Рис. 4.33. Функция распределения времени до пробоя для промежутка стержень - плоскость в полиэтиленовой нзоляцин при различных видах окружающей среды [274]

I - кремнийорганическая жидкость; 2 - трансформаторное масло, кратковременное погружение; 3 - трансформаторное масло (погружение до завершения диффузии)

0,99 0,95 0,84

0,50

0,16 0,05 0,01

10°

10 ю

существенную роль может играть длительность выдержки между изготовлением образцов и выполнением эксперимента.

В значительной степени на результаты экспериментов влияют окружающие условия *и в особенности окружающая среда, способная диффундировать внутрь образца или вступать в плазмохимические реакции с ним [273-275]. Полученная в работе [273] в «испытаниях иглой» кривая времени до пробоя полиэтиленовой изоляции (рис. 4.32) из-за образования щавелевой кислоты имеет излом вниз при длительности до пробоя примерно 50 ч (кривая 3), а при погружении в кремнийорганическую жидкость благодаря диффузии уже примерно через 10 мин возникает излом вверх [273]. Поскольку все мыслимые процессы равным образом зависят от времени, длительность хранения в той или иной окружающей среде оказывает влияние

кВ 110 100 90

ВО 70 60

10 10° ю ю ю

Рис. 4.34. Построение кривой времени до пробоя (длительности жизни) в опытах с нарастающим напряжением при одновременном изменении температуры [267] для эпоксидной смолы; промежуток шар (радиус 5 мм) - плоскость, длина промежутка 1 мм

/ - скорость нарастания напряжения 1 кВ/Ю" ч; 2-1 кВ/Ю" ч; 3-1 кБ/2 ч- 4-

I кВ/48 ч

пр

Рис. 4.35. Определение функции распределения времени до пробоя (а), времени до пробоя (кривой жизни) (б) и функции поведения напряжения пробоя (в) [216]

на функцию распределения пробивного напряжения и длительности до пробоя (рис. 4.33). Если, кроме того, состояние образцов меняется в процессе измерений, из-за этих изменений могут возникнуть процессы, описываемые смешанным распределением. Окружающая среда поэтому должна быть выбрана такой же, как и в последующей эксплуатации, а процессы диффузии до начала эксперимента необходимо подавить. В противном случае следует исследовать влияние окружающей среды на эксперимент.

При увеличении температуры окружающей среды изолирующие качества твердых материалов понижаются (рис. 4.34); превышение температурой определенной граничной температуры приводит к тепловому пробою [216].

Выбор процедуры испытаний определяется целью исследования. Надежные обоснованные данные относительно функции распределения времени до пробоя дают опыты с неизменным напряжением; определение длительности жизни, однако, требует очень большого времени. Опыты с нарастающим напряжением (рис. 4.34) выполняются при меньших затратах, однако обобщение данных эксперимента является весьма проблематичным. В последующих двух разделах (см. также § 4.1 и рис. 4.1) рассматриваются вопросы, связанные с процедурой и оценкой результатов испытаний.

4.5.2. Функции распределения пробивного напряжения и времени до пробоя. Рассмотрим вначале опыт с неизменным напряжением, выполняемый на п образцах при уровне напряжения Мпрь Известным способом получают эмпирическую функцию распределения времени до пробоя (рис. 4.35, а), которая, как и хотелось бы, хорошо описывается распределением Вейбулла [62, 263, 267, 273, 276-279] (см. рис. 4.27, а),

Xog-u

f(<np; »прО= l-expf-f "P (4.10)

\ првЗ"("пр1) / -

По выбранным квантилям этого распределения можно построить диаграмму напряжение пробоя - длительность до пробоя, или кривую длительности жизни, которая в двойном логарифмическом масштабе изображается эмпирической прямой линией (рис. 4.35, б и 4.36). Если известен доверительный интервал рассматриваемого квантиля, то его можно перенести и на кривую времени до пробоя. Для квантиля времени до пробоя порядка р эта кривая описывается как

- k Г"

«-пр р - «•пр рпр р, (4.11)

где прр -константа, характеризующая геометрию промежутка, а г - зависящий главным образом от изолирующего материала показатель экспоненты времени до пробоя (например, для полиэтиленовой пленки г~9, для эпоксидной смолы с наполии-

10,95 0,90

0,50 0,40 0,30

0,10

) кВ 40

10 10

10° 10 10 10

Рис. 4.36. К построению кривой времени до пробоя в опытах с неизменным напряжением [263]: а -функция распределения времени до пробоя (вероятностная сетка распределения Вейбулла); б -кривая времени до пробоя:

If l / -4 /f

/-«пр=40 кВ; 2

-30 кВ; 3-20 кВ