3.2. Развитие разряда и начальные напряжения промежутков с неоднородным электрическим полем.

Минимальное напряжение U_Н, при котором выполняется условие самостоятельного разряда называется начальным напряжением, а соответствующая ему напряженность электрического поля Е_Н – начальной напряженностью. Для промежутков с однородным электрическим полем начальное напряжение всегда совпадает с разрядным. Выполнение условия самостоятельности разряда в промежутках с неоднородным полем ещё не означает их пробоя – все определяется неоднородностью поля.

Степень неоднородности электрического поля характеризуется коэффициентом неоднородности поля:

,

где Е_max и Е_ср максимальная и средняя напряженность в воздушном зазоре соответственно.

При k_Н  4 электрическое поле относится к слабонеоднородным. В этом случае при выполнении условия самостоятельного разряда происходит пробой воздуха, а промежуток называют некоронирующий.

При k_Н  4 электрическое поле резконеоднородное. При выполнении условия самостоятельного разряда в этом поле пробоя нет. В этом случае возникает коронный разряд и промежуток называется коронирующим. При этом напряжение пробоя может значительно превышать начальное.

Коронный разряд – это самостоятельный разряд, при котором ударная ионизация электронами имеет место в части промежутка у электродов. Такой разряд имеет лавинную или стримернную форму.

Лавинная форма (характерна для электродов с малыми радиусами кривизны (1 – 2 мм)) – зона ионизации имеет однородную структуру и свечение сосредоточено в узком чехле рис.

Стримерная форма (радиусы кривизны значительны) – зона ионизации дискретная то есть нет разряда, а свечение имеет место в узких каналах – стримерах рис.

Для того чтобы исключить потери энергии на корону, а также радиопомехи, начальное напряжение короны должно быть не ниже наибольшего рабочего напряжения линии относительно земли. Обеспечить это соотношение надлежащим выбором диаметра проводов можно только для условий сухой погоды. При атмосферных осадках исключить коронирование проводов невозможно.

Так для ВЛ напряжением 110 и 220 кВ наименьшие диаметры проводов, при которых исключается корона в хорошую погоду, составляют соответственно 1,2 и 2,4 см.

При номинальных напряжениях 330 кВ и выше необхо­димы провода еще большего диаметра, во многих случаях превышающего диаметр, выбранный из условия передачи по линии заданной мощности. В таких случаях целесооб­разно использовать провода, площадь поперечного сечения кото­рых по проводящему материалу и диаметру независимы. Это так называемые расширенные провода. Они имеют диаметр, при котором обеспечивается необходимое сниже­ние напряженности поля на их поверхности, а для сокращения площади поперечного сечения делаются полыми или со стеклопластиковой сердцевиной.

Другое решение было предложено еще в 1910 г. акад. В. Ф. Миткевичем и состоит в применении расщепленных проводов фаз. В этом случае каждая фаза линии состоит вместо одного провода большого диаметра из нескольких параллельных проводов относительно малого диаметра (рис. 3). Таким образом, удается при требуемом суммарном сечении проводов существенно уменьшить максимальную напряженность поля на их поверхности.

В этом случае заряд каждого провода составляет только часть общего заряда расщепленной фазы :

,

где n – число проводов в фазе, - емкость единицы длины расщепленной фазы, - фазное напряжение.

Наиболее существенное влияние на максимальную на­пряженность электрического поля оказывает радиус рас­щепления . При увеличении , с одной стороны, уменьшает­ся влияние зарядов соседних проводов, а с другой стороны, увеличивается емкость фазы и соответственно ее за­ряд. Поэтому существует оптимальный радиус расщепле­ния, при котором максимальная напряженность электрического поля наименьшая (рис. 4).

Рис. 4. Зависимость на проводах расщепленной фазы от расстояния между проводами ВЛ 500кВ (n=3)

Рис. 3. Конструкция расщепленной фазы