1. Розряди в газах

Повітря дотепер залишається основним видом зовнішньої ізоляції ліній електропередачі, енергетичного устаткування й високовольтної техніки. Традиційний шлях створення ізоляційних конструкцій, що включає їх повномасштабне натурне випробування ще на пошуковому етапі роботи, зі збільшенням номінальних напруг стають усе менш перспективним. Техніка випробувань стає трудомісткою й вимагає усе більше часових і матеріальних витрат. У зв'язку із цим виникає потреба в числових оцінках електричної міцності повітряних проміжків на основі розрахункових моделей, що вірогідно відображають закономірності розвитку розряду в повітрі.

1.1. Конфігурація електричних полів

Діелектрики служать для ізоляції струмоведучих електродів різної полярності друг від друга. Електроди, що ызолюються (шини розподільних пристроїв, проводи ліній електропередач, зовнішні струмоведучі частини електричних апаратів і т.п.) створюють електричні поля різної конфігурації.

Від форми електричного поля залежить електрична міцність і пробивна напруга. Форми електричних полів підрозділяються на однорідні, слабонеоднорідні й різконеоднорідні. Типовими прикладами однорідного поля є поле між двома плоскопаралельними електродами й електродами Роговського, слабонеоднорідне поле реалізується в системі електродів куля-куля (мал. 1.1) при відстані між електродами S менше діаметра кулі D (S<D), різконеоднорідне поле — при електродах стрижень-площина або стрижень-стрижень. Ступінь неоднорідності електричного поля між електродами характеризується коефіцієнтом неоднорідності К_Н, що дорівнює відношенню максимальної напруженості електричного поля Е_макс до середньої напруженості Е_ср між електродами, тобто

(1.1)

Рис. 1.1. Форми електричних полів: а - симетрична система

електродів; б - несиметрична система електродів

Середня напруженість є відношення напруги, прикладеної до електродів, U, до відстані між електродами, S,

(1.2)

Максимальна напруженість залежить від прикладеної до електродів напруги, конфігурації, розмірів електродів і відстані між ними. Наприклад, для коаксіальних циліндрів (кабель) (мал. 1.2) максимальна напруженість визначається, як

(1.3)

а середня напруженість

(1.4)

де

U — прикладена напруга, кв;

r — зовнішній радіус внутрішнього циліндра (жила кабелю), см;

R — внутрішній радіус зовнішнього циліндра (оплетка кабелю), см.

Рис. 1.2. Схема коаксіальних електродів

Підставивши (1.3) і (1.4) в (1.1), одержимо:

(1.5)

тобто К_Н залежить від геометричних розмірів електродів.

Для однорідного поля коефіцієнт неоднорідності К_Н = 1, для слабонеоднорідного — КН ≤ 3, для резконеоднорідного — КН > 3.

Крім цього розрізняють симетричну й несиметричну систему електродів. Симетрична форма - електроди мають однакову форму й розміри й відсутнє заземлення якого-небудь із них (мал. 1.1, а). Несиметрична форма - електроди мають конфігурацію, що відрізняється, розміри або один з них заземлений (мал. 1.1, б). Пробивні напруги в несиметричній системі електродів нижче, ніж у симетричній.