Механизм перекрытия изолятора в сухом состоянии

 

Внесение твердого диэлектрика в воздушный промежуток может существенно изменять условия и даже механизм развития разряда. Величина разрядного напряжения, как правило, снижается и зависит не только от состояния воздуха и формы электродов, но и от свойств твердого диэлектрика, состояния его поверхности и расположения ее относительно силовых линий поля.

Особенности развития разряда в однородном поле заключаются в том, что внесение твердого диэлектрика в разрядный промежуток снижает его электрическую прочность за счет следующих процессов:

а) адсорбции влаги из окружающего воздуха на поверхности диэлектрика и усиления электрического поля у электродов из-за перераспределения зарядов в тончайшей пленке ?≈0,01÷0,001 мкм влаги, образующейся за счет гигроскопичности в однородном поле диэлектрика;

б) наличия микрозазора между диэлектриком и электродом, усиления напряженности в этом микрозазоре из-за разности относительных диэлектрических проницаемостей воздуха и твердого диэлектрика (εТВВОЗ).

В неоднородном электрическом поле электрическая прочность промежутка уменьшается, в основном, за счет неоднородности поля. Гигроскопические свойства диэлектрика и наличие микрозазоров значительно меньше влияют на разрядные напряжения, чем в однородном поле.

Для изоляционных конструкций по типу опорных изоляторов тангенциальная составляющая напряженности электрического поля больше, чем нормальная составляющая EТ>EN. Силовые линии поля имеют наибольшую концентрацию у электродов. Возможно возникновение коронного разряда у электродов, воздействие которого опасно особенно для полимерной изоляции (наличие озона и окислов азота). Могут образоваться под воздействием стримеров обугленные следы с повышенной проводимостью. Это справедливо и для случая EТ<EN.В этом случае каналы стримеров, развивающихся вдоль поверхности диэлектрика, имеют значительно большую емкость по отношению к внутреннему электроду, через них проходит сравнительно большой ток.

При определенном значении напряжения ток возрастает настолько, что температура стримерных каналов становится достаточной для термической ионизации. Термически ионизированный канал стримерного разряда превращается lСК в канал скользящего разряда.

Проводимость канала скользящего разряда значительно больше проводимости канала стримера. Поэтому падение напряжения в канале скользящего разряда меньше, а на неперекрытой части промежутка больше, чем в каналах стримера. Это приводит к удлинению канала скользящего разряда и полному перекрытию промежутка при меньшем значении напряжения между электродами (по сравнению со случаем EТ>EN). Ток определяется емкостью канала разряда по отношению к противоположному электроду. Чем больше емкость, тем ниже разрядное напряжение при неизменном расстоянии между электродами по поверхности диэлектрика.

Влияние параметров отражено в эмпирической формуле Теплера, согласно которой длина канала скользящего разряда

lСК=c?С2?U5 (du/dt)^4, (4.1)

где c - коэффициент, определяемый опытным путем, С - удельная поверхностная емкость (емкость единицы поверхности диэлектрика, по которой развивается разряд, относительно противоположного электрода), Ф/см.

Напряжение скользящего разряда и разрядное напряжение вычисляются по эмпирическим формулам:

UСК=1,36?10-40,45; (4.2)

UP=c?L0,2?(d/(εε0))0,4. (4.3)

Из последней формулы видно, что рост длины изолятора дает относительно малое повышение разрядного напряжения.

Для увеличения разрядного напряжения можно уменьшить удельную поверхностную емкость С за счет увеличения толщины диэлектрика (создание ребристой поверхности).

Назад