт. ст.) электрическая прочность увеличивается и может составлять порядка 107 В/см.

1. МЕТОД 1

1.1. Принцип и условия контроля

1.1.1. Принцип контроля электрической прочности изоляции заключается в создании разности электрических потенциалов между любыми электрически не соединенными контактами, а также между металлическими деталями и любым контактом, которая превышает разность электрических потенциалов при рабочем напряжении.

1.1.2. Контроль электрической прочности изоляции проводят напряжением постоянного или переменного тока частотой 50 Гц.

1.1.3. Вид и значение испытательного напряжения устанавливают в стандартах или технических условиях на конкретные типы изделий.

1.2.1. Контроль электрической прочности изоляции проводят на установке, структурная схема которой приведена на чертеже.

— источник питания; — регулирующее устройство, осуществляющее установку испытательного
напряжения; — преобразователь (высоковольтный трансформатор); — устройство для подключения
испытуемого объекта; — блок индикации и регистрации; — блок управления.

1.2.2. Мощность и внутреннее сопротивление источника испытательного напряжения должны быть такими, чтобы при изменении тока нагрузки от 0 до момента отключения падение испытательного напряжения не превышало 10%.

1.2.3. Регулирующее устройство и блок управления (при его наличии) должны обеспечивать плавную или ступенчатую регулировку выходного напряжения или иметь возможность практически мгновенного установления испытательного напряжения.

1.2.4. Регулирующее устройство должно обеспечивать установление испытательного напряжения с относительной погрешностью в пределах ±5%.

1.2.5. Блок индикации и регистрации должен обеспечивать автоматическое отключение испытательного напряжения при токе 10-40 мА.

1.2.6. Коэффициент пульсаций источника постоянного напряжения испытательной установки не должен превышать 5%.

1.2.7. Коэффициент нелинейных искажений источника переменного напряжения не должен превышать 10%.

1.3. Подготовка и проведение контроля

1.3.1. Изделия следует подключать к испытательной установке в соответствии с требованиями стандарта и требованиями технических условий на изделия конкретных типов и эксплуатационной документацией на испытательные установки.

1.3.2. Проверку электрической прочности изоляции следует проводить одним из способов:

1.3.2.1. Способ А

На изделие подают испытательное напряжение поочередно между каждым выводом и всеми остальными выводами, соединенными с корпусом и (или) монтажной платой.

1.3.2.2. Способ В

Четные и нечетные выводы изделия соединяют вместе, образуя две группы. Допускается соединять в одну группу соседние контакты.

Если выводы расположены в два или более рядов, необходимо образовать еще две группы выводов, чтобы измерить приложенное напряжение у каждой пары соседних выводов.

Испытательное напряжение подают на изделие поочередно:

между первой группой выводов и второй группой, соединенной с корпусом и (или) монтажной платой;

между второй группой выводов и первой группой, соединенной с корпусом и (или) монтажной платой.

1.3.2.3. Способ С

На изделие подают испытательное напряжение, указанное в п.1.1.3, между двумя соседними разомкнутыми выводами, расположенными на наименьшем расстоянии друг от друга, и между токоведущими цепями, соединенными между собой, и корпусом.

1.3.3. Испытательное напряжение следует подавать, начиная с нуля или со значения, не превышающего значение рабочего напряжения.

Скорость подачи испытательного напряжения не должна превышать 500 В/с.

1.3.4. Изделия выдерживают под испытательным напряжением в течение (60±5) с.

1.3.5. Регистрацию электрического пробоя или поверхностного перекрытия изоляции проводят путем фиксации тока отключения испытательной установки или по превышению максимально допустимого тока утечки (если ток утечки указан в ТУ на изделия конкретных типов).

Погрешность измерения тока утечки должна быть в пределах ±5%.

1.3.2-1.3.5 (Измененная редакция, Изм. N 1).

Измерения

Электрическая прочность измеряется с помощью коротких импульсов (чтобы результаты измерений не искажались тепловым пробоем).

2. МЕТОД 2

2.1. Принцип и условия контроля

2.1.1. Принцип проверки и вид испытательного напряжения устанавливают в соответствии с пп.1.1.1-1.1.3.

2.1.2. Значение испытательного напряжения рассчитывают по формуле

где — значение испытательного напряжения при проверке электрической прочности изоляции по методу 1;

— коэффициент перенапряжения, характеризующий степень увеличения испытательного напряжения при сокращении времени испытаний. Значения коэффициента перенапряжения приведены в обязательном приложении 2, а метод его определения — в справочном приложении 3.

2.2.1. Контроль электрической прочности изоляции проводят на установке, структурная схема которой приведена на чертеже.

2.2.2. Регулирующее устройство и блок индикации и регистрации должны удовлетворять требованиям пп.1.2.2, 1.2.4-1.2.7.

2.2.3. Регулирующее устройство и блок управления должны обеспечивать подъем напряжения за 0,2-0,5 с от нуля до установленного значения, выдержку под испытательным напряжением в течение (5±0,2) с и снятие напряжения за 0,2-0,5 с.

2.3. Подготовка и проведение контроля

2.3.1. Испытательное напряжение подключают в соответствии с требованиями п.1.3.2.

2.3.2. Испытательное напряжение подают от нуля до установленной величины за время 0,2-0,5 с, выдерживают в течение (5±0,2) с, после чего за время 0,2-0,5 с снижают до нуля.

Примечание. Подъем и снижение напряжения допускается производить за время менее 0,2 с при условии отсутствия резкого возрастания (скачка) напряжения, возникающего в результате переходных процессов в момент подключения или отключения электрических цепей.

(Измененная редакция, Изм. N 1).

2.3.3. Регистрация электрического пробоя или поверхностного перекрытия производится по п.1.3.5.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 (рекомендуемое). МЕТОД СОВМЕЩЕННОЙ ПРОВЕРКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ ИЗОЛЯЦИИ И ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ

ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Рекомендуемое

1. Принцип и условия проверки

1.1. Принцип проверки электрической прочности с одновременным измерением сопротивления изоляции заключается в создании разности электрических потенциалов суммарным действием повышенного переменного и постоянного электрических полей между электрически не соединенными контактами, сопротивление изоляции при этом измеряется по методу вольтметра — амперметра в соответствии с ГОСТ 24606.2-81.

1.2. Проверку электрической прочности и измерения сопротивления изоляции проводят путем одновременного приложения напряжения постоянного и переменного тока частотой 50 Гц.

1.3. Циклограмма приложения испытательных напряжений указана на черт.1.

1.4. Эффективное значение испытательного напряжения рассчитывают по формуле

где — амплитудное значение испытательного напряжения переменного тока при проверке электрической прочности изоляции по методу 1;

— коэффициент перенапряжения, характеризующий степень увеличения испытательного напряжения при сокращении времени испытаний. Значение коэффициента перенапряжения приведены в обязательном приложении 2. Метод определения приведен в справочном приложении 3;

— значение постоянного напряжения при изменении сопротивления изоляции по ГОСТ 24606.2-81.

2.1. Проверку электрической прочности изоляции с одновременным контролем сопротивления изоляции проводят на установке, структурная схема которой приведена на черт.2. Принципиальная схема устройств совмещения постоянной и переменной составляющих приведена на черт.3.

— источник переменного напряжения; — источник постоянного напряжения;
— высоковольтный трансформатор; — ограничительный резистор; — разделительная емкость,

1-5 мкф; — устройство совмещения постоянной и переменной составляющих;
— устройство для подключения испытуемого объекта

2.2. Источник питания, регулирующее устройство, блок управления, блок индикации и регистрации должны соответствовать требованиям пп.1.2.2-1.2.5 и 1.2.7.

2.3. Погрешность установки напряжения постоянного тока должна быть в пределах ±2%.

2.4. Нестабильность постоянного напряжения должна быть в пределах ±1% при токе не более 1 мА.

2.5. Коэффициент пульсации источника постоянного тока не должен превышать 0,5%.

2.6. Сопротивление ограничительного резистора не должно превышать 5% номинального значения измеряемого сопротивления изоляции, указанного в стандартах или технических условиях на изделия конкретных типов.

3. Подготовка и проведение контроля

3.1. Изделия следует подключать к испытательному оборудованию в соответствии с требованиями стандартов или технических условий на изделия конкретных типов.

3.2. Испытательное напряжение следует прикладывать в соответствии с требованиями п.1.3.2.

3.3. Подача испытательного напряжения производится согласно циклограмме, приведенной на черт.1

3.4. Регистрация электрического пробоя или поверхностного перекрытия производится по п.1.3.5 настоящего стандарта.

4. Показатели точности измерений

4.1. Погрешность измерения сопротивления изоляции — в соответствии с ГОСТ 24606.2-81.

(Измененная редакция, Изм. N 1).

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 (обязательное). ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ ДЛЯ УСКОРЕННЫХ ИСПЫТАНИЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ ИЗОЛЯЦИИ

ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Обязательное

(Измененная редакция, Изм. N 1).

ПРИЛОЖЕНИЕ 3 (справочное). ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ ПРИ УСКОРЕННЫХ ИСПЫТАНИЯХ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ ИЗОЛЯЦИИ КОММУТАЦИОННЫХ, УСТАНОВОЧНЫХ ИЗДЕЛИЙ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СОЕДИНИТЕЛЕЙ

ПРИЛОЖЕНИЕ 3
Справочное

Определение значения коэффициента перенапряжения производят с целью сокращения времени воздействия испытательного напряжения при ускоренных испытаниях электрической прочности изоляции коммутационных, установочных изделий и электрических соединителей.

1. Физические принципы сокращения времени испытания

1.1. Значение пробивного напряжения можно определить, исходя из его зависимости от времени воздействия на диэлектрик, которая выражается функцией

1.2. В интервале времени 0,1 с 100 с величину пробивного напряжения можно выразить формулой

где ; — постоянные величины, зависящие от диэлектрических свойств изоляции. Для диэлектриков, применяемых в электронной промышленности, (10 -10 ) В·с;

10-14;

— время пробоя изоляции, с.

1.3. Из формулы (2) следует, что для сокращения времени пробоя изоляции необходимо увеличить испытательное (пробивное) напряжение.

Времени пробоя будет соответствовать напряжение пробоя , а времени — напряжение .

Согласно формуле (2), если , то .

Отношение и дает значение коэффициента .

1.4. Для перехода от пробивных напряжений к испытательным используется условие равенства запаса электрической прочности изоляции при ускоренных испытаниях с одноминутной выдержкой, т.е.

где — испытательное напряжение при одноминутной выдержке, В;

— испытательное напряжение при сокращенном времени выдержки, В.

Отсюда следует, что

2. Определение коэффициента

2.1. Метод используется для определения коэффициента при испытаниях изоляционного материала, не вошедшего в таблицу приложения 2.

Для определения коэффициента используется формула (3), где, например:

— напряжение пробоя при одноминутной выдержке, В;

— напряжение пробоя при пятисекундной выдержке, В.

Значения напряжений пробоя и находят из экспериментальных данных испытаний образцов или изделий на пробой изоляции.

2.2. Проведение испытаний

2.2.1. Испытательные установки должны соответствовать требованиям пп.1.2.1-1.2.7 настоящего стандарта.

2.2.2. Испытания проводят переменным током частотой 50 Гц.

2.2.3. Испытания на пробой проводят в нормальных климатических условиях.

2.2.4. Для проведения испытаний на пробой следует применять специальные образцы по ГОСТ 6433.3-71 с толщиной пробивного промежутка 1±0,1 мм или специально изготовленное изделие.

2.2.5. Подготовленную партию образцов (изделий) в количестве 100 шт. (100 пробивных промежутков) подвергают испытаниям на пробой или выдержке 60 с под напряжением. Изделия или образцы должны быть отобраны из одной партии пресс-материала и изготовлены в одном режиме прессования.

Затем вторую партию также в количестве 100 шт. подвергают испытаниям на пробой при выдержке 5 с.

2.2.6. Первоначально определяют минимальное значение для времени выдержки под напряжением, равном 60 с. Для этой цели проводят предварительные испытания 10-20 образцов (промежутков), плавно повышая напряжение в течение 1-3 мин до наступления пробоя. Затем подсчитывают начальное напряжение в вольтах для выдержки в течение 5 с по формуле

2.2.7. Подачу испытательного напряжения производят плавно за время 0,2-0,5 с, затем образец выдерживают под напряжением в течение установленного времени. Точность выдержки для времени 60 с — ±05 с, для 5 с — ±0,2 с.

Если образец выдержал испытательное напряжение в течение заданного промежутка времени или , то напряжение плавно снимают за время 0,2-0,5 с и устанавливают новое испытательное напряжение, которое выше предыдущего на 5-10%.

Такими ступенями образец доводят до пробоя и при этом фиксируют:

— значение напряжения пробоя;

— время, за которое происходит пробой образца.

2.2.8. Полученные данные после пробоя 100 образцов для каждого значения времени выдержки подвергают математической обработке.

Рассчитывают среднее арифметическое значение в вольтах по формуле

где — число значений .

После подсчета значений для интервала выдержки в 60 с и для интервала в 5 с определяется искомого изоляционного материала по формуле

Электронный текст документа
подготовлен АО «Кодекс» и сверен по:
официальное издание
Изделия коммутационные, установочные
и соединители электрические.
Методы измерения электрических параметров:
Сб. ГОСТов. — М.: Издательство стандартов, 1985

Редакция документа с учетом
изменений и дополнений