1.6.3.Вольтсекундные характеристики изоляции

Рис.3

При подаче на промежуток стандартной волны вначале пробой происходит на хвосте волны (т.т. 13). В этом случае в расчет вводится реальное время разряда, но фиктивное напряжение – амплитудное напряжение волны. В дальнейшем пробои будут происходить на фронте волны (т.4), в расчет вводится реальное время и реальное напряжение пробоя. Совокупность точек образует вольтсекундную характеристику изоляции. Практическое значение вольтсекундных характеристик велико, так как при выборе защитной аппаратуры необходимо, чтобы верхняя граница вольтсекундной характеристики защиты была ниже всех точек нижней характеристики изоляции, что выполнить бывает весьма непросто.

Рис.4

1. область в.сек х-к изоляции;

2. область в.сек х-к защиты.

Опыт показывает, что в сильнонеравномерных полях при + острие , при - острие .

Для 50% импульсных напряжений в неравномерных полях также имеет зависимость от полярности и формы электродов.

Рис.5

7.Разряд в воздухе вдоль поверхности твердого диэлектрика

Практически все изоляционные конструкции, использующие газы, ограничены поверхностями твердого диэлектрика. Разряд в этом случае может развиваться по поверхности, даже если длина пути в несколько раз больше, чем по газовому промежутку. Пробивная напряженность в неблагоприятных условиях доходит до 1 кВ/см для воздуха.

Различают три случая расположения твердого диэлектрика в электрическом поле.

1. равномерное поле, вектор напряженности поля направлен параллельно поверхности диэлектрика, то есть отсутствует нормальная составляющая напряженности.

Рис.6, а

2. Неравномерное поле, вектор напряженности направлен примерно параллельно поверхности диэлектрика, , тангенциальная составляющая больше нормальной.

Рис.6, б

3. Неравномерное поле,

Рис.6, в

На напряжение разряда влияют следующие факторы:

1. Контакт электрода с поверхностью диэлектрика. При плохом контакте в этом месте повышается и снижается на 3050%.

2. Наличие дефектов поверхности – микротрещин, пор, неровностей. За счет повышения и возможных загрязнений снижается.

3. Адсорбция влаги на поверхности, особенно содержащей растворенные соли, снижает .

Для разрядов по поверхности сохраняется общая закономерность, чем выше степень неравномерности поля, тем ниже .

Корона возникает в местах повышенной , переходит в искровой разряд, так называемый скользящий разряд. Нормальная составляющая прижимает эти разряды к поверхности, вызывая ее разогрев, термическую ионизацию с разрушением изоляции, образованием проводящего канала и дальнейшим развитием до перекрытия.

Напряжение появления скользящих разрядов может быть определено по формуле Теплера

[кВ эфф],

где - удельная поверхностная емкость [Ф/см²],

а напряжение перекрытия

[кВ],

где - расстояние между электродами [см];

-скорость изменения [кВ/мкс].

Рис.7 Рис.8

Повышение разрядного напряжения может быть достигнуто рациональным выбором формы изоляции ( должно быть направлена от поверхности д.э.), увеличением пути разряда (ребра), улучшением поверхности д.э. (глазирование, лак), ликвидацией мест концентрации (покрытие полупроводящими пастами, красками), увеличением толщины диэлектрика.

Изоляторы, работающие на открытом воздухе при дожде, должны выполняться с сильно развитыми ребрами, так как смоченная поверхность обладает хорошей проводимостью, и все напряжение будет приложено к частям изолятора, оставшимся сухими.

Большим недостатком изоляционных конструкций типа длинных изоляторов, штанг или гирлянд является неравномерное распределение напряжения по их длине, вызванное наличием емкости на провод и на землю .

На первых участках изоляции от провода существенно большее падение напряжения ( до 50%) и увеличение длины изоляции или числа изоляторов в гирлянде не дает эффекта.

Выравнивать по поверхности возможно

1. увеличением емкости первых изоляторов (изоляторы большего размера, емкостное кольцо у провода, емкостной диск);

2. изменением толщины изолятора (штанги) распределением ребер по поверхности;

3. нанесением полупроводящих паст и покрытий.

а) б) в)

Рис.9

Задача 7.1. Для измерения напряжения 110 кВ применена схема емкостного делителя, состоящая из двух последовательно соединенных конденсаторов и электростатического вольтметра на напряжение 10 кВ, шунтированного конденсатором емкостью пФ. Определить емкость каждого из конденсаторов , если емкость вольтметра пФ.

Решение. Эквивалентная емкость вольтметра и конденсатроа равна сумме их емкостей:

пФ.

Эквивалентная емкость двух конденсаторов , соединенных последовательно, равна

.

Найдем эквивалентную емкость всей схемы:

.

Кроме того, справедливо соотношение

откуда, после введения найденных величин, имеем

.

Задача 7.2. Плоский конденсатор с воздушной изоляцией и дисковыми электродами с закругленными краями имеет расстояние между электродами 2 см. Определить напряженность электрического поля в изоляции, если приложенное напряжение равно 40 кВ. Расчет повторить для случая, когда между электродами при том же расстоянии введена стеклянная пластинка толщиной 1 см с относительной диэлектрической проницаемостью, равной 6.

Решение: Для первого случая имеем

.

Для второго случая при образовавшемся двухслойном диэлектрике определим

Полученная напряженность превышает среднюю прочность воздуха и он будет пробит. Пробой воздуха в данном случае не влечет за собой пробоя второго слоя, но появление частичного пробоя технически недопустимо.

Задача 7.3. Определить наибольшую напряженность электрического поля и емкость подвесного изолятора типа П-4,5, находящегося под напряжением 35 кВ, если внутренний радиус металлической шапки из ковкого чугуна 5 см, а радиус заливки пестика 2,8 см. Материал изолятора – с диэлектрической проницаемостью 6, а угол охвата внутреннего электрода 240.

Решение: Применим для расчета емкости изолятора формулу, полученную для сферического конденсатора, считая, что фактическая емкость отличается о расчетной пропорционально величине охвата фарфора шапкой.

Обозначим расчетную емкость , фактическую , тогда из отношения

получим .

Определим полную или расчетную емкость

тогда

Для расчета максимальной напряженности электрического поля используем формулу