2. Теоретические пояснения

Воздух используется в установках высокого напряжения как внешняя изоляция (изоляция между проводами ЛЭП, между шинами распределительных устройств и т.д.). Электрическая прочность такой изоляции определяется расстоянием между электродами и электродами и землей, а также факторами: давлением Р, температурой Т, влажностью .

В связи с этим работа посвящена изучению основных характеристик электрического разряда при постоянном и переменном напряжениях в воздухе при давлениях, температуре и влажности близких к нормальным (Р=101300 Па, t=20ºС, ).

Электрическая прочность воздуха при нормальных условиях и однородном электрическом поле составляет ~ 30 кВ/см, что в десятки раз меньше, чем у твердых диэлектриков. Поэтому изоляционные расстояния по воздуху в установках высокого напряжения получаются большими по сравнению с размерами электродов и радиусами кривизны их поверхностей. При таких соотношениях размеров электродов и изоляционных промежутков электрическое поле во внешней изоляции всегда резконеоднородное. Это обстоятельство приводит к выполнению коронного разряда, а электрическая прочность изоляционного промежутка оценивается в среднем величиной 5-6 кВ/см.

Однородное поле в реальных изоляционных конструкциях практически не встречается. Однако изоляционные промежутки в условиях однородного поля удобны для сравнения электрической прочности различных диэлектриков, а также для цепей измерения высоких напряжений.

Для однородного поля величина пробивного напряжения определяе6тся по формуле

(1)

где =24,5 кВ/см;

b₀=6,4 кВ/см;

- относительная плотность воздуха при произ-

вольных давлении Р и температуре Т.

(2)

(Р₀=101,3 кПа, Т₀=293 ºК)

L – расстояние между электродами, см.

Промежуток между двумя шарами является классическим примером однородного поля, если отношение расстояния между шарами (электродами) к их диаметру не превышает 0,5.

Шаровые электроды часто применяются для измерения напряжения.

Промежутки игла-плоскость и игла-игла являются классическим примером резко неоднородного поля. При этом в промежутке игла-плоскость создается несимметричное электрическое поле, а в промежутке игла-игла симметричное, что существенно влияет на электрическую прочность рассматриваемых промежутков. Для таких промежутков используется формула приближенной оценки пробивных напряжений

, кВ (3)

где L – расстояние между электродами, см;

относительная плотность воздуха.

Для увеличения электрической прочности промежутка с неоднородным электрическим полем возможно использование диэлектрических барьеров. Электрическая прочность промежутка с барьером зависит от положения барьера (рис. 1).

Н аибольшей прочности соответствует расположение барьера от коронирующего электрода на расстоянии 1/5 – 1/6 длины промежутка. Электрическая прочность промежутка при этом возрастает примерно в два три раза при положительной полярности и в 1/2 и 1/3 раза при отрицательной полярности коронирующего электрода. Если могут коронировать оба электрода разрядного промежутка, то барьеры устанавливают в близи обоих электродов.

а – постоянное напряжение; 1 – острие положительно; 2 – острие отрицательно (1' и 2' тоже, но без барьера); бпеременное напряжение промышленной частоты (f = 50 Гц)

Рис. 1. Влияние местоположения барьера на пробивное напряжение в промежутке игла – плоскость