Раздел 1. Разряд в газах и общие характеристики внешней изоляции

Глава 1. Общая характеристика внешней изоляции электроустановок. Основные виды электрического разряда в газах

Изоляция электроустановок может быть разделена на внешнюю и внутреннюю изоляцию. К внешней изоляции относятся воздушные промежутки (например, между проводами ЛЭП, между проводами и опорой) и части изоляционных конструкций, которые соприкасаются с воздухом. Внутренняя изоляция находится внутри корпуса трансформатора или аппарата, кабельной оболочки и т.д., она состоит из комбинации различных жидких, твердых и газообразных диэлектриков.

Целесообразность использования диэлектрических свойств воздуха в энергетических установках разных классов напряжения объясняется меньшей стоимостью и сравнительной простотой создания изоляции. Для ее выполнения изолируемые электроды (провода, шины и др.) располагаются на определенных расстояниях друг от друга и от земли и закрепляются с помощью изоляционных конструкций из твердых диэлектриков – изоляторов. При этом чисто воздушные промежутки и промежутки в воздухе вдоль поверхностей изоляторов образуют внешнюю изоляцию установки.

Для внешней изоляции характерна зависимость электрической прочности от метеорологических условий, определяющих состояние основного диэлектрика – воздуха, а также состояние поверхностей изоляторов, т.е. количество и свойства загрязнений на них. На разрядные напряжения чисто воздушных промежутков и вдоль изоляторов внутренней установки оказывают влияние давление Р, температура Т и абсолютная влажность воздуха Н, а на разрядные напряжения вдоль изоляторов наружной установки – кроме того, вид и интенсивность атмосферных осадков, количество и состав загрязнений в атмосфере и ветровые условия.

Показатели метеорологических условий непрерывно меняются во времени, поэтому воздушные изоляционные промежутки выбирают так, чтобы они имели требуемую электрическую прочность и при таких неблагоприятных условиях.

Внешняя изоляция обладает способностью быстро восстанавливать свою электрическую прочность до исходного уровня после пробоя и отключения от источника напряжения.

Основной диэлектрик внешней изоляции – атмосферный воздух не подвержен старению, т.е. независимо от воздействующих на изоляцию напряжений и режимов работы оборудования его средние характеристики остаются неизменными во времени.

Электрическая прочность воздуха при нормальных условиях составляет 25 - 30 кВ при расстояниях между электродами более 1 см. Поэтому изоляционные расстояния по воздуху в установках высокого и сверхвысокого напряжения достигают нескольких метров. Размеры же электродов (проводов, шин и др.), выбранных по плотности тока, механической прочности и другим условиям, оказываются сравнительно небольшими, и радиусы кривизны их поверхностей составляют не более единиц сантиметров. При таких соотношениях размеров электродов и межэлектродных расстояний электрические поля во внешней изоляции получаются резконеоднородными. Электрическая прочность воздуха в таких полях значительно ниже: при расстояниях около 1 м она составляет 5 - 6 кВ/см, а при расстояниях около 10 м снижается еще приблизительно в два раза и продолжает падать при дальнейшем увеличении межэлектродных расстояний. Поэтому с ростом номинального напряжения габаритные размеры и стоимость внешней изоляции значительно возрастает. Кроме того, при резконеоднородных полях во внешней изоляции возможен коронный разряд, который вызывает дополнительные потери энергии и интенсивные радиопомехи.

В связи с этим большое значение имеют меры по уменьшению степени неоднородности электрических полей, которые позволяют ограничить мощность потерь на корону до экономически оправданного уровня, снизить интенсивность радиопомех до допустимых значений, а также дают некоторое увеличение разрядных напряжений.

Основные виды электрического разряда в газах. Присутствие в воздухе заряженных частиц придает ему свойство электропроводности, чем обеспечивается прохождение некоторого тока через газ при приложении к электродам, разделенным воздушным промежутком, электрического напряжения. Процессы, связанные с прохождением тока через газ, называются разрядом в газе.

Все процессы газового разряда принято разделять на два больших класса: несамостоятельный и самостоятельный разряды.

Несамостоятельный разряд - это процесс прохождения тока в газе, который обусловлен движением зарядов, созданных действием внешних ионизаторов, и зарядов, образовавшихся в результате начального развития ударной ионизации.

Когда в процессе развития ударной ионизации каждая последующая лавина зарядов содержит больше электронов, чем предыдущая, разряд переходит в самостоятельный. Основой развития самостоятельного разряда и его последней стадии - пробоя газа - является ударная ионизация.