Электрическая прочность воды: Импульсная электрическая прочность воды и гранита Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Импульсная электрическая прочность воды и гранита Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 622.243

ИМПУЛЬСНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ ВОДЫ И ГРАНИТА

В.Ф. Важов, Н.В. Козлова

Томский политехнический университет E-mail [email protected]

Проведены исследования вольтсекундных характеристик воды и гранита при пробое на спаде косоугольного импульса напряжения с целью реализации электроимпульсного эффекта. Показана возможность 100% пробоя воды и гранита в определённом временном интервале. При этом пробивные напряжения гранита на спаде в 1,5 раза меньше, чем при пробое на фронте.

Ключевые слова:

Вольтсекундные характеристики, спад напряжения, вода, гранит.

Исследования закономерностей поведения вольтсекундных характеристик (ВСХ) жидких и твёрдых диэлектриков, проведённые в конце 50-х начале 60-х гг. прошлого века, привели к обнаружению эффекта инверсии их электрической прочности в микросекундном диапазоне времён воздействия импульсного напряжения [1, 2]. Этот результат был зарегистрирован как научное открытие [1].

На базе этого открытия разрабатывается целый ряд электроимпульсных технологий разрушения твёрдых диэлектрических и полупроводящих материалов. В частности, бурение и резание горных пород и искусственных материалов [2].

Вольтсекундные характеристики жидких и твёрдых диэлектриков для реальных условий электроимпульсных технологий позволяют определить диапазон времени воздействия импульса напряжения, при котором ещё возможен электроимпульсный эффект.

В абсолютном большинстве литературных источников вольтсекундные характеристики жидких диэлектриков и воды получены для электродных систем «остриё-плоскость» или «остриё-остриё» [1-7]. При этом отмечается, что большое влияние на величину разрядного напряжения оказывают геометрические размеры электродов, их расположение, расстояние между электродами [4]. Форма и расположение электродов на одной поверхности образца, необходимые для электроимпульсной технологий, таких как резание, бурение и других (рис. 1), коренным образом отличаются от приведённых в литературе. Поэтому использование литературных данных для конкретных электроимпульсных технологических устройств представляет определённые трудности.

Реализация электроимпульсного эффекта в технологиях осуществлялась при использовании косоугольных импульсов напряжения со спадом его на хвосте импульса до нуля. При этом пробой происходит на фронте импульса напряжения [2, 5, 6]. Имеется упоминание о возможности электроимпульсного эффекта на прямоугольных импульсах с наносекундным фронтом [2]. Проведены исследования и показано практическая применимость для электроимпульс-ных технологий пробоя твёрдых диэлектриков и горных пород на спадающей части (хвосте) косоугольного импульса. Но при этих условиях в них отсутствуют вольтсекундные характеристики жидких диэлектриков и, в частности, воды, что не позволяет определять временной диапазон, в котором может осуществляться электроимпульсный эффект. Поскольку электроим-

Важов Владислав Фёдорович, доцент Института физики высоких технологий ТПУ. E-mail: [email protected] Область научных интересов: электроимпульсный пробой твердых и жидких диэлектриков.

Козлова Наталия Владиславовна, старший преподаватель кафедры экономики инженерно-экономического факультета ТПУ.

E-mail: [email protected] Область научных интересов: водные ресурсы, особенности их оценки.

пульсные технологии разрушения твёрдых тел осуществляются в жидкой среде, то наиболее доступной и технологичной жидкостью является пресная вода. Поэтому все исследования в данной работе проведены в воде.

Источником высоковольтных импульсов являлся генератор импульсных напряжений Аркадьева-Маркса (ГИН) с номинальным напряжением 500 кВ, разрядной ёмкостью 35-10″9 Ф и энергией в разряде 4375 Дж. Длительность фронта импульса на холостом ходу ГИН составляла ^ = 0,15-10″6 с, а длительность импульса до полуспада ^ = 50,040″6 с. Испытания проводились в изолированном от «земли» диэлектрическом баке, который заполнялся водой с различным удельным сопротивлением р. В бак помещалась испытательная ячейка, состоящая из двух электродов типа «стержень-стержень» с плоскими торцами, расположенных под углом друг к другу (рис.1). Стержни одинаковых размеров диаметром 10 мм и длиной 150 мм. Выбор формы, размеров и расположения электродов обусловлен требованиями электроимпульсных технологий бурения, резания и др., когда электроды располагаются на одной поверхности разрушаемого материала. На каждой ступени напряжения производилось не менее 10 пробоев и определялось среднее значение пробивного напряжения Uпр и время до пробоя ^р. Пробой воды осуществлялся без образца гранита. В процессе испытаний р воды периодически контролировалось для каждой ступени напряжения.

1

Н

г////////////////////.

гУушушУушушУушУушушУушушУушУушушУушушУушУушу’ТушушУушУушушУушушУушУушушУушушУушУушуш,

4

3

2

Рис. 1. Эффект внедрения канала разряда в твердый диэлектрик (горная порода): 1 — электроды; 2 — горная порода; 3 — канал разряда; 4 — жидкость; Р — ударные волны от канала разряда; Н -глубина внедрения

Суть метода определения вольтсекундных характеристик на спаде импульса напряжения состоит в следующем. Фронт и длительность импульса напряжения остаются неизменными, изменяется только амплитуда импульса. При этом пробой происходит на спадающей части [8]. Напряжение пробоя соответствует амплитудному значению импульса, а время до пробоя определяется по резкому уменьшению напряжения на спаде импульса. Преобладающее большинство исследований механизма пробоя и электрической прочности жидкостей выполнено на положительной полярности потенциального электрода, поскольку этот случай соответствует минимальной электрической прочности жидкостей [4]. Основные результаты получены нами также для положительной полярности импульса в диапазоне расстояний между электродами S = 10^90 мм.

На рис. 2 приведены осциллограммы импульсов напряжения на холостом ходу ГИН (кривая 1), при пробое воды р>4-103 Ом-см (кривая 2), отсутствие пробоя в воде с р<2-102 Ом-см (кривая 3). В результате низкого удельного сопротивления воды р и большой диэлектрической постоянной (е = 81) происходит изменение параметров импульса холостого хода при воздействии его на электродную систему в воде: фронт импульса за счёт большой е увеличивается до 2-10-6 с, длительность импульса за счёт низкой р воды уменьшается в зависимости от р (кривые 2, 3).

Рис. 2. Осциллограммы импульсов напряжения 1) холостой ход ГИН; 2) пробой воды р>4,1-103 Ом-см; 3) отсутствие пробоя воды р< 2-102 Ом-см

Потери энергии в нагрузке (на электродах в воде) вызывают уменьшение амплитуды импульса напряжения практически на 50 кВ для воды с р>4,1-103 Ом-см. Подобные изменения параметров импульса напряжения имеют место в электроимпульсных технологиях [9-11], поскольку энергетические характеристики ГИН, используемого нами в экспериментах, соответствовали применяемым в технологических схемах.

Процессы зажигания и развития канала пробоя в жидких и твёрдых диэлектриках на импульсном напряжении имеют стохастическую природу и вероятностный характер, что наиболее характерно для электроимпульсного эффекта. Вероятностный характер развития канала разряда проявляется также в том, что в определённом интервале при увеличении времени воздействия импульса напряжения уменьшается вероятность пробоя среды вплоть до полного непробоя. С точки зрения электроимпульсных технологий наибольший интерес представляет определение времени воздействия напряжения, при котором осуществляется 100 % пробой, обеспечивающий наибольшую эффективность разрушения твёрдых тел (горных пород). Горная порода — гранит выбрана нами в качестве модельного материала, как наиболее распространённого в природе и обладающего высокой механической прочностью. Образцы гранита вырезались из одного блока. Размеры образцов достигали значений (200*200* 100) мм3.

Экспериментальные данные по электрической прочности даже «предельно чистых» жидкостей очень разнообразны [4]. Вопреки распространённому мнению, уменьшение электропроводности воды очень тщательной очисткой не является эффективным способом повышения электрической прочности изоляционных конструкций [12].

На рис. 3 приведены ВСХ воды с удельным сопротивлением р = 4,1-103 Ом-см при пробое на спаде импульса напряжения Uпр для электродной системы, показанной на рис. 1, и с расстояниями между электродами S = 10^90 мм. Увеличение времени до пробоя ^ приводит к сближению ВСХ для разных S, т. е. пробивные напряжения приближаются к напряжению зажигания разряда в воде. Известно, что напряжение зажигания канала разряда в жидкости слабо зависит от длины межэлектродного промежутка при изменении её в широких пределах (1^17)

см [12]. На рис. 3 пунктиром отмечены временные уровни 100 % пробоя воды для всех S. При изменении S в 9 раз напряжение, соответствующее 100 % пробою изменяется на 55 кВ или в 1,44 раза. Время, соответствующее 100 % уровню пробоя, изменяется от 4-10″6с до 6,4-10″6 с или в 1,6 раза. С учётом большой дисперсии времён до пробоя можно предположить, что это изменение не существенно.

ипр. кВ

500

400

300

200

100 о

10″‘ 2 4 6 8 10 ” 2 4 6 8 10 ~ Шр.с

Рис. 3. Вольтамперные характеристики воды р = 4,1-103 Ом-см 1) S = 10 мм; 2) S = 20 мм; 3) S = 50 мм; 4) S = 90 мм; 5) S = 50 мм, р = 3-105 Ом-см, электроды острие-плоскость, пробой щ фронте

На рис. 4 приведены ВСХ воды для разных удельных сопротивлений при S = 20 мм (кривые 1, 2). Из кривых 1, 2 следует, что с уменьшением удельного сопротивления воды, её пробивные напряжения возрастают при одинаковом времени до пробоя.

Цпр. кВ

400

300

200

100

10-7 2 4 6 8 10 6 2 4 6 8 10’* їпр.с

Рис. 4. Вольтсекундные характеристики воды и гранита при S = 20 мм 1) р = 4,1-103 Ом-см; 2) р = 1,8^103 Ом-см; 3) гранит, пробой на спаде; 4) гранит пробой на фронте

Этот эффект, в первую очередь, обусловлен скоростью спада напряжения. Литературные данные о влиянии р на электрическую прочность жидкостей с повышенной проводимостью противоречивы [4, 12]. Электрическая прочность (пробивное напряжение) жидкостей с повышенной проводимостью может определяться не столько физическими процессами в разрядном промежутке, сколько зависящей от р и параметров разрядного контура деформацией импульса [4, 12]. С этим предположением авторов можно согласиться.

Необходимо отметить, что временной интервал 100 % пробоя воды практически не зависит от её удельного сопротивления в исследованном нами диапазоне р (кривые 1, 2).

Вышеприведённые предположения подтверждаются при сравнении литературных ВСХ (рис. 3, кривая 5) для р = 3-105 Ом-см при пробое на фронте импульса и результатов, полученных нами (кривая 3) для р = 4,1-103 Ом-см при пробое на спаде импульса. Также для кривой 3 пробивные напряжения в изучаемом временном диапазоне выше, чем для кривой 5. В данном случае свою роль играет и разная форма электродов в этих экспериментах, но тенденция сохраняется. Анализ пробивных напряжений воды в резко неоднородных полях при одинаковых условиях испытаний на фронте и спаде импульсов напряжения показывает, что пробивные напряжения практически одинаковы, что обусловлено механизмом возникновения и развития канала разряда в жидкости.

Реализация пробоя на спаде импульса напряжения даёт наибольший эффект для горных пород [7, 8]. Исследования механизма пробоя твёрдых диэлектриков, проведённые в работе [7], показали, что напряжение зажигания канала разряда в твёрдых диэлектриках в 2,5-3 раза ниже, чем напряжение пробоя на фронте. Мы предполагаем, что подобного эффекта можно достичь и при электроимпульсных технологиях разрушения горных пород, осуществляя пробой на спаде и оптимизируя соответствующим образом форму и параметры импульса напряжения.

Нами получены ВСХ гранита для всех, указанных выше, расстояний между электродами. На рис. 4 приведены ВСХ пробоя гранита в воде на спаде импульса (кривая 3) и при пробое на фронте (кривая 4) для S = 20 мм. Пробивные напряжения при пробое на спаде существенно меньше (приблизительно в 1,5 раза), чем при пробое на фронте. Это чрезвычайно важный эффект для электроимпульсных технологий, поскольку позволяет значительно снизить рабочие напряжения генераторов и передающих систем, что уменьшает как массогабаритные параметры технологических установок, так и повышает их надёжность и срок службы. Кроме этого, во всём временном диапазоне, характерном для электроимпульсных технологий при рассматриваемом расстоянии между электродами, реализуется 100 % пробой гранита, в то время как при пробое на фронте вероятность пробоя гранита не превышает 80 % [13]. Зависимости пробивного напряжения от расстояния между электродами, при одинаковом времени до пробоя, представлены на рис. 5.

Пробивные напряжения воды (рис. 5, кривая 1) в исследованном диапазоне расстояний между электродами существенно выше, чем для гранитов (рис. 5, кривые 2, 3, 4), что обусловливает высокую вероятность внедрения канала разряда в горную породу. Этот эффект возрастает с увеличением расстояния. Граниты отличаются физико-механическими и структурными свойствами. Например, для кривой 2 удельная механическая прочность гранита при одноосном сжатии составляет 180 МПа, для кривой 3 — 140 МПа, а для кривой 4 — 233 МПа. Известно, что увеличение механической прочности горных пород вызывает увеличение пробивного напряжения [2, 14]. Тем не менее, при пробое гранита на спаде (кривая 4) пробивные напряжения в 1,5 раза ниже по сравнению с кривой 2, даже не смотря на то, что механическая прочность этого гранита в 1,29 раза выше. Кроме этого, увеличение расстояния между электродами вызывает быстрое насыщение пробивных напряжений при пробое на спаде (кривая 4), в результате эффективность снижения напряжения в этом случае возрастает с увеличением расстояния между электродами.

Рис. 5. Зависимость пробивного напряжения воды (р = 4,1-103 Ом-см) от расстояния между электродами при ^р = 0,5^10″6 ^ 1) вода р = 4,1-103 Ом-см; 2) гранит, пробой на фронте; 3) гранит, пробой на фронте; 4) гранит пробой на спаде

Выводы

Исследования ВСХ воды и гранита при пробое на спаде импульса напряжения с целью реализации электроимпульсного эффекта показало, что имеет место 100 % пробой в соответствующем временном интервале для всех исследованных расстояний между электродами.

Электрическая прочность воды при 100 % пробое во всём диапазоне времён воздействия импульса напряжения и расстояний между электродами существенно выше, чем гранита. Уменьшение удельного сопротивления воды до 1,8-103 Ом-см вызывает увеличение пробивного напряжения, что обусловлено схемными и энергетическими параметрами генератора импульсов, соответствующего технологическим применениям.

Величина пробивного напряжения гранита на спаде импульса напряжения значительно меньше (в 1,5 раза и более), чем при пробое на его фронте, что обусловлено физическими особенностями развития канала разряда на спаде в жидком и твёрдом диэлектриках.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Воробьёв А.А., Воробьёв Г.А., Чепиков А.Т. Закономерности пробоя твёрдого диэлектрика на границе раздела с жидким диэлектриком при действии импульса напряжения // Свидетельство на открытие № А-122 от 29.04.1998 г. с приоритетом от 14.12.1961 г.

2. Сёмкин Б.В., Усов А.Ф., Курец В.И. Основы электроимпульсного разрушения материалов. — СПб.: Наука, 1995. — 276 с.

3. Балыгин И.Е. Электрическая прочность жидких диэлектриков. — М., Л.: Энергия, 1964. — 228 с.

4. Ушаков В.Я., Климкин В.Ф., Коробейников С.М., Лопатин В.В. Пробой жидкостей при импульсном напряжении. — Томск: Изд-во НТЛ, 2005. — 488 с.

5. Воробьёв А.А., Воробьёв Г.А., Заводовская Е.К. и др. Импульсный пробой и разрушение диэлектриков и горных пород. — Томск: Изд-во ТГУ, 1971. — 225 с.

6. Курец В.И., Усов А.Ф., Цукерман В.А. Электроимпульсная дезинтеграция материалов. -Апатиты: Изд-во КНЦ РАН, 2002. — 324 с.

7. Кузнецов Ю.И. Исследование пространственно-временных характеристик импульсного электрического разряда в каменной соли: дис. канд. физ.-мат. наук. — Томск, 1974. — 159 с.

8. Жгун Д.В. Исследование электроимпульсного пробоя и разрушения гранита и бетона в воде: автореф. дис. … канд. техн. наук. — Томск, 2000. — 23 с.

9. Техника высоких напряжений / под ред. П.И. Сиротинского. — М., Л.: ГЭИ, 1940. — 352 с.

10. Важов В.Ф., Дацкевич С.Ю., Журков М.Ю., Муратов В.М. Электроимпульсный способ бурения и резания горных пород // Становление и развитие научных исследований в высшей школе: Труды Междунар. науч. конф. — Томск: Изд-во ТПУ, 2GG9. — Т. 2. — С. 209-214.

11. Усов А.Ф., Сёмкин Б.В., Зиновьев Н.Т. Переходные процессы в установках электроимпуль-сной технологии. — СПб.: Наука, 2000. — 16G с.

12. Ушаков В.Я. Импульсный электрический пробой жидкостей. — Томск: Изд-во ТГУ, 1975. -190 с.

13. Жгун Д.В., Борисенко С.В. Электроимпульсный пробой твёрдых диэлектриков // Современные техника и технологии: Труды VI Междунар. научно-практ. конф. — Томск: Изд-во ТПУ, 2000. — С. 350-351.

14. Брылин В.И. Бурение скважин специального назначения. — Томск: Изд-во ТПУ, 2GG9. — 255 с.

Поступила 07.11.2011 г.

Пробой жидких диэлектриков — Студопедия

Жидкие диэлектрики отличаются более высокими значениями электрической прочности, чем газы в нормальных условиях. Предельно чистые жидкости получить очень трудно. Постоянными примесями в жидких диэлектриках являются вода, газы и мельчайшие механические частицы.

Наличие примесей значительно усугубляет явление пробоя жидких диэлектриков и затрудняет выяснение механизмов пробоя. В максимально очищенных от примесей жидкостях при высоких значениях напряженности электрического поля может происходить вырывание электронов из металлических электродов и разрушение молекул самой жидкости за счет соударений с заряженными частицами, как и в случае пробоя газов (электрический пробой). Повышенная электрическая прочность жидкого диэлектрика обусловлена значительно меньшей длиной свободного пробега электронов в жидкости, чем в газах.

Электрическая прочность трансформаторного масла зависит от многих факторов, однако наибольшее влияние на прочность оказывают примеси: вода, газы и твердые частицы. Пробой масла, содержащего газовые включения, объясняется местным перегревом жидкости за счет энергии, выделяющейся при ионизации пузырьков газа, который приводит к испарению легких фракций масла и образованию газового канала между электродами.

Влага в трансформаторном масле может находиться в трех состояниях: в растворенном виде, в виде эмульсии (под микроскопом в масле видны шарики диаметром 2-10 мкм) и в виде отстоя на дне резервуара.

Молекулярно растворенная вода мало влияет на электрическую прочность трансформаторного масла и тангенс угла диэлектрических потерь, однако способствует повышению окисляемости масла и снижению его стабильности. Вместе с тем даже малые доли процента эмульсионной воды значительно снижает его электрическую прочность (рис.32).

Это объясняется тем, что под действием электрического поля шарики эмульсионной воды поляризуются и, притягиваясь между собой разноименными концами, образуют цепочки с повышенной проводимостью, по которым и происходит электрический пробой.

Рис.32. Зависимость электрической прочности от содержания воды в масле

Подготовленное для заливки в трансформатор масло должно быть полностью очищено от влаги, находящейся в эмульсионном состоянии и в виде отстоя.

Твердые примеси в виде взвеси в трансформаторном масле искажают электрическое поле внутри масла (делают его более неоднородным), что и является причиной уменьшения электрической прочности. Твердые частицы, осевшие на обмотку и магнитопровод трансформатора, значительно ухудшают теплоотвод с их поверхностей. Особенно резкое уменьшение пробивного напряжения происходит при наличии в масле гигроскопических загрязнений – волокон бумаги, картона, пряжи, значительно облегчающих образование проводящих мостиков (как в случае с эмульсионной водой).

Электрическая прочность трансформаторного масла зависит от температуры (рис.33).

При температуре 0^оС вода, содержащаяся в масле, находится в эмульсионном состоянии, поэтому электрическая прочность имеет практически минимальное значение. При повышении температуры вода переходит в растворенное состояние, т.е. её свободное состояние исчезает. В состоянии раствора примесь воды в меньшей степени снижает электрическую прочность (увеличение Е_прна кривой 2).

Рис.33. Зависимость электрической прочности трансформаторного масла от температуры: 1 – подсушенное масло; 2 – масло, содержащее следы воды.

При повышении температуры вода переходит в растворенное состояние, т.е. её свободное состояние исчезает. В состоянии раствора примесь воды в меньшей степени снижает электрическую прочность (увеличение Е_прна кривой 2). При температуре 70^оС в трансформаторном масле начинается процесс кипения его легких фракций, количество газов в масле увеличивается, что приводит к уменьшению электрической прочности. Как следует из рис.33 (кривая 1), электрическая прочность сухого трансформаторного масла имеет большее значение и практически не изменяется до температуры 70^оС.

На электрическую прочность масла оказывает влияние частота приложенного электрического поля.

При увеличении частоты электрического поля до 10⁵ Гц электрическая прочность трансформаторного масла уменьшается, что вызвано его разогревом за счет диэлектрических потерь.

Вернуться к содержанию

1.4. Пробой диэлектриков. 1. Диэлектрические материалы. Химия радиоматериалов. Курс лекций

1.4.1. Общая характеристика пробоя

1.4.2. Пробой газов

1.4.3. Пробой жидких диэлектриков

1.4.4. Пробой твердых диэлектриков

1.4.1. Общая характеристика пробоя

Диэлектрик, находясь в электрическом поле, теряет свои электроизоляционные свойства, если напряженность поля превысит некоторое критическое значение. Это явление носит название пробоя диэлектрика или нарушения его электрической прочности. Свойство диэлектрика противостоять пробою называется электрической прочностью (Е_пр). Напряжение, при котором происходит пробой изоляции, называют пробивным напряжением (U_пр) и измеряют чаще всего в киловольтах.

Электрическая прочность определяется пробивным напряжением, отнесенным к толщине диэлектрика в месте пробоя:

Е_пр = U_пр/h, (1.25) где h – толщина диэлектрика.

Пробой твердых диэлектриков и пробой газов и жидкостей отличаются друг от друга как по внешним признакам, так и по физике явления.

Пробой газа обуславливается явлением ударной и фотонной ионизации. Пробой жидких диэлектриков происходит в результате ионизации тепловых процессов. Одним из главнейших факторов, способствующих пробою жидкостей, является наличие в них посторонних примесей. Пробой твердых тел может вызываться как электрическим, так и тепловым процессами, возникающими под действием поля.

Явление электрического пробоя связано с электронными процессами в диэлектрике, возникающими в сильном электрическом поле и приводящими к внезапному и резкому местному возрастанию плотности электрического тока к моменту пробоя.

Тепловой пробой является следствием уменьшения активного сопротивления диэлектрика под влиянием нагрева в электрическом поле, что приводит к росту активного тока и дальнейшему увеличению нагрева диэлектрика вплоть до его термического разрушения.

При длительном действии напряжения пробой может быть вызван электрохимическими процессами, происходящими в диэлектрике под действием электрического поля – электрохимический пробой.

Из изложенного следует, что пробой газов – явление чисто электрическое, а в разрушении жидких и особенно твердых диэлектриков существенную роль играют тепловые процессы.

1.4.2. Пробой газов

Внешней изоляцией во многих видах электротехнических конструкций служит воздух. Электрическая прочность воздуха в нормальных условиях невысока по сравнению с прочностью большинства жидких и газообразных диэлектриков.

Небольшое количество содержащихся в газе положительных и отрицательных ионов и электронов, находящихся в беспорядочном тепловом движении, при наложении поля получают добавочную скорость и начинают перемещаться в направлении поля или в противоположном, в зависимости от знака заряда. При этом заряженная частица газа приобретает дополнительную энергию

W = q·U_l, (1.26)

где q – заряд, U_l – падение напряжения на длине свободного пробега _l.

Добавочная энергия заряженных частиц сообщается молекулам, с которыми они сталкиваются. Если эта энергия достаточно велика, то может произойти ионизация молекул газа. Условием, определяющим возможность ионизации, является:

W W_и. (1.27)

При заданных значениях давления газа и температуры ударная ионизация начинается при определенной напряженности поля, поскольку q и l постоянны для каждого газа. Эта напряженность поля Е называется начальной напряженностью. Процесс быстрого распространения ионизации называется явлением стримера. Явление пробоя газа объясняется ударной ионизацией и сопутствующим явлением фотоионизации. Пробой газа наступает, когда весь газовый промежуток между электродами ионизирован. В ионизированном пространстве образуется два потока (стримера) – поток электронов и поток положительно заряженных ионов.

Внешне процесс ионизации проявляется свечением газа.

Напряжение, при котором наступает полная ионизация газового пространства между электродами, называется напряжением пробоя газа. Оно зависит от природы самого газа, его давления, влажности, температуры, в большой степени от формы электродов и расстояния между ними, однородности электрического поля, воздействующего на газ, а также от того, действует постоянное, переменное или импульсное напряжение.

Различные газы имеют различную электрическую прочность. С увеличением давления электрическая прочность газов увеличивается. Это объясняется тем, что при возрастании давления увеличивается число молекул в единице объема, отсюда сокращается длина свободного пробега электронов, они не успевают приобрести энергию, необходимую для ионизации молекул, и поэтому пробой наступает только при более высоком напряжении.

При уменьшении давления газа длина свободного пробега электронов увеличивается, и ионизация наступает при более низком напряжении.

При малых расстояниях между электродами, порядка нескольких микрон, электрическая прочность газов сильно увеличивается. Это объясняется тем, что из-за малости расстояния процесс ионизации затруднен, и ионизация наступает при более высоком напряжении. Экспериментально установлено, что пробивное напряжение любого газа пропорционально произведению давления газа Р на расстояние между электродами h (при Т = const). Эта зависимость носит название закона Пашена и иллюстрируется графиком на рис.1.2.

Рис.1.2. Зависимость электрической прочности газа от давления

В неоднородном поле наблюдаются значительные отклонения от этого закона. Особенностью пробоя газа в неоднородном поле является возникновение частичного разряда в виде короны в местах, где напряженность поля достигает критических значений, с дальнейшим переходом короны в искровой разряд и дугу при возрастании напряжения.

1.4.3. Пробой жидких диэлектриков

Жидкие диэлектрики отличаются более высокой электрической прочностью, чем газы в нормальных условиях.

Предельно чистые жидкости получить очень трудно. Постоянными примесями в жидких диэлектриках являются вода, газы и твердые частички. Наличие примесей и определяет в основном явление пробоя жидких диэлектриков.

Пробой жидкостей, содержащих газовые включения, объясняют местным перегревом жидкости, который приводит к образованию газового канала между электродами. Влияние воды, не смешивающейся с трансформаторным маслом при нормальной температуре и держащейся в нем в виде отдельных мелких капелек. Под влиянием поля капельки воды поляризуются и создают между электродами цепочки с повышенной проводимостью, по которым и происходит электрический пробой.

Очистка жидких диэлектриков от примесей заметно повышает электрическую прочность.

1.4.4. Пробой твердых диэлектриков

Различают четыре вида пробоя твердых диэлектриков:

1. электрический пробой макроскопически однородных диэлектриков;
2. электрический пробой неоднородных диэлектриков;
3. тепловой (электротепловой) пробой;
4. электрохимический пробой.

Электрический пробой макроскопически однородных диэлектриков. Этот вид пробоя характеризуется весьма быстрым развитием, он протекает за время, меньшее 10^-7 – 10^-8 с, и не обусловлен тепловой энергией.

Электрический пробой по своей природе является чисто электронным процессом, когда из немногих начальных электронов в твердом теле создается электронная лавина.

Чисто электрический пробой имеет место, когда исключено влияние электропроводности и диэлектрических потерь, обуславливающих нагрев материала, а также отсутствует ионизация газовых включений.

Электрический пробой неоднородных диэлектриков. Такой пробой характерен для диэлектриков, имеющих газовые включения. Он также характеризуется весьма быстрым развитием. Пробивные напряжения для неоднородных диэлектриков во внешнем однородном и неоднородном поле, как правило, невысоки и мало отличаются друг от друга.

С увеличением толщины образца усиливается неоднородность структуры, возрастает количество слабых мест, газовых включений и снижается электрическая прочность как в однородном, так и в неоднородном поле. Площадь электродов тоже влияет на прочность диэлектрика. Чем меньше площадь электродов, тем выше может быть значение электрической прочности из-за уменьшения количества слабых мест, попадающих в пределы поля.

Низкой электрической прочностью отличаются диэлектрики с открытой пористостью: мрамор, непропитанная бумага, дерево, пористая керамика.

Высокой электрической прочностью характеризуются диэлектрики, имеющие плотную структуру и не содержащие газовых включений: слюда, стекла, бумага, тщательно пропитанная жидким диэлектриком.

Тепловой пробой. Этот пробой сводится к разогреву материала в электрическом поле до температур, соответствующих хотя бы местной потере им электроизоляционных свойств, связанной с чрезмерным возрастанием сквозной электропроводности или диэлектрических потерь. Пробивное напряжение при тепловом пробое зависит от ряда факторов: частоты поля, условий охлаждения, температуры окружающей среды и др. Кроме того, напряжение теплового пробоя связано с нагревостойкостью материала.

Для того, чтобы температура изолятора не превышала некоторого критического значения, выше которого неизбежно наступает тепловое разрушение изолятора, необходимо правильно установить допустимое напряжение. Если считать, что все изменение температуры происходит вне диэлектрика, то рабочее напряжение можно найти, приравняв тепловыделение количеству тепла, отводимого при данной температуре с поверхности изолятора:

U²wCtgd= sS(T_раб – T₀), (1.28)

где U – напряжение, В; U²wC– реактивная мощность, В·А; w – угловая частота, с^-1; С – емкость изолятора, Ф; tgd – тангенс угла потерь при рабочей температуре; s – коэффициент теплоотдачи , Вт/м²·К; S – площадь поверхности изолятора, м²; T_раб и T₀ – температуры поверхности изолятора и окружающей среды, К.

Данное выражение с достаточной степенью точности позволяет рассчитать допустимое напряжение для изделий с известной электрической емкостью и хорошей теплопроводностью диэлектрика, обеспечивающей малый перепад температуры по сечению изделия.

Для более точных расчетов В.А.Фоком и Н.Н.Семеновым получено строгое аналитическое выражение для пробивного напряжения в случае теплового пробоя:

(1.29)

где g _т – удельная электропроводность диэлектрика, Вт/м·К; f – частота, Гц; tgd₀ – тангенс угла потерь диэлектрика при температуре окружающей среды; a_tgd – температурный коэффициент tgd, 1/K; j(cs) – поправочная функция аргумента с, зависящая от теплопроводности металла электродов, коэффициента теплопередачи из диэлектрика в металл, толщины диэлектрика и электродов.

Электрохимический пробой имеет особенно существенное значение при повышенных температурах и высокой влажности воздуха. Этот вид пробоя наблюдается при постоянном и переменном напряжении низкой частоты, когда в материале развиваются электролитические процессы, обуславливающие необратимое уменьшение сопротивление изоляции.

Такое явление часто называют старением диэлектрика в электрическом поле, поскольку оно приводит к постепенному снижению электрической прочности, заканчивающемуся пробоем при напряженности поля, значительно меньшей пробивной напряженности, полученной при кратковременном испытании. Это явление имеет место в органических (пропитанная бумага, резина и т.д.) и некоторых неорганических диэлектриках (титановая керамика).

Электрохимический пробой требует для своего развития длительного времени, т.к. он связан с явлением электропроводности, приводящем к медленному выделению в материале малых количеств химически активных веществ, или с образованием полупроводящих соединений. В керамике, содержащей окислы металлов переменной валентности (например, ТiО₂), электрохимический пробой встречается значительно чаще, чем в керамике, состоящей из окислов алюминия, кремния, магния, бария.

Наличие щелочных окислов в алюмосиликатной керамике способствует возникновению электрохимического пробоя и ограничивает допустимую рабочую температуру. При электрохимическом пробое большое значение имеет материал электрода. Серебро, способное диффундировать в керамику, облегчает электрохимический пробой в противоположность, например, золоту.

Диэлектрическая прочность, что это и как измеряется?

Диэлектрическая Прочность

Согласно Википедии, диэлектрической прочности определяется следующим образом:

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.

В физике термин диэлектрическая прочность имеет следующие значения:

Максимальная электрическая нагрузка на диэлектрический материал, которую может выдержать без пробоя

Касаемо продуктов LPS Laboratories, особенно очистителей для контактов, мы проверяем сколько вольт требуется, чтобы продукт начал проводить электричество. Визуализировать тест на диэлектрическую прочность таким образом: в емкость наливаем очиститель для контактов, один контакт помещаем в жидкость, второй контакт в жидкость на противоположной стороне емкости, между двумя контактами нет прямого контакта, кроме как через жидкость. Постепенно повышаем напряжение до тех пор, пока напряжение не повысит диэлектрическое сопротивление жидкости, цепь замкнется, и лампочка загорится. Количество вольт, при котором цепь замыкается (электричество проходит между двумя контактами погруженными в жидкость) — это и есть диэлектрическая прочность жидкости. (См. диаграмму ниже).

Почему это важно? Если Вы электрик или техник в энергетике, зная напряжение на очищаемом оборудовании, и зная диэлектрическую прочность очистителя можно быть уверенным в безопасности операции. Например: бытовая розетка находится под напряжением 220 вольт. Для ее очистки требуется очиститель с диэлектрической прочностью более 220В. В линейке LPS есть много очистителей для контактов с диэлектрической прочностью от 9000В до более чем 45 000В. А Вы знаете, какой из очистителей контактов имеет диэлектрическую прочность 47,5 кВ (45 000В)?

Электрическая прочность диэлектрика

Дата публикации: 15 марта 2015.
Категория: Электротехника.

Электрическая прочность диэлектрика является одной из основных характеристик изолирующих материалов. Напряженность электрического поля, при которой электроизолирующий материал может нормально работать, не должна превышать некоторого вполне определенного значения. При некотором значении напряженности происходит нарушение процесса работы диэлектрика, материал его пронизывается искрой, переходящей в дугу. Диэлектрик теряет при этом свои изолирующие свойства, сопротивление его резко уменьшается, и токоведущие части, разделенные ранее изолирующим промежутком, замыкается накоротко. Наступает пробой диэлектрика.

Напряжение, при котором происходит пробой, называется пробивным напряжением U_пр, соответствующее значение напряженности поля – пробивной напряженностью E_пр или пробивной прочностью (электрической прочностью):

где h – толщина диэлектрика.

Совершенно ясно, что электроизоляционный материал в условиях эксплуатации не должен работать при напряжении, могущем вызвать пробой диэлектрика.

Различают два вида пробоя твердого диэлектрика: электрический пробой и тепловой пробой. Электрический пробой объясняется разрушением структуры вещества под действием сил электрического поля. В слабом электрическом поле электрические заряды упруго смещаются, вызывая поляризацию диэлектрика. Если же напряженность поля достигает величины пробивной напряженности, происходит срыв заряженных частиц с первоначальных положений, что приводит к пробою.

Рассмотрим явление теплового пробоя.

Как известно, при работе диэлектрика в переменном электрическом поле выделяется тепло за счет электрических потерь. При отрицательном температурном коэффициенте сопротивления нагрев материала будет сопровождаться уменьшением сопротивления диэлектрика. Это приведет к увеличению тока, проходящего сквозь диэлектрик, и еще более сильному нагреву материала. Таким образом, процесс нагрева все время усиливается до тех пор, пока материал не нагреется настолько, что будет разрушен (расплавлен, обуглен и тому подобное).

Пробой газообразных диэлектриков (воздуха) вызван образованием и движением ионов в газообразной среде при высоких значениях напряженности электрического поля. В некоторый момент быстрое движение ионов в газообразной среде приводит их к столкновению с нейтральными молекулами газа и образованию новых ионов. Это явление сопровождается резким увеличением числа ионов в газе, вследствие чего сопротивление газа уменьшается (ударная ионизация). Наступает пробой газообразного диэлектрика.

В однородном электрическом поле (между двумя остриями, острием и плоскостью, проводами высоковольтных линий и тому подобного), в местах, где напряженность поля достигает критических значений, возникает тихий разряд, сопровождающийся жужжанием или потрескиванием с образованием фиолетового свечения (явление короны). С увеличением напряжения тихий разряд может перейти в искровой, затем в кистевой и, наконец, в дуговой разряд (если мощность источника напряжения велика). Пробой воздуха у поверхности твердого диэлектрика называется поверхностным разрядом (перекрытием). Для увеличения поверхности изоляционных деталей ее делают волнистой.

На пробивную прочность жидких диэлектриков в сильной степени оказывают влияние влага, газы, механические и химические примеси. Пробой жидких диэлектриков возникнет в результате перегрева жидкости и разрушения ее молекул.

Рисунок 1. Ячейка для измерения напряжения пробоя U_пр жидких материалов
1 – сосуд; 2 — электроды

В таблице 1 представлены данные электрической прочности некоторых изоляционных материалов.

Таблица 1

Электрическая прочность материалов

Источник: Кузнецов М. И., «Основы электротехники» — 9-е издание, исправленное — Москва: Высшая школа, 1964 — 560 с.

Жидкие диэлектрики | Электроматериаловедение | Архивы

Страница 23 из 59

ГЛАВА XI. ЖИДКИЕ ДИЭЛЕКТРИКИ

§ 47. Классификация и назначение жидких диэлектриков

В качестве жидких электроизоляционных материалов в электротехнических устройствах применяют электроизоляционные минеральные масла и синтетические жидкие диэлектрики: совол и кремний — органические жидкости. Наибольшее применение имеют минеральные нефтяные масла. По характеру использования в качестве жидких диэлектриков нефтяные масла могут быть разделены на три группы:

масла для силовых трансформаторов и высоковольтных выключателей;

кабельные масла, используемые для пропитки бумажной изоляции высоковольтных кабелей;

конденсаторные масла, применяемые для пропитки бумажной изоляции конденсаторов. Для этой же цели в бумажно-масляных конденсаторах используют искусственную жидкость — совол.

Характерной особенностью всех жидкостей является то, что их молекулы обладают большей подвижностью по сравнению с молекулами твердого тела. Чем выше температура жидкостей, тем подвижность их молекул больше. Это свойство жидкостей определяется их вязкостью. Большая подвижность молекул жидкостей обеспечивает им возможность заполнять различные пустоты и твердой изоляции. Минеральные масла хорошо пропитывают такие пористые электроизоляционные материалы, как картоны, бумаги, дерево и др. Будучи хорошими диэлектриками, минеральные масла, проникнув в поры такой изоляции, улучшают их электрические характеристики. Так, например, у пропитанной минеральным маслом бумаги резко возрастает по сравнению с непропитанной электрическая прочность Епр.

Минеральные масла при температурах около 70—80° С обладают небольшой вязкостью, поэтому частицы масла приобретают большую подвижность. Это позволяет использовать нефтяные масла в трансформаторах для охлаждения обмоток.

Масло в трансформаторах нагревается у обмоток и, притекая к холодным частям бака трансформатора, отдает им полученное тепло. Масло, имеющее большую вязкость, не обеспечит необходимого охлаждения трансформатора. На рис. 103 приведена кривая вязкости нефтяного трансформаторного масла в зависимости от температуры.

В высоковольтных трансформаторах нефтяное масло является не только теплопроводящей средой, но и главным электроизоляционным материалом. Оно заполняет пространство между обмотками трансформатора и тем самым усиливает изоляцию трансформатора. Выполняя эту роль, масло должно обладать в первую очередь большой электрической прочностью и малой величиной тангенса угла диэлектрических потерь.

Рис. 103. Вязкость трансформаторного масла в зависимости oттемпературы

В высоковольтных выключателях применяется то же самое масло, что и в трансформаторах. Здесь масло выполняет не только функцию жидкого диэлектрика, изолирующего части выключателя от стенок бака, но и среды, гасящей электрическую дугу, возникающую между контактами выключателя при отключении им высоковольтных сетей.

Процесс гашения электрической дуги состоит в следующем: при высокой температуре электрической дуги масло разлагается с выделением газов (водорода, ацетилена, этилена и др.). Газы вытесняют масло из части объема около контактов выключателя и образуют здесь газонов пространство. Давление в этом газовом пространстве повышается, к результате чего горение дуги прекращается.

В электрических кабелях минеральное масло применяется в чистом виде без каких-либо растворенных в нем веществ или в виде пропиточного состава для пропитки бумажной изоляции. В последнем случае в минеральное масло вводят канифоль, которая растворяется в масле. В результате этого вязкость масла повышается и оно не перетекает в бумажной изоляции внутри ка беля.

§ 48. Минеральные электроизоляционные масла

Минеральные масла получают методом дробной перегонки нефти. Химический состав их определяется составом нефти. Все нефтяные масла являются смесью различных углеводородов парафинового (метанового), нафтенового и ароматического рядов. Углеводороды парафинового ряда представляют собой соединения углерода и водорода в виде молекул цепочечной структуры:


Как видно из этой формулы, цепочки могут быть различной длины в зависимости от количества соединенных между собой атомов углерода. Углеводороды метанового ряда обладают хорошей химической стабильностью, т. е. стойкостью против окисления.

Нафтеновые углеводороды представляют собой соединения углерода с водородом в виде замкнутых колец с боковыми цепями.


Поэтому они часто называются циклическими углеводородами. Содержание их в масле достигает 70—85%.

Ароматические углеводороды тоже являются циклическими соединениями углерода с водородом, имеющими (аналогично нафтенам) небольшие боковые цепочки. Установлено, что удаление этих углеводородов из электроизоляционного масла приводит к его быстрому окислению, однако чрезмерное количество ароматических углеводородов в составе масел понижает температуру вспышки паров масла и вызывает выпадение осадков. В результате этого ухудшаются электрические характеристики масла. Количество ароматических углеводородов в масле регулируется в зависимости от химического состава нефти. Представителем ароматических соединений является бензол, химическая формула которого такова:

Как видно из этой формулы, ароматические соединения в отличие от нафтенов имеют так называемую двойную связь между атомами углерода, что обеспечивает их стойкость против окисления.

В состав электроизоляционных нефтяных масел входят еще другие компоненты — органические кислоты, смолистые вещества, сернистые соединения.

Изготовление масел из нефти — сложный технологический процесс, состоящий из ряда физико-химических операций. Содержащиеся в нефти отдельные ее части кипят при разных температурах и поэтому могут быть из нее удалены раздельно — путем нагрева в вакууме до разных температур. При температурах ниже  100° С из нефти выделяются легкие продукты: бензин, лигроин, керосин. Из оставшейся части, называемой мазутом, при температуре выше 300° С выделяется соляровое масло. Путем последовательной обработки масла кислотой и щелочью из него удаляют химически нестойкие соединения и получают электроизоляционное масло. Полученное масло промывают теплой дистиллированной водой, вводимой в масло в виде тонких струй. После отстоя и удаления посторонних продуктов промытое водой масло сушат и очищают отбеливающей глиной* от химически нестойких веществ. Для этого в масло вводят отбеливающие глины или земли. Затем эго масло фильтруют, пропуская его через слои фильтровального картона, установленные в аппарате фильтр-прессе.

Трансформаторное масло выпускается двух марок: масло трансформаторное и масло трансформаторное с антиокислительной присадкой. В состав масла второй марки вводится вещество — антиокислительная присадка для стабилизации физико-химических свойств масла.

Все трансформаторные масла обычно делят на следующие группы:

1. — не бывшее в эксплуатации свежее масло, полученное с завода-изготовителя;
2. — чистое сухое масло. В эту группу входят:

а)  еще не бывшее в эксплуатации;

б)  масло, уже бывшее в эксплуатации, но восстановленное химически;

1. — масло, находящееся в эксплуатации;

Таблица 27 Технические условия на свежее трансформаторное масло


* Некоторые глины и земли относятся к поверхностно-активным веществам, частицы которых поглощают из масла различные загрязнения (воду, смолистые вещества и др.).

1. — масло, изъятое из обращения и подлежащее восстановлению (регенерации).

Свежее трансформаторное масло перед заливкой его в аппараты и трансформаторы подвергается испытанию. Главные его характеристики приведены в табл. 27.

Как видно из таблицы, электрическая прочность свежего масла не нормируется. Эта характеристика нормируется «Правилами технической эксплуатации» лишь для сухого масла и масла, находящегося в эксплуатации.

Величины электрической прочности нормируются по величинам рабочих напряжений маслонаполненных аппаратов согласно табл. 28. Кроме того, для эксплуатационного масла температура вспышки должна быть не ниже 135° С, а кислотное число не выше 0,4 мг КОН/г.

Таблица 28

Пробивное напряжение сухого и эксплуатационного масла *

* Пробой слоя толщиной 2,5 мм о стандартном пробойника (см. рис. 7G).

Большое количество электроизоляционных нефтяных масел используют также в производстве силовых кабелей с бумажной изоляцией.

В зависимости от конструкции кабелей масла делятся по вязкости, величине tg б и температуре застывания на следующие три группы: 1 — масла малой вязкости МН-2; 2 — масла средней вязкости С-110 и С-220; 3— масла вязкие П-28.

Маловязкое масло МН-2 применяется в маслонаполненных кабелях низкого и среднего давления (до 3 атм). Малая вязкость масла (около 9 сст при 50° С) для таких кабелей необходима, чтобы обеспечить подпитку кабеля маслом через сравнительно небольшие каналы в нем при всех эксплуатационных температурах.

Средневязкие масла С-110 и С-220 предназначаются для пропитки и заполнения маслонаполненных высоковольтных кабелей на напряжение 110 кВ и выше при давлении около 14 атм. Эти масла не содержат в своем составе ни ароматических углеводородов, ни асфальто-смолистых веществ. Они представляют собой технически чистую смесь нафтеновых и парафиновых углеводородов, поэтому обладают весьма устойчивыми электрическими характеристиками, особенно величиной tg б. Установлено, что чем больше вязкость таких масел, тем меньше величина tg б,

Наиболее вязкое масло применяется для кабелей с бумажной изоляцией до 35 кВ, у которых пропитывающим жидким веществом является масло П-28 с растворенной в нем канифолью. Вязкость этой маслоканифольной пропиточной массы должна иметь резко падающую кривую зависимости ее от температуры. В процессе производства кабеля при его пропитке при температурах 115—130°С необходима малая вязкость массы. В процессе эксплуатации при 65—80° С нужна, наоборот, высокая вязкость, затрудняющая передвижение пропиточной массы в кабеле, если он расположен вертикально или наклонно.

Наряду с высокой электрической прочностью для всех кабельных масел весьма важно, чтобы величина tg 6 была малой и с повышением температуры не возрастала бы резко.

Масла в кабелях соприкасаются с металлами — медью, свинцом, являющимися катализаторами их окисления, поэтому необходимо, чтобы они обладали высокой химической устойчивостью против окисления в эксплуатационных условиях. Кроме того, в высоковольтных маслонаполненных кабелях недопустимы газовые пузырьки, ослабляющие электрическую прочность изоляции кабеля. При высоких напряженностях электрического поля в кабелях нафтеновые и парафиновые углеводороды могут разлагаться и выделять водород, т. е. образовывать газовые пузырьки. В кабелях с вязкой пропиткой (П-28) такие газовые выделения поглощаются канифолью. В маслонаполненных кабелях с высоким давлением процесс ионизации, в результате которого выделяется водород, отсутствует или значительно ослаблен давлением. Поэтому газовыделение — важный показатель лишь для маслонаполненных кабелей низкого давления.

Таблица 29

Физические и электрические характеристики электроизоляционных масел *


Для высоковязкого масла П-28 данные; не приведены, так как оно применяется в кабелях и виде маслоканифольной массы. Для сравнения с величиной вязкости других масел следует указать» что его вязкость при 100е С наиболее высокая и равна 26—30 сст.

В табл. 29 приведены основные характеристики двух кабельных масел.

Применяемое в бумажно-масляных конденсаторах нефтяное масло служит электроизоляционным материалом, обеспечивающим высокие величины напряженности электрического поля. Поэтому для конденсаторного масла весьма важны электрические характеристики, а именно: малая величина tg 6, высокая электрическая прочность, большое удельное объемное сопротивление. Диэлектрическая проницаемость е жидких диэлектриков для конденсатора желательна большей величины, однако в нефтяных маслах этого достигнуть нельзя, так как эти масла — неполярные диэлектрики.

Конденсаторное масло получают в результате более тщательной очистки, чем трансформаторное масло. Очистка состоит из ряда последовательных химических обработок масла с помощью кислот, щелочей, промывки горячей водой и очистки отбеливающими глинами.

§ 49. Влияние примесей и физико-химических факторов на свойства электроизоляционных масел

Рис. 105. Зависимость электрическом прочности трансформаторного масла от содержания в нем воды (при разной температуре) ,

Свойства масел изменяются в зависимости от примесей, которые могут попасть в них в условиях эксплуатации, а также от температуры и других факторов.


Рис. 104. Зависимость электрической прочности трансформаторного масла от содержания в ней воды (при 25° С)

Следует указать, что электрическая прочность масла Епр снижается от содержания в нем воды и различных твердых примесей. Вода, попавшая в масло, может в нем раствориться в большом количестве (молекулярная вода). При понижении температуры эта растворенная вода выпадает, создавая мельчайшие капельки (эмульсионная вода), распространенные по всему объему масла.

Молекулярная вода оказывает на величину электрической прочности небольшое влияние. Эмульсионная же вода сильно снижает пробивную прочность EПр, что иллюстрируется рис. 104.

Если такую зависимость определить у одного и того же увлажненного масла при разных температурах, то величины Еар при более высокой температуре расположатся выше. Это объясняется тем, что при высокой температуре часть воды из эмульсионной перешла в молекулярную. Такая зависимость приведена па рис. 105.


Рис. 106. Зависимость пробивного напряжения трансформаторного масла от расстояния между электродами различной формы

Повышение температуры сухого масла снижает его электрическую прочность. Большое влияние на электрическую прочность масла и его пробивное напряжение Unp оказывают форма электродов и расстояние между ними. На рис. 10(5 показана зависимость пробивного напряжения трансформаторного масла от расстояния между электродами в виде шаров и закругленных пластин (кривая /) и пластин с острыми краями (кривая 2). На рисунке видно, что в последнем случае значения С/пр с увеличением расстояния между электродами значительно меньше, чем в первом случае. Это объясняется неоднородностью электрического поля, образуемого электродами с острыми краями.

Рис. 107. Зависимость тангенса ума диэлектрических потерь двух различных масел от температуры:

1 — бакинское свежее (очищенное) масло, 2 — эмбенское свежее очищенное масло; 3 — бакинское масло, бывшее б употреблении, 4 — эмбенское масло, бывшее в употреблении

Длительность воздействия напряжения также влияет на электрическую прочность. При импульсных напряжениях электрическая прочность масла выше, чем при переменном или постоянном напряжении. При увеличении внешнего давления прочность масла также увеличивается.

Величина тангенса угла диэлектрических потерь tg 6 у масел обусловлена их электропроводностью. С повышением температуры электропроводность увеличивается и аналогично этому нарастает tg б. Это хорошо видно на рис. 107, где приведены кривые зависимости tg 6 от температуры для двух различных масел. Кривые показывают, что увеличение tg б масел в случае их окисления происходит в результате повышения проводимости масел (графики 3 и 4 на рис. 107).

Все электроизоляционные масла должны обладать высокой стабильностью своих характеристик, которые могут изменяться, когда масло стареет. Старение масла в основном выражается в окислении его кислородом воздуха. Высокая температура в эксплуатационных условиях это окисление ускоряет. Старение масла ускоряется также металлическими катализаторами: медью, латунью, железом и другими металлами. Присутствие воды в масле ускоряет процесс его старения. При старении в масле образуются твердые смолообразные примеси, не растворимые и растворимые в горячем масле. Такие примеси выпадают в виде осадков на обмотках и других частях трансформатора, что затрудняет теплоотвод от нагретых частей. Будучи же растворенными в масле, примеси значительно ухудшают его электрические свойства. В процессе старения масла в нем образуются кислоты, которые могут вызвать разрушение изоляции обмоток.

Чтобы замедлить старение масел, в них вводят вещества, задерживающие окисление — ингибиторы *. Однако присадка ингибиторов не может полностью предохранить масло от окисления и старения. Поэтому электроизоляционные масла следует хранить и перевозить в сухой чистой таре, перекачивать их по чистым металлическим трубопроводам (но не по резиновым шлангам, которые, растворяясь, загрязняют масло). В условиях эксплуатации масло необходимо защищать от проникновения в него воздуха и влаги. Крышки маслонаполненных аппаратов должны плотно закрываться и иметь консерваторы, т. е. дополнительные бачки. Иногда в трансформаторах пространство над уровнем масла заполняют инертным газом, например азотом, который химически не действует на масло и защищает масло от окисления.

причины уменьшения и методы контроля

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:

Рис. 3. Тангенс угла диэлектрических потерь

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:

E = U/d;

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

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.

Литература

1. Основы кабельной техники/ под ред. И.Б. Пешкова. — М.: Издательский центр «Академия», 2006. – 432 с.
2. Физика диэлектриков. Г. А. Воробьев, Ю. П. Похолков, Ю. Д. Королев. Учебники Томского политехнического университета. 2003 г.
3. Техника высоких напряжений (изоляция и перенапряжения). А.С. Красько, Е.Г. Пономаренко. Курс лекций. Часть 1. БНТУ. 2012 г.

Лучшие водонагреватели без резервуаров — (обзор в 2020 году)

В этом руководстве / обзоре содержится полная информация для исследования покупки безрезервуарного водонагревателя, независимо от того, знакомы ли вы с этими продуктами и хотите изучить основы или ищете для получения целевой информации о выборе подходящего водонагревателя по запросу для ваших целей.

Удобное меню ниже позволяет перейти к интересующему вас разделу, если вы не хотите просматривать все руководство.Начнем с того, что мы выбрали лучшие водонагреватели без резервуаров в важных категориях.

Лучшие газовые водонагреватели без резервуаров 2020

Эти устройства в основном используются в качестве безрезервуарных водонагревателей для всего дома. Большинство из них также можно соединить с дополнительными водонагревателями для крупномасштабных применений.

Изображение Продукт

Лучший маленький: Takagi T-KJr2 Indoor

Может быть 6.6 галлонов в минуту — это не похоже на небольшой водонагреватель без резервуара, но для газа это примерно так же мало, как и получается. Это лучший водонагреватель без резервуара до 7,0 галлонов в минуту, который сжигает газ.

Плюсы: Отличная цена в сочетании с хорошей оценкой — это соотношение цены и качества. Это внутренний блок, но если ваш климат подходит для наружной установки, есть и внешний блок. Доступны модели на природном газе и пропане.

Минусы: Это устройство средней эффективности.Но именно это снижает стоимость, к тому же многие считают, что модели со средней эффективностью служат дольше, чем высокоэффективные конденсационные водонагреватели, из-за кислотного выхлопа, производимого конденсационными моделями.

Итог: Если у вас большая семья в теплом климате или маленькая и средняя семья в более прохладном климате, этот безрезервуарный водонагреватель Takagi должен удовлетворить ваши потребности в горячей воде.

Лучшее для дома среднего размера: Rinnai V

Мы представляем 7.Наружная модель 5 галлонов в минуту, но в этой серии есть модели от 5,3 до 9,4 галлонов в минуту, пропан и газ, внутренние и внешние блоки.

Плюсы: Наружные блоки имеют сертификат Low-NOx.

Минусы: Средний КПД, без конденсации. В этом есть свои плюсы (более низкая стоимость оборудования, лучшая долговечность) и минусы (более высокие эксплуатационные расходы).

Итог: Это универсальная серия. Вы найдете подходящий размер, топливо и место для установки для вашего дома.

Лучшее для большого дома: Rheem RTGH

Rheem производит водонагреватели без резервуаров столько же, сколько и любой отечественный производитель.Серия RTGH высоко ценится за производительность и надежность.

Плюсы: Конденсационный водонагреватель без резервуара означает более низкие эксплуатационные расходы. Хороший ассортимент моделей в этой серии, а не только представленная модель.

Минусы : компрессорно-конденсаторные агрегаты стоят дороже и могут выйти из строя раньше, если не обслуживаются должным образом.

Итог: Если в вашем доме много горячей воды, и вы хотите уменьшить счет за электроэнергию, этот прибор поможет вам в достижении этой цели.

Лучшая серия премиум-класса: серия Rinnai RUC

Rinnai, вероятно, пользуется наибольшим доверием среди производителей безрезервуарных водонагревателей. Он известен своей надежностью и долговечностью.

Плюсы: Ваш выбор моделей 8,0, 9,0 и 9,8 галлона в минуту. Выпускаются внутренние и наружные модели. Отличная эффективность.

Минусы: Только внутренние модели.

Итог: Если вам нужен водонагреватель большой мощности для большого дома и / или холодного климата, серия Rinnai RUC — лучший вариант.

Лучшая бюджетная серия: Takagi T-KJr2 Outdoor Series

Takagi предлагает хорошее соотношение цены и качества в этой серии — отличное качество плюс доступная цена.

Плюсы: Доступно. Он доступен в наружных и внутренних моделях.

Минусы: Только природный газ. Средний КПД, поэтому эксплуатационные расходы выше, чем у компрессорно-конденсаторных агрегатов.

Итог: Если вам нужны твердые характеристики нагрева воды по разумной цене, то модель Takagi T-KJr2 для использования вне помещений или для помещений предоставит их.

Лучшее соотношение цены и качества — выбор редактора: Rinnai V65

Серия Rinnai V может быть самой высоко оцененной серией во всем этом списке. V65 идеально подходит для домов среднего размера в большинстве климатических условий.

Плюсы: Пропан и природный газ, внутренние и наружные модели. Добавьте функцию Control-R с приложением для удаленного мониторинга и управления.

Минусы : Средняя эффективность, поэтому эксплуатационные расходы будут выше, чем у конденсационных моделей.

Итог: Безрезервуарный водонагреватель V65 Rinnai и вся серия V предлагают надежный нагрев воды и ряд удобных функций.

Лучшая серия для использования вне помещений: Серия Rinnai RU

Это прочная и долговечная серия, предназначенная для предотвращения замерзания в самую холодную погоду.

Плюсы: Доступны модели 8,0, 9,0 и 9,8 гал / мин. Высокая эффективность.

Минусы: Только природный газ.

Итог: Если установка вне помещения является правильным выбором для вашего дома, это лучшая из имеющихся на рынке безрезервуарных серий WH.

Лучшие электрические водонагреватели без резервуаров 2019

Электрические водонагреватели, как правило, являются моделями для точек использования, то есть они обслуживают только одно место. Более крупные электрические водонагреватели без бака могут обслуживать всю квартиру или небольшой дом. Установка электрического безбакерного водонагревателя обычно обходится дешевле, чем установка газовой модели, но эксплуатационные расходы выше.Все плюсы и минусы газовых и электрических бесконтактных водонагревателей можно найти здесь.

Изображение Продукт

Best Small: Ecosmart POU 6 Место использования

Модели EcoSmart POU являются одними из самых популярных среди доступных электрических водонагревателей без резервуаров.

Плюсы: Компактный, качественный дизайн. Доступны модели POU в других размерах.

Минусы: Не подходит для душа — идеальная установка без бака для раковины или специального места, такого как гидромассажная ванна.

Итог: Этот агрегат обеспечивает надежную непрерывную подачу горячей воды.

Лучший средний размер: Stiebel Eltron 20 Plus Tempra

.

Как работает электрический водонагреватель

Как работает электрический водонагреватель
Типовой
Бытовой водонагреватель на 240 вольт имеет 2 ТЭНа …. верхний
а также
ниже
элементы.
Элементы управляются верхним и нижним
термостаты. Каждый элемент подключен к термостату.

Термостаты
механические биметаллические переключатели, которые
читать
температура через стенку резервуара и включите элементы и
ВЫКЛ. Обычные термостаты механических водонагревателей не имеют напряжения
специфические, и рассчитаны на жилые дома от 120 до 240 и коммерческие
напряжения от 208 до 480 вольт.

Термостаты бытовых водонагревателей можно вручную настроить на
температура между 90F
до 150F или от 110 до 160F, в зависимости от марки и калибровки.

Все термостаты
настройки являются приблизительными.
Выше
настройки термостата потребляют больше электроэнергии.
Более высокая температура может привести к ожогам и необратимым травмам.

Водонагреватель для профессионального использования
термостаты могут иметь более высокие, более опасные
диапазон 120-180F. Максимально допустимая температура для водонагревателей
все типы 210F. Более высокая температура может привести к сильному паровому взрыву.

Не устанавливать высокий
термостаты температуры на бытовом водонагревателе. это
ненужное и опасное.
Типичная ванна-душ 104F.

В целях безопасности и во избежание ожогов,
рекомендуемая настройка для всех термостатов водонагревателя (коммерческие
и жилые, газовые или электрические), которые поставляют питьевую (питьевую) воду
в трубы, где вода может контактировать с людьми, составляет 120F.

Выше
термостаты температуры используются для мытья посуды и других
высокотемпературные приложения, которые часто регулируются нормами здравоохранения,
или потребность в отоплении помещений и т. д… но высоких температур никогда не бывает
попадает в водопроводные трубы, где вода может контактировать с
люди. Смесительный клапан установлен для снижения температуры
очень горячая вода до того, как она попадет в водопровод.

Ресурсы
Как отрегулировать термостаты
Как заменить термостат на электрической воде
обогреватель / для профессионального и бытового использования
How
для подключения термостатов
Преимущества смесительного клапана
Как увеличить количество горячей воды

Электрические водонагреватели
неодновременные
Двухэлементные электрические водонагреватели на 240 вольт для жилых помещений работают неодновременно,
как это видно на этикетке продукта, расположенной сбоку бака.
Это
означает, что оба элемента никогда не
ВКЛ в
в одно и то же время (одновременно), если внутри нагревателя не будет
существенно изменилось. Один элемент включен, или другой элемент включен,
или оба элемента выключены.
Как подключить водонагреватель на одновременный
операция

Верхняя
термостат — главный контроллер.
Запуск с холодным баком, верхний термостат включает верхний элемент
до верхних 2/3
танка
достигает установленной температуры.
После нагрева верхней части бака верхняя
термостат отключает верхний элемент и подает питание на нижний
термостат, включающий нижний элемент.Нижний элемент работает до тех пор, пока
бак достигает температуры
настройка.
Нижний элемент включается и выключается в часы ожидания для поддержания бака
температура на заданном значении термостата.

Внутри нет воздуха
бак
При включении горячего крана на кухонной мойке горячая вода
немедленно выходит наверх
танка.
Горячая вода проходит по трубе горячей стороны до
достигает крана.
В этот же момент горячая вода выходит из бака, сразу новая холодная вода
входит
дно
резервуара через пластиковую погружную трубку.
Для экономии энергии никогда не включайте горячее
постучите при использовании только холодного… потому что новая холодная вода поступает в бак
должен быть нагрет до заданного значения.
ресурсов
Прочитать
о погружной трубке
9 способов экономии с водонагревателем

В часы ожидания,
между использованием горячей воды, нижний элемент
поддерживает
температура бака.
Нижний элемент поддерживает горячую воду за счет включения примерно 1-4
минут каждый час днем ​​и ночью, что составляет 45 кВт · ч —
216 кВт / ч каждый месяц для работы в режиме ожидания в зависимости от эффективности резервуара,
техническое обслуживание и
сезонная температура входящей холодной воды.Новые танки с большим количеством
изоляция, или резервуары
в естественно теплом месте включаются реже.

ресурса

См. Математические таблицы для нагрева воды

Расчет кВтч-часов

Один раз
горячая вода используется из крана, холодная вода
быстро
заполняет дно резервуара. Нижний элемент активируется первым, а когда
верхняя часть резервуара ниже заданного значения, нижний элемент отключается и
включается верхний элемент, и цикл нагрева повторяется.
температура поступающей холодной воды влияет на количество энергии
потребляется.Зимой поступающая вода холоднее. Более холодная вода означает
элементы должны нагреваться дольше, чтобы достичь уставки термостата. Средняя температура грунтовых вод Резервуар для закалки

.

Центр водных исследований — pH баланса питьевой воды

Избранные ссылки

Информация об испытаниях городской и колодезной воды (почтовый заказ)

Системы щелочной воды (очистка)

Недавние спонсоры этого портала
B.F. Environmental Consultants Inc .
Наборы для проверки воды — сделай сам дома!
Crystal Quest Water Treatment (контроль pH) (Официальный промышленный дистрибьютор) *
(* Новый спонсор)

Как правило, вода с pH <7 считается кислой, а с pH> 7 — щелочной.Нормальный диапазон pH в системах поверхностных вод составляет от 6,5 до 8,5, а для систем грунтовых вод — от 6 до 8,5. Щелочность — это мера способности воды противостоять изменению pH, которое может сделать воду более кислой. Измерение щелочности и pH необходимо для определения коррозионной активности воды.

pH чистой воды (h30) составляет 7 при 25 ° C, но при воздействии двуокиси углерода в атмосфере это равновесие приводит к pH приблизительно 5,2. Из-за связи pH с атмосферными газами и температурой настоятельно рекомендуется как можно скорее проверить воду.PH воды не является мерой концентрации кислотного или основного раствора и сам по себе не дает полного представления о характеристиках или ограничениях подачи воды.

Как правило, вода с низким pH (<6,5) может быть кислой, мягкой и агрессивной. Следовательно, вода может выщелачивать ионы металлов, таких как железо, марганец, медь, свинец и цинк, из водоносного горизонта, сантехники и трубопроводов. Следовательно, вода с низким pH может содержать повышенный уровень токсичных металлов, вызывать преждевременное повреждение металлических трубопроводов и иметь связанные с этим эстетические проблемы, такие как металлический или кислый вкус, окрашивание белья и характерное «сине-зеленое» окрашивание раковины и стоки.Основной способ решить проблему воды с низким pH - использовать нейтрализатор. Нейтрализатор подает раствор в воду, чтобы вода не вступала в реакцию с водопроводом или не способствовала электролитической коррозии; типичным нейтрализующим химическим веществом является кальцинированная сода. Нейтрализация кальцинированной содой увеличивает содержание натрия в воде.

Вода с pH> 8,5 может указывать на жесткость воды. Жесткая вода не представляет опасности для здоровья, но может вызвать эстетические проблемы.К этим проблемам относятся:

Образование «накипи» или осадка на трубопроводах и арматуре, вызывающее уменьшение давления воды и внутреннего диаметра трубопровода;

Придает воде щелочной привкус и может сделать кофе горьким на вкус;

Образование накипи или отложений на посуде, посуде и тазах для стирки;

Затруднение в пенообразовании мыла и моющих средств, образование нерастворимых осадков на одежде и т.д .; и

Снижает КПД электрических водонагревателей.

Обычно эти проблемы возникают, когда твердость превышает 100-200 миллиграмм (мг) CaCO ₃ / литр (л), что эквивалентно 12 гранам на галлон. Воду можно смягчить с помощью ионного обмена или добавления смеси извести и кальцинированной соды, но оба процесса увеличивают содержание натрия в воде.

Примечание: «Идеальный уровень pH щелочной ионизированной воды для длительного потребления человеком составляет от 8,5 до 9,5 (Источник: ионизаторы воды Bawell)».Интересная книга о щелочной воде.

Измерение качества воды (полевые приборы) — студенты (научные ярмарки) / профессионалы

Измерение pH и датчик pH / ОВП.

pH обычных жидкостей

(Источник: Driscoll, 1986)

Курсы онлайн-обучения

Обучение профессиональных инженеров (PDH) и других специалистов

Обучение самопомощи

.