1.12. Перекрытие изоляции

Перекрытием называют разряд по границе раздела двух сред, чаще всего это граница твердый диэлектрик – газ. Напряжение перекрытия U_пер всегда существенно меньше пробивного напряжения U_пр чисто газового промежутка с теми же электродами. Основными причинами этого эффекта считают влияние газовых включений между металлом электрода и твердым диэлектриком, влияние микрокапель влаги и накопление объемных зарядов на боковой поверхности изолятора. Для увеличения U_пер применяют ребристые конструкции изоляторов, что будет рассмотрено позже.

1.13. Статистика разрядных напряжений

На разрядное напряжение внешней изоляции — воздуш­ных промежутков и изоляторов — при постоянных метео­рологических условиях оказывают влияние случайные фак­торы, связанные с возникновением и развитием разряда. К ним относятся, например, возникающие в одних и тех же условиях различные траектории разряда. Поэтому разряд­ное напряжение является случайной величиной, подчиняю­щейся статистическим закономерностям.

Эксперименты показывают, что разбросы значений раз­рядного напряжения внешней изоляции соответствуют нормальному закону распределения (распределению Гаусса).

1.14. Испытания внешней изоляции. Стандартный грозовой

импульс. Вольт-секундные характеристики

К внешней изоляции применяются следующие виды испытаний.

1. Испытания переменным напряжением частотой 50 Гц дают возможность судить о надежности изоляции при воздействии внутренних перенапряжений. Испытания изоляторов проводятся как в сухих условиях, так и под дождем (для наружной изоля­ции). Испытания переменным напряжением загрязненной и увлажненной изоляции показывают ее работоспособность при рабочем напряжении.

2. Испытания коммутационными импульсами напряжения проводятся при положительной и отрицательной полярно­стях импульсов. Форма апериодического импульса: время подъема напряжения до максимума 250±50 мкс, длитель­ность импульса от начала до момента, когда напряжение по­нижается до половины максимального значения, 2500±500 мкс. Кратко такой импульс обозначается как 250/2500 мкс. Испытания линейной изоляции проводятся также затухающими колебательными коммутационными импуль­сами 4000/7500 мкс. Допуск по времени подъема напряже­ния до первого максимума ±1000 мкс, по длительности импульса ±2500 мкс. Испытания изоляторов проводятся в сухом состоянии и под дождем. Допускается замена испытаний коммутационными импульсами испытанием пе­ременным напряжением.

3. Испытания грозовыми импульсами напряжения позво­ляют проверить способность изоляции противостоять грозо­вым перенапряжениям.

При кратковременном приложении напряжения, когда время приложения напряжения сопоставимо со временем развития пробоя, процесс пробоя изменяется с изменением пробивного напряжения по сравнению с ситуацией медленно нарастающего напряжения. Пробивное напряжение зависит от скорости подъема напряжения на изоляционном промежутке, поскольку вначале требуется некоторое время для достижения статического пробивного напряжения, затем требуется время на появление первого эффективного электрона, с которого начинается развитие пробоя, и затрачивается какое-то время на формирование канала разряда.

Все составляющие предразрядного времени зависят от скорости подъема напряжения и, в общем случае, от формы импульса напряжения. Зависимость разрядного напряжения оказывается связанным с предразрядным временем, и эта зависимость называется вольт-секундной характеристикой изоляционного промежутка.

Кратковременные повышения напряжения происходят при разрядах молнии в оборудование или при близких разрядах молнии. Для обеспечения защиты оборудования от перенапряжений с помощью защитного разрядного промежутка требуется, чтобы при быстром подъеме напряжения пробивался защитный промежуток.

Вольт-секундные характеристики изоляции оборудования определяют при параметрах импульса, близких к средним параметрам грозовых перенапряжений. Эти параметры определяются ГОСТ 1516.2-97, а соответствующий импульс называется стандартным грозовым импульсом.

Рис. 1.4. Определение параметров апериодического импульса

Определение характеристик изоляции на стандартном грозовом импульсе позволяет унифицировать испытания и сопоставлять различные изоляционные конструкции между собой.

ГОСТ 1516.2-97 определяет время нарастания импульса напряжения и длительность импульса. Для выделения наиболее значимой части импульса на его фронте (рис. 1.4) проводят прямую линию через точки, соответствующие 0,3 и 0,9 амплитуды импульса и по пересечению этой линией оси абсцисс и линии максимального значения импульса определяют длительность фронта τ_ф .

По времени достижения спада импульса до половины максимального значения определяют длительность импульса τ_и . Для стандартного грозового импульса τ_ф=1,2 мкс ± 30%, τ_и=50 мкс ± 20%.

Вольт-секундные характеристики имеют особое значение в вопросах защиты оборудования от перенапряжений, когда защитными элементами служат искровые промежутки, вентильные и трубчатые разрядники. При воздействии грозовых перенапряжений факт пробоя защитного промежутка или защищаемой изоляции определяется видом вольт-секундных характеристик и их взаимным пересечением (рис. 1.5).

Рис. 1.5. Вольт-секундные характеристики промежутков разных типов

Вольт-секундные характеристики промежутков с однородным и слабонеоднородным электрическим полем имеют более пологий вид по сравнению с промежутками с резконеоднородным полем. Защитный промежуток S1 (рис. 1.5) не обеспечит защиту изоляции S2 при предразрядных временах менее t_пр^*, хотя на частоте 50 Гц пробивное напряжение S1 может быть меньше, чем у S2.

Из-за сложности получения вольт-секундных характеристик часто пользуются более простым пятидесятипроцентным пробивным напряжением, под каковым понимают амплитуду такого стандартного грозового импульса, при котором из десяти поданных на промежуток импульсов пять приводят к пробою промежутка, а оставшиеся пять – нет.