16. Электрический разряд в газах. Разряд вдоль поверхности диэлектрика в неоднородном поле. Формула Теплера.

Электрический разряд есть явление протекания электрического тока (имеются в виду токи проводимости и переноса) в изоляционном промежутке. Электрический ток возникает вследствие движения заряженных частиц. Заряженные частицы в газообразном диэлектрике образуются вследствие ионизационных процессов различной природы.

Развитие скользящего разряда в резко неоднородном поле.

Иными являются условия развития скользящего разряда в неоднородном поле с преобладание нормальной к поверхности диэлектрика составляющей напряжённости электрического поля. Характерным для скользящего разряда в этих условиях является высокая температура стримера(Т=2200К) и лидера(Т=6500К) (рис.1).

Р ис.1 Развитие скользящего разряда по поверхности кабельной разделки:

1-заземленный экран;

2- область коронного разряда;

3-канал лидера;

4- токоведущая жила В развитой стадии разряд происходит в виде светящихся нитей с температурой до 6500 К, что близко к температуре силовой дуги. Характерно, что в спектре излучения разряда отсутствуют линии, соответствующие материалу диэлектрика. Это означает, что разряд горит в воздушной среде.

В процессе нарастания напряжения ток разряда замыкается через ёмкость, образованную диэлектриком. Это приводит к разогреву и снижению электрического сопротивления R_п плазменной области (рис.2).

1. Плоский электрод

2. Твердый диэлектрик

3. Плоский электрод

Максимальный потенциал оказывается в конечной точке разрядной нити. Поэтому происходит непрерывный по мере подъёма напряжения рост длины плазменной области вплоть до полного перекрытия. Ток разряда ограничен ёмкостью диэлектрика. С ростом толщины последнего удельная поверхностная ёмкость уменьшается, ограничивая условия развития разряда. Эффект частичного уменьшения ёмкости диэлектрика достигается применением оребрения последнего (рис.3). В области ребра где толщина диэлектрика выше, ёмкостный ток ограничен, что затрудняет развитие скользящего разряда, поскольку нагрев плазмы кончика разрядной нити при подходе её к ребру изолятора будет существенно ограничен в области ребра изолятора.

1. Плоский электрод

2. Твёрдый диэлектрик

3. Плоский электрод

Напряжение возникновения скользящего разряда

Эмпирические исследования скользящего разряда позволили количественно описать его закономерности. В частности Теплер установил связь между напряжением скользящего разряда и ёмкости единицы площади диэлектрической подложки Длину разрядных нитей скользящего разряда можно оценить по формуле k=3,93*10¹⁶ при импульсах положительной полярности и k=3,31*10¹⁶ при импульсах отрицательной полярности, U-разрядное напряжение[кВ], - крутизна импульса напряжения[кВ/мкс].

Заметим, что длина искры зависит не только от величины приложенного напряжения, но и от скорости нарастания напряжения. Быстрый подъем напряжения обеспечивает высокие значения емкостного тока в подложку и соответственно ток канала разряда. Перекрытие изоляции соответствует условию, когда длина скользящего разряда с равнивается с длиной подложки l_из (рис.1).

Подстановка этого значения в формулу для длины искры позволяет найти величину напряжения перекрытия Поскольку полученная формула показывает весьма слабую зависимость напряжения перекрытия от скорости нарастания напряжения, то можно установить главную закономерность разрядного напряжения при скользящем разряде откуда следует, что в отличие от однородного поля разрядное напряжение пропорционально не первой степени толщины диэлектрика , а . Поэтому при конфигурации электродов, характерных для явления скользящего разряда с преобладанием нормальной компоненты поля, увеличение разрядных напряжений за счёт увеличения толщины диэлектрика не является эффективным методом. Поэтому при проектировании проходных изоляторов (вводов), кабельных муфт на высокие напряжения применяются специальные технологии принудительного распределения напряжения, позволяющие снизить массогабаритные характеристики изоляционной конструкции.