Разряды в воздухе вдоль поверхности твердого диэлектрика

22. Разряд по сухой поверхности изолятора. Сухоpазрядное напряжение

Любая внешняя изоляционная конструкция имеет участки, в которых твердый диэлектрик граничит с атмосферным воздухом. На этой границе разряд может происходить в самом твердом диэлектрике или в газовом слое.

Поверхностный газовый разряд сохраняет все свойства газового разряда. Разряд по поверхности твердого диэлектрика имеет и свои особенности, связанные с влиянием твердого диэлектрика на протекание разряда. Введение в воздушный промежуток твердого диэлектрика приводит к смещению разрядного напряжения.

Нормы и стандарты на внешнюю изоляцию рассчитаны на сухоразрядное U_ср и мокроразрядное напряжение U_мр по поверхности изоляторов.

На изоляционных конструкциях поверхностный газовый разряд протекает в резко неравномерном поле. Типовая изоляционная конструкция с таким полем приведена на рис. 1.

U₀

Рис. 1 Развитие стримера вдоль поверхности изолятора:

ΔS – площадка под головкой стримера; C_o – удельная поверхностная емкость изолятора; 1, 2 – электроды; 3 – стример

Вдоль поверхности изолятора, приведенного на рис. 1, на распределение электрического поля оказывает влияние удельная поверхностная емкость изолятора C_o (чем больше C_o, тем более неравномерное поле). С увеличением неравномерности поля растет продольная составляющая напряженности поля E_ у электрода и облегчается возникновение разряда по поверхности изолятора.

Изоляционная конструкция (рис. 2) состоит из атмосферного воздуха с диэлектрической проницаемостью ε₁ и твердого диэлектрика с ε₂ , где ε₂>ε₁._. В этой схеме С_о – емкости единицы поверхности изолятора относительно второго электрода, К_о – емкости между соседними единицами поверхности изолятора. Схема замещения образует цепочку емкостей.

Рис. 2. Распределение напряжений по поверхности изолятора:

а – схема замещения в виде цепочки емкостей; б – распределение напряжения вдоль поверхности изоляции

Распределение напряжения вдоль цепочки емкостей (вдоль поверхности изолятора) тем круче, чем больше отношение емкостей С_о/К_о. Емкость К_о ≈ const, зависит от длины поверхности и приблизительно равна 2…3 пФ на сантиметр. Емкость С_о растет с увеличением диэлектрической проницаемости ε₂ и со снижением толщины d ( ).

Таким образом, емкость С_о, называемая поверхностной емкостью образца, определяет степень неравномерности поля вдоль поверхности. Чем больше удельная и поверхностная емкость, тем более неравномерно распределяется напряжение по поверхности диэлектрика.

Поверхностная емкость С_о влияет также на само протекание газового разряда. С конца электрода 1 (рис. 1) вдоль поверхности изолятора развивается стример. Ток стримера вызван действием продольной составляющей напряженности поля Е_. Указанный ток замыкается током смещения в емкости С_оΔS.

Чем больше емкость С_о, тем больше ток стримера и проводимости стримера. Рост тока способствует возрастанию потенциала головки стримера и развитию разряда. Возрастание емкости С_о ведет к снижению разрядного напряжения по поверхности диэлектрика.

Влияние С_о на протекание процесса разряда растет при росте частоты тока (С_оΔS – растет емкостная проводимость). С ростом частоты приложенного напряжения стример стремится прижаться к поверхности изолятора. Стримеры, развивающиеся вдоль поверхности изолятора, называют скользящим разрядом.