1.16.1. Часткові розряди
Під дією високої напруженості електричного поля в ізоляції в місцях зі зниженою електричною міцністю виникають часткові розряди (ЧР), які являють собою пробій газових включень, локальні пробої малих об'ємів твердого діелектрика. Умови виникнення ЧР визначаються конфігурацією електричного поля ізоляційної конструкції й електричних характеристик розглянутої області ізоляції.
ЧР звичайно не приводять до наскрізного пробою діелектрика, однак приводять до місцевого руйнування ізоляції, а при тривалому існуванні можуть привести й до наскрізного пробою.
Виникнення ЧР завжди свідчить про місцеву неоднорідність діелектрика. У зв'язку із цим реєстрація характеристик ЧР дозволяє оцінювати якість виготовлення ізоляції й виявляти місцеві дефекти.
Характеристики ЧР досить добре корелюють із розмірами й кількістю дефектів, тобто дозволяють судити про ступінь дефектності ізоляційної конструкції.
Вивчення характеристик ЧР залежно від різних умов роботи стало питанням першорядної важливості для кабелів, конденсаторів, трансформаторів і інших пристроїв - там, де застосовується шарувата ізоляція при змінних, постійних, пульсуючих і імпульсних напругах.
При розгляді механізму виникнення ЧР скористаємося еквівалентною схемою заміщення діелектрика із загальною ємністю СЭ (мал. 1.30).
|
Рис 1.30. Схема заміщення твердого діелектрика: С0 — ємність бездефектної ізоляції; Св — ємність повітряного включення; Сд — ємність діелектрика послідовно із включенням; Uв — напруга пробою повітряного включення |
|
(1.52) |
ЧР виникають тоді, коли напруга на включенні досягає пробивного значення UПР — напруги запалювання розряду у включенні. Напруженість електричного поля у включенні ЕВ пов'язана з напруженістю в іншій частині діелектрика, як
|
(1.53) |
де
Eд — напруженість електричного поля в діелектрику;
εд — відносна діелектрична проникність діелектрика;
εв — відносна діелектрична проникність включення.
Виходячи з (1.53), напруженість електричного поля в газовому включенні (і в будь-якому іншому, де εв < εд) завжди вище, ніж в іншому діелектрику.
Епюри напруги на включенні в процесі прикладення змінної напруги наведені на мал. 1.31.
При розмірах включення десятки мікрометрів і тиску близькому до атмосферного, пробивне напруга лежить поблизу мінімуму кривій Пашена, слабко змінюється зі зміною розмірів включення й становить 250...300 В.
|
Рис. 1.31. Епюри напруги на повітряному включенні у твердому діелектрику: 1 — напруга на зразку; 2 — напруга на включенні; Uпр — напруга на зразку, при якому відбувається пробій повітряного включення |
Найбільшу небезпеку ЧР представляють на змінній або імпульсній напрузі.
Руйнуюча дія ЧР на діелектрики обумовлено наступними факторами, що виникають при пробої включення:
1 - вплив ударних хвиль;
2 - тепловий вплив;
3 - бомбардування зарядженими частками;
4 - вплив хімічно активними продуктами розряду
(озон, окисли азоту);
5 - вплив випромінювання;
6 - розвиток дендритів.
Залежно від величини заряду qЧР, вимірюваного при ЧР, можлива класифікація ЧР по qЧР:
1. При перевищенні деякого порога напруги в ізоляції виникають ЧР із інтенсивністю qЧР =10-12…10-11Кл. Такі ЧР не викликають швидкого руйнування ізоляції й у багатьох випадках можуть бути припустимі. Такі розряди називаються початковими.
2. Подальше зростання напруги або збільшення розмірів включень у процесі тривалої роботи ізоляції приводить до різкого зростання інтенсивності ЧР, причому насамперед зростає qЧР до величини qЧР =10-10…10-8Кл. Їхнє виникнення різко скорочує термін служби ізоляції й вони не повинні допускатися при робочих умовах. Такі розряди називаються критичними.
На постійній напрузі інтервал між ЧР у включенні становить секунди-десятки секунд, що на кілька порядків більше, ніж на змінній напрузі промислової частоти. Це дозволяє збільшити робітники напруженості електроізоляційних конструкцій постійної напруги в порівнянні зі змінним.
Розвиток ЧР на імпульсній напрузі принципово не відрізняється від змінної напруги. Часто основною причиною пробою ізоляції при багаторазовому впливі імпульсної напруги є ЧР.