Лабораторная работа № 2

Тема: ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ ПО ПОВЕРХНОСТИ ТВЁРДЫХ ДИЭЛЕКТРИКОВ

Цель работы

исследование электрической прочности воздуха при развитии разряда по поверхности диэлектрика в искровых промежутках с различной конфигурацией электрического поля.

2.2 Теоретические положения

Широкое применение в электроустановках высокого напряжения изоляторов различных типов, работающих в газовой изоляционной среде, вызывает необходимость исследования электрической прочности газов с учетом влияния диэлектрических поверхностей. На электрическую прочность воздуха при поверхностном разряде оказывают влияние конфигурация электрического поля, длина межэлектродного промежутка, состояние поверхности диэлектрика, частота воздействующего напряжения.

Характер разряда и разрядные напряжения по поверхности твердого диэлектрика в условиях неоднородного электрического поля в значительной степени определяются влиянием тангенциальной и нормальной составляющих напряженности электрического поля.

Если преобладает тангенциальная составляющая напряженности электрического поля (рис.2.1 а-в), то разрядные напряжения по поверхности близки к пробивным напряжениям воздушных промежутков между аналогичными по форме электродами.

В случае значительной нормальной составляющей напряженности электрического поля (рис.2.1,г,д) разряд по поверхности имеет ряд особенностей.

d

а

d

в

d

г

Рис.2.1 Искровые промежутки для исследования перекрытия по поверхности твердого диэлектрика

d

д

б

d

При относительно небольших напряжениях наблюдается корона у электродов. Рост напряжения сопровождается появлением слабо светящихся каналов (стримеров), которые при дальнейшем повышении напряжения преобразуются в скользящие разряды, характеризуемые интенсивным свечением. В скользящих разрядах протекает значительный ток, обусловленный процессом ионизации воздуха и зависящих от емкости канала скользящего разряда по отношению к противоположному электроду.

По Теплеру скользящий разряд, представляющий собой неполный поверхностный разряд, возникает при напряжении (кВ)

(2.1)

где С_п - удельная поверхностная емкость, т.е. емкость 1 см² поверхности, по которой развивается разряд, по отношению к противоположному электроду, Ф/см².

При небольшой толщине диэлектрика удельная поверхностная емкость для случая плоского конденсатора (Ф/см²)

, (2.2)

где ∆ - толщина диэлектрика, см.

Отсюда формула (2.1) преобразуется к виду

(2.3)

Благодаря малым сопротивлению и падению напряжения на каналах скользящих разрядов потенциал электрода выносится вглубь промежутка, и развитие разряда облегчается.

Дальнейшее повышение приложенного напряжения приводит к быстрому удлинению скользящих разрядов, и процесс завершается полным перекрытием промежутка между электродами. Напряжение поверхностного перекрытия всегда ниже напряжения пробоя воздушного промежутка того же размера.

Приближенно разрядное напряжение по поверхности выражается так:

(2.4)

где d – расстояние между электродами по поверхности, см; ∆- толщина диэлектрика, см; ε- относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика; k, m, n – коэффициенты, зависящие от особенностей конструкции изоляционного промежутка и диапазона изменения расстояния d.

Увлажнение и загрязнение поверхности диэлектрика резко снижают величину разрядного напряжения.

В изоляционных конструкциях для повышения разрядного напряжения увеличивают разрядное расстояние по поверхности за счет юбок и ребер на изоляторе.