Определение коэффициента корреляции между пробивными напряжениями и температурой для полимеров и их комбинаций с трансформаторным маслом Текст научной статьи по специальности «Физика»

ИЗВЕСТИЯ

ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО

ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА

Том 204 1971

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА КОРРЕЛЯЦИИ МЕЖДУ ПРОБИВНЫМИ НАПРЯЖЕНИЯМИ И ТЕМПЕРАТУРОЙ ДЛЯ ПОЛИМЕРОВ И ИХ КОМБИНАЦИЙ С ТРАНСФОРМАТОРНЫМ

МАСЛОМ

Ю. И. ЛЕХТ

(Представлена научным семинаром научно-исследовательского института

высоких напряжений)

Импульсный электрический пробой полимерных диэлектриков и их комбинаций с трансформаторным маслом в значительно"! степени определяется элект.ро-физическими свойствами полимеров. Однако выявить примерно количественную зависимость изменение импульсных напряжений пробоя как функции температуры и некоторых электро-фп-зических свойств не представляется возможным из-за разброса экспериментальных результатов. В связи с этим целесообразно применить метод корреляционного анализа для выявления зависимостей между пробивными напряжениями и электро-физическими характеристиками полимеров. Нами был проведен корреляционный анализ импульсных напряжений пробоя полимеров и их комбинаций с трансформаторным маслом в зависимости от температуры.

В настоящей работе количественное выражение тесноты связи между взаимосвязанными признаками определялось при помощи рангового коэффициента корреляции [1]. Для определения »того коэффициента все значения факториального признака (температура, диэлектрическая проницаемость и т. д.) записываем в возрастающем порядке, а соответствующие значения результативного признака (пробивные напряжения) записываем в убывающем порядке. Определяем ранг по обоим признакам, т. е. номер каждого признака в ранжированных рядах.

Величина рангового коэффициента корреляции определяется по формуле [I]

п (п2 — 1) У ;

где с! — разность между двумя рангами в смежных рядах;

п — число измерений.

В табл. 1 приведены ранговые коэффициенты корреляции между импульсными пробивными напряжениями полимерных диэлектриков и температурой при временах воздействия напряжения от 2*10~7 до 3-Ю"6

сек (ипр —в /се, температура— градусах Кельвина).

Знак минус перед коэффициентами корреляции означает, что связь между пробивными напряжениями и температурой обратная, т. е. с ростом температуры II пр-уменьшается.

Как видно из табл. 1, ранговые коэффициенты между пробивными напряжениями полиэтилена низкого давления, полипропилена и поли-

тетрафторэтилена и температурой — практически близки к нулю в диапазоне от —40 до — + 90°С при исследованных временах воздействия напряжения. Следовательно, импульсные пробивные напряжения иы-

Таблица 1

Коэффициент корреляции

длительность фронта

Материал импульса, сек

2-10~7 5 • 10 7 3-10—6

Полиэтилен низкого дав-

ления 0,09 '0,05 0,04

Полипропилен 0,12 0,10 0,06

Политетрафторэтилен 0,20 0,17 0,10

Поликапролактам -0,35 —0,40 —0,57

Полиметилметакрилат - 0,63 —0,74 -0,80

Полиизобутилен —0,87 —0,9 -0,95

шеназванных материалов практически не зависят от температуры. Незначительные отклонения ранговых коэффициентов корреляции от нуля, вероятно, связаны с разбросом пробивных напряжений.

Как видно из табл. 1, пробивные напряжения поликапролактама, полиметилметакрилата и полиизобутилена зависят от температуры. С повышением последней напряжения пробоя этих материалов снижаются. Наиболее сильная связь пробивных напряжений с температурой у полиизобутилена (коэффициент корреляции выше 0,8), а наиболее слабая — у поликапролактама коэффициент корреляции равен 0,57 и ниже). Причем с увеличением времени воздействия напряжения зари-симость импульсных напряжений пробоя от температуры усиливается. Это объясняется большим влиянием изменения плотности данного материала в диапазоне от — 40 до + 90°С.

Для комбинированной изоляции «полимер-трансформаторное масло» при расположении твердого диэлектрика у электрода — острия ранговые коэффициенты корреляции между импульсными пробивными напряжениями и температурой при временах воздействия напряжения от 2 • 10 ' 7 до 3-10~ 6 сек приведены в табл. 2.

Как видно из табл. 2, коэффициенты корреляции для таких комплексов примерно такие же, как и соответствующие коэффициенты корреляции для твердого полимера. Последнее указывает на то, что при пробое комбинированной изоляции основную роль играет диэлектрик, находящийся в области высоких напряженностей поля.

Отмечено некоторое увеличение рангового коэффициента корреляции для комбинированной изоляции по сравнению с коэффициентами корреляции для полимерного диэлектрика. Вероятно, увеличение коэффициентов корреляции связано с тем, что температурная зависимость 0 Пр трансформаторного масла более сильная. А масло, как составная часть комбинированной изоляции, вносит изменения в суммарный коэффициент корреляции.

Результаты табл. 2 позволяют заключить, что импульсные напряжения пробоя комбинированной изоляции, состоящей из полиэтилена, полипропилена и политетрафторэтилена у электрода-острия и трансформаторного масла на плоском электроде, практически не зависят ст температуры. Пробивные же напряжения комбинации «поликапролактам-62

трансформаторное масло» и «полиметилметакрилат-трансформаторное масло» с повышением температуры уменьшаются. Причем с увеличением времени воздействия напряжения зависимость ипр от температуры усиливается. Связь между пробивными напряженимя и температурой для изоляции «полиметилметакрилат-трансформаторное масло» более сильная, чем связь между ипр и температурой для изоляции «поликап-ролактам-трансформаторное масло».

Таблица 2

Материал

Коэффициент корреляции

длительность фронта

2-Ю-7

5-Ю"7

импульса, сек

3-Ю~6

Полиэтилен низкого дав-ления-трансформатор-ное масло

Полипропилен -трансформаторное масло

Политетрафторэтилен-— трансформаторное масло

Поликапролактам - трансформаторное масло

Полиметилметакрилат-трансформаторное масло

-0,19 -0,20

—0,20 —0,38

-0,50

-0,16 —0,18

—0,17 —0,40

—0,76

—0,09 -0,10

— 0,14 —0,59

—0,80

Найденные коэффициенты корреляции между импульсными напряжениями пробоя и температурой полимерных диэлектриков и их комбинаций с трансформаторным маслом позволяют сделать следующие выводы:

1. Импульсные напряжения пробоя полиэтилена низкого давления, политетрафторэтилена и полипропилена практически не зависят от температуры при временах воздействия напряжения от 2-10 ~7 до 3-10~6 сек в диапазоне температур от — 40 до + 90°С. Импульсные напряжения поликапролактама с повышением температуры незначительно уменьшаются. Сильная зависимость V Пр от температуры наблюдается у полиметилметакрилата и полиизобутилена. Пробивные напряжения последних с ростом температуры снижаются.

2. Зависимость импульсных пробивных напряжений комбинированной изоляции от температуры в основном определяется температурной зависимостью диэлектрика, находящегося в области высоких напря-женностей поля.

ЛИТЕРАТУРА

1. И. Г. Венеции й, Г. С. К и л ь д и ш е в. Основы математической статистики. Госстатиздат, М., 1963: