Разряд по увлажненной поверхности изолятора. Мокроразрядное напряжение

Ответ:При увлажнении поверхности диэлектрика между электродами протекает ток, вызванный проводимостью пленки влаги. Величина тока утечки зависит от удельной электропроводности толщины водяной пленки (I = 5…100 мА). В местах наибольшей плотности тока (у электрода с минимальным радиусом) происходит выделение тепловой энергии. Под действием выделяющегося тепла происходит подсушивание поверхности изолятора. Это приводит к резкому возрастанию падения напряжения на подсушенном участке и его перекрытию. При этом опорная точка дуги располагается на краю водяной пленки и перемещается по мере ее высушивания (рис. 3). Для образовавшейся цепи справедливо уравнение: E_д(i_ут)l + i_утR = U_o, (1) где E_д(i_ут) – градиент напряжения на дуге, зависящий от тока утечки; l – длина дуги (ширина подсушенной зоны); R – сопротивление неперекрытой водяной пленки (L_ут – l); L_ут – длина пути утечки.

Рис. 3. Образование частичной дуги на увлажненной поверхности изолятора:
а) по увлажненной поверхности изолятора протекает ток утечки; б) высушенная зона (l) перекрыта дугой (4); 1, 2 – электроды; 3 – водяная пленка; 4 – дуга. Если di_ут/dl > 0 опорная точка дуги движется к электроду 2 (рис. 3) до перекрытия изоляционного промежутка. Если di_ут/dl < 0, дуга обрывается, а подсушенный участок вновь увлажняется и процесс образования дуги повторяется. Рассмотренный механизм перекрытия носит тепловой характер и развивается медленно. Данный механизм наблюдается при длительном приложении рабочего напряжения промышленной частоты. Разрядное напряжение по поверхности изолятора при дожде называют мокрозарядным напряжением U_мр. Согласно ГОСТу, испытания по определению U_мр производятся при силе дождя 3 мм/мин, при удельном сопротивлении воды ρ_в = 10⁴ Ом·см, измеренном при температуре Т = 20ºC. Угол падения дождя 45º к горизонту для лучшего смачивания изолятора. Мокроразрядное напряжение тем ниже, чем меньше сопротивление утечки по поверхности изолятора. Сопротивление R_у определяется по формуле: R_у = ρ_в l_ут/p·Δ·Д, (2) где Δ – толщина слоя водяной пленки; Д – диаметр изолятора; ρ_в – удельное поверхностное сопротивление водяной пленки; l_ут – длина пути утечки. Как следует из формулы (2), на U_мр влияют удельное сопротивление воды ρ_в и интенсивность дождя, от которой зависит толщина водяной пленки Δ. Мокроразрядное напряжение изоляционных конструкций пропорционально их строительной высоте. Мокроразрядный градиент E_мр = U_мр/l_ст является технической характеристикой изолятора (E_мр ≈ 2,8…4 кВ/см).

25)Разряд по поверхности изолятора при воздействии коммутационных
импульсов и атмосферных перенапряжений

Ответ:При воздействии коммутационных импульсов на сухой изолятор формирование перекрытия происходит так же как при воздействии напряжения промышленной частоты. При воздействии на увлажненный изолятор коммутационных волн (t_p =0,5…5 мс) перекрытие происходит через частичную дугу. Опорная точка дуги перемещается к противоположному электроду. При t_p < 0,1 с тепловая энергия на увлажненном изоляторе быстро убывает. Этой энергии недостаточно для высушивания полоски вдоль пути формирования перекрытия. Поэтому при воздействии коммутационного импульса перемещение опорной точки дуги происходит по водяному слою (рис. 4).

Рис. 4. Развитие скользящего разряда по увлажненной поверхности при коммутационном импульсе: 1, 2 – электроды; 3 – водяная пленка; 4 – дуга. При этом остается справедливым уравнение (1) и условие распространения скользящего разряда по увлажненной поверхности di_ут/dl > 0. Скорость движения опорной точки по поверхности изолятора составляет 20…25 м/с. Разрядное напряжение при коммутационных импульсах можно представить в виде: U_мрк = к_tU_мр, где к_t – коэффициент импульса ≈ 1 и к_t = 1, если U_мр = U_ср и разряд проходит по воздуху. При длительности коммутационных перенапряжений t = 3…5 мскоэффициент к_t выражается эмпирической формулой: к_t = 1 + 0,5(U_ср / U_мр–1). Эта формула справедлива при U_ср ≥ U_мр. Длительность грозовых импульсов составляет t_p = 2…3 мкс. Грозовые импульсы вызывают высокие скорости изменения напряжения и большие токи смещения. Эти токи замыкаются через поверхностную емкость изолятора. Поэтому поверхностный разряд при грозовом импульсе прижимается к поверхности изолятора тем теснее, чем круче нарастание напряжения (чем меньше время разряда). Путь разряда следует по всем изгибам поверхности изолятора (рис. 5). Кратковременность грозовых импульсов исключает возможность завершения скользящего разряда из-за тепловых процессов. Поэтому дождь и увлажнение мало влияют на поверхностное разрядное напряжение при грозовых импульсах.

Рис. 5. Возможные пути (1, 2, 3) перекрытия изоляторов гирлянды

При испытании под искусственным дождем импульсные разрядные напряжения изоляторов снижаются всего на 5…10 %. Это можно объяснить изменением распределения напряжения по изоляции при ее увлажнении. При высокой частоте, характерной для грозового импульса, емкостная проводимость изолятора превышает активную проводимость водяной пленки. Влияние водяной пленки на распределение напряжения по изолятору оказывается небольшим. При воздействии полной импульсной волны на гирлянды изоляторов канал перекрытия развивается по пути 3 (рис. 5). Поэтому тип изолятора незначительно влияет на величину импульсного разрядного напряжения. При временах воздействия t_p ≈ 2 мкс и менее канал разряда развивается по путям 1 и 2 (рис. 5). В этом случае тип изолятора оказывает влияние на разрядное напряжение гирлянды.