Разряд по увлажненной поверхности изолятора. Мокроразрядное напряжение

Увлажнение поверхности изолятора может происходить в результате выпадения дождя, росы или при возникновении тумана. При возникновении сплошной пленки влаги между электродами (рис. 3.3,а) через пленку протекает ток, обусловленный ее проводимостью. В зависимости от толщины водяной пленки и удельной электропроводности воды величина тока утечки колеблется обычно от 5 до 100 мА. В местах с наибольшей плотностью тока, наблюдаемой у электрода с ми­нимальным радиусом (например, у пестика подвесного изолятора или штыря штыревого изолятора), происходит концентрированное выделение тепловой энергии. Тепловая мощность, приходящаяся в этих местах на 1 см² поверхности изолятора, может в десятки и сотни раз превысить среднее для изолятора значение. Под действием концентрированно выделяющегося тепла происходит подсушивание поверхности изолятора, что приводит к резкому возрастанию падения напряжения на подсушенном участке и его перекрытию (рис. 3.3,б). При этом опорная точка дуги, имеющая весьма высокую температуру, располагается на краю водяной пленки и перемещается по мере ее высушивания.

Рис. 3.3 – Образование частичной дужки на увлажненной поверхности изолятора.

а – по увлажненной поверхности изолятора протекает ток утечки; б – высушенная зона перекрыта частичной дугой; 1, 2 – электроды; 3 – водяная пленка; 4 – частичная дуга.

Для образовавшейся цепи справедливо равенство

(3.1)

где E_Д(i_УТ)—градиент напряжения на дуге, являющийся функцией текущего через нее тока i_УТ; l — длина дуги, примерно равная ширине подсушенной зоны; R=f(L_УТ —l) – сопротивление неперекрытой водяной пленки; L_УТ – длина пути утечки.

Если производная di_УТ/dl>0, т. е. с увеличением длины l подсушенного участка ток в дуге i_УТ возрастет, опорная точка дуги будет двигаться к противоположному электроду 2 вплоть до полного завершения перекрытия изоляционного промежутка. Если же di_УТ/dl<0, то дуга оборвется, после чего подсушенный участок вновь увлажнится, вновь произойдет подсушка, образование дужки и т. д. Вдоль поверхности изолятора наблюдается перемежающаяся дужка (или несколько дужек); явление сопровождается характерным потрескиванием.

Рассмотренный механизм перекрытия носит тепловой характер и, следовательно, развивается во времени относительно медленно. В частности, этот механизм наблюдается при длительном приложении к изоляции рабочего напряжения, а также при ее испытании плавным подъемом напряжения промышленной частоты.

Разрядное напряжение по поверхности изолятора при дожде называют мокроразрядным напряжением U_MP. Согласно существующим ГОСТ испытания по определению U_MP производятся при силе дождя 3 мм/мин и при удельном сопротивлении воды 10⁴ ом∙см, измеренном при t = 20°С. Дождь должен падать на изолятор под углом 45° к горизонтали с тем, чтобы воспроизвести влияние порывов ветра, вследствие которых изолятор смачивается не только сверху, но и сбоку.

Мокроразрядное напряжение изолятора тем ниже, чем меньше сопротивление водяной пленки по пути тока утечки. До возникновения частичной дужки это сопротивление может быть выражено формулой

(3.2)

где ρ_В – удельное поверхностное сопротивление водяной пленки;

L_УТ – длина пути утечки;

dl – элементарный отрезок по пути тока утечки;

D(l) – диаметр изолятора, соответствующий расстоянию l;

δ(l) – толщина водяной пленки;

F – коэффициент формы, характеризующий изолятор.

Коэффициент формы F, а вместе с ним и U_МР снижаются при возрастании D. Следовательно, чем больше диаметр изолятора, тем ниже разрядное напряжение по увлажненной поверхности. Разрядное напряжение повышается при возрастании длины (или пути) утечки L_УТ. Ребра позволяют значительно увеличивать L_УТ изоляторов без увеличения их строительной длины. Увеличение числа ребер позволяет приблизить мокроразрядное напряжение изолятора к разрядному напряжению воздушного промежутка с длиной, равной строительной высоте изолятора.

Рис. 3.4 – Влияние интенсивности дождя (а) и проводимости воды (б) на мокроразрядное напряжение линейных изоляторов. За единицу принято мокроразрядное напряжение при стандартной интенсивности дождя 3 мм/мин и стандартной электропроводности воды 100 мксим/см.

Обычно изоляторы выполняют такой формы, чтобы ребра ограждали часть поверхности изолятора от дождя. Наличие сухих участков повышает разрядное напряжение по поверхности изолятора. Низкая проводимость сухих участков ведет к резкому снижению i_УТ, что препятствует подсушиванию и образованию дужек на увлажненной поверхности. Это служит дополнительным фактором, повышающим U_MР.

Как следует из формулы (6-2), на U_MР должны влиять удельное сопротивление воды и интенсивность дождя, от которой зависит толщина водяной пленки. Обычно естественный дождь имеет меньшую интенсивность и электропроводность, чем применяемый при мокроразрядных испытаниях. На рис. 3.4 представлены зависимости U_MР от интенсивности дождя h и проводимости воды γ, измеренные на линейных изоляторах. Кривые показывают, что при малых h я у наблюдается существенное повышение мокроразрядных напряжений.

Мокроразрядное напряжение изоляционных конструкций примерно пропорционально их строительной высоте l_ст – Следовательно, мокроразрядный градиент E_MP=U_MPl_ст не зависит от высоты и является технической характеристикой изоляционной конструкции. Неизменность мокроразрядного градиента объясняется значительным током утечки по увлажненной поверхности изоляции, обеспечивающим практически равномерное распределение приложенного напряжения по ее высоте. Поскольку с увеличением длины изоляции средний сухоразрядный градиент убывает, а мокроразрядный градиент не изменяется, при больших длинах изоляции ее мокроразрядное напряжение может оказаться выше сухоразрядного.

В ориентировочных расчетах, можно принимать U_MP в пределах 2,1—2,4 кв/см в зависимости от развитости ребер.