Разряд по поверхности твердого диэлектрика

Разрядные напряжения в воздухе вдоль поверхности твердого диэлектрика значительно меньше, чем по тому же пути в чисто воздушных промежутках, и зависят от степени неоднородности электрического поля, расположения поверхности относительно силовых линий поля и состояния поверхности твердого диэлектрика.
В однородном поле, когда силовые линии направлены вдоль чистой сухой поверхности твердого диэлектрика (простейшая модель опорного изолятора), средняя напряженность зависит от гигроскопичности диэлектрика и главным образом от влажности воздуха (рис. 6-5). При нормальных условиях и s>0,1 м для фарфора
У обычных опорных изоляторов с неоднородным полем при малой нормальной составляющей напряженности разрядное напряжение в сухом состоянии зависит от конструкции арматуры и разрядного расстояния h (рис. 6-6). Относительные значения разрядных напряжений для опорных изоляторов сложной конструкции в сухом состоянии представлены на рис. 6-7.

Рис. 6-5. Зависимость средней напряженности Е_пер перекрытия фарфоровых цилиндров в однородном поле от относительной влажности воздуха.

Рис. 6-7. Относительные разрядные напряжения в сухом состоянии для сложных опорных изоляторов (D= h).

Разрядное напряжение под дождем опорного изолятора с развитой поверхностью приблизительно соответствует разрядному напряжению воздушного промежутка стержень — плоскость с таким же разрядным расстоянием, поэтому оно может быть оценено по кривым на рис. 6-1. Для приближенных расчетов можно принимать среднюю напряженность под дождем, равной Зависимости разрядных напряжений в сухом состоянии и под дождем для гладкого фарфорового стержня (без ребер) показаны на рис. 6-8.
В случае резко неоднородного поля с преобладающей нормальной составляющей напряженности (схема изоляции, соответствующая плоскому конденсатору, показана на рис. 6-9) различают следующие стадии разряда:
1) корона — разрядный процесс в узкой области у края электрода; возникает при напряжении U_к;
2) скользящий разряд — нитевидные разряды вдоль поверхности твердого диэлектрика, охватывающие значительную часть разрядного расстояния; возникает при напряжении U_ск,
3) полное перекрытие — соответствует развитию скользящих разрядов на всю длину разрядного промежутка вдоль поверхности твердого диэлектрика.

Рис. 6-6. Разрядные напряжения в сухом состоянии для опорных изоляторов внутренней установки. а — с внешней арматурой; б — с внутренней арматурой.

Напряжения Uк и Uск могут быть определены по эмпирическим формулам

где d — толщина твердого диэлектрика, м; e — относительная диэлектрическая проницаемость.
Длина канала скользящего разряда lск

где U — амплитудное значение приложенного напряжения, кВ; — удельная поверхностная емкость, Ф/м2; dU/dt — максимальная скорость изменения приложенного напряжения, кВ/мкс; — при положительной полярности и — при отрицательной полярности напряжения.
Напряжение Unep полного перекрытия определяется из условия равенства длины lск скользящего разряда расстоянию между электродами по поверхности твердого диэлектрика.
При расчете изоляции с электродами в виде соосных цилиндров (проходной изолятор) пользуются формулами для плоского конденсатора, но вместо толщины диэлектрика d подставляют величину

где R_н — радиус наружного электрода; R_в — радиус внутреннего электрода.
Для фарфоровых проходных изоляторов с изоляционным расстоянием по фарфору менее 0,3 м средняя напряженность полного перекрытия в сухом состоянии составляет 0,4-0,45 МВдейств/м.

Рис. 6-8. Зависимость разрядного в сухом состоянии U_сух и разрядного под дождем U_д напряжений гладкого без ребер фарфорового стержня от его длины h.