Исследование электрических разрядов по поверхности твердых диэлектриков (Лабораторная работа № 3)

1.3 Исследование электрических разрядов по

поверхности твердых диэлектриков

(лабораторная работа № 3)

Цель работы: исследование электрической прочности воздуха при развитии заряда по поверхности диэлектрика в искровых промежутках с различной конфигурацией электрического поля при воздействии на них напряжения промышленной частоты.

Оборудование:

Аппарат АИИ-70, физическая модель искровых промежутков для исследований перекрытий по поверхности диэлектрика.

Характеристика и паспортные данные испытательного оборудования

1.Аппарат АИИ-70.

2.Физическая модель искровых промежутков.

Физическая модель состоит из диэлектриков и электродов разной формы, изолирующего основания и шунтирующего сопротивления.

Краткие теоретические положения

Широкое применение в электроустановках высокого напряжения изоляторов различных типов, работающих в газовой изоляционной среде, вызывает необходимость исследования электрической прочности газов с учётом влияния диэлектрических поверхностей. На электрическую прочность воздуха при поверхностном разряде оказывают влияние конфигурации электрического поля, длина межэлектродного промежутка, состояние поверхности диэлектрика, частота воздействующего напряжения.

Характер разряда и разрядные напряжения по поверхности твёрдого диэлектрика в условиях неоднородного электрического поля в значительной степени определяются влиянием тангенциальной и нормальной составляющих напряжённости электрического поля.

1. Если преобладает тангенциальная составляющая напряжённости электрического поля (рис. 1.3 а), то разрядные напряжения по поверхности близки к пробивным напряжениям воздушных промежутков между аналогичными по форме электродами. Такое расположение диэлектрика характерно для опорных изоляторов.

Гигроскопичные свойства диэлектрика мало влияют на разрядные напряжения опорных изоляторов, поскольку поверхности на их увлажненной поверхности могут лишь несколько увеличить и без того значительную неоднородность поля. Неплотное прилегание диэлектрика к электродам в реальных конструкциях устраняется с помощью цементирующих замазок или эластичных прокладок.

Нижний электрод (фланец) опорного изолятора обычно бывает соединен с заземленными конструкциями, имеющими значительные размеры. Вследствие этого напряженность поля у фланца уменьшается, и разряд начинается с другого электрода (шапки), находящегося под высоким потенциалом.

Рис. 1.3 Искровые промежутки для исследования перекрытия по поверхности твердого диэлектрика

Уменьшение напряженности поля вблизи шапки посредством создания внутреннего экрана позволяет существенно увеличить разрядное напряжение изолятора.

2. В случае значительной нормальной составляющей напряжённости электрического поля (рис. 1.3 б) разряд по поверхности имеет ряд особенностей. При относительно небольших напряжениях наблюдается корона у электродов.

Рост напряжения сопровождается появлением слабо светящихся каналов (стримеров), которые при дальнейшем повышении напряжения преобразуются в скользящие разряды, характеризуемые интенсивным свечением. В скользящих разрядах протекает значительный ток, обусловленный процессом ионизации воздуха и зависящий от ёмкости канала скользящего разряда по отношению к противоположному электроду. Такая конструкция характерна для проходного изолятора.

По Теплеру напряжение скользящего разряда, представляющий собой неполный поверхностный разряд (кВ).

                                                                                   (1)

где С - удельная поверхностная ёмкость, т. е. ёмкость 1 см² поверхности, по которой развивается разряд, по отношению к противоположному электроду, Ф/см².

При небольшой толщине диэлектрика удельная поверхностная ёмкость для случая плоского конденсатора (Ф/см²) /

                                                                                            (2)

где  - относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика;  - толщина диэлектрика, см.

Отсюда формула (1) преобразуется к виду

                                                                                  (3)

Благодаря малым сопротивлению и падению напряжения на каналах скользящих разрядов потенциал электрода выносится вглубь промежутка, и развитие разряда облегчается.

Дальнейшее повышение приложенного напряжения приводит к быстрому удлинению скользящих разрядов, и процесс завершается полным перекрытием промежутка между электродами. Напряжение поверхностного перекрытия всегда ниже напряжения пробоя воздушного промежутка того же размера.

Приближённо разрядное напряжения по поверхности выражается так:

                                                                                    (4)