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 электричес-

кого поля у электродов из-за перераспределения

зарядов в тончайшей пленке мкм); Рис.1. Твердый диэлектрик

влаги, образующейся за счет гигроскопичности в однородном поле

диэлектрика (рис.1);

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

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 > (рис.2). 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 Е

Это справедливо и для случая

В этом случае каналы стримеров, развивающихся Е

вдоль поверхности диэлектрика, имеют

значительно большую емкость по отношению Рис.2. Модель опорного изолятора

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 l

в канал скользящего разряда (рис.3).

Проводимость канала скользящего E

разряда значительно больше проводимости E

канала стримера. Поэтому падение напряже- Рис.3. Модель проходного

ния в канале скользящего разряда меньше, а изолятора

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 > ). 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 Тёплера, согласно которой длина канала скользящего разряда

(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:

(4.2)

(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).