Исследование разряда по поверхности диэлектрика

1. Цель работы

Опытное исследование разряда вдоль поверхности электроизоляционного материала, а также получение данных о параметрах электрического поля при которых на поверхности диэлектрика появляется корона, затем скользящие разряды и, наконец, полный разряд по поверхности.

2. Теоретические пояснения

Высоковольтные аппараты, изоляторы и другие устройства, которые работают на воздухе, конструируются таким образом, чтобы исключить разряд вдоль поверхности электроизоляционной конструкции.

Обычно разрядное напряжение вдоль поверхности изоляции бывает более низким, чем разрядное напряжение воздушного промежутка между теми же электродами.

Средние разрядные напряженности электрического поля получаются наиболее низкими при таких условиях, когда поле имеет нормальную составляющую напряженности Е_n по отношению к поверхности диэлектрика, соединяющего высоковольтные электроды. Причем чем больше нормальная составляющая Е_n по отношению к тангенциальной составляющей Е_t тем ниже разрядное напряжение.

При медленном (1кВ/с) повышении напряжения между электродами наблюдается следующая характерная картина поверхностного разряда. При относительно небольшом напряжении возникает коронный разряд в виде полоски ровного и неяркого свечения. При увеличении напряжения область коронирования расширяется и на поверхности диэлектрика появляются многочисленные слабосветящиеся каналы (стримеры). Стримерные каналы имеют определенную емкость по отношению к противоположному электроду. Вследствие этого через них проходит сравнительно большой ток.

При увеличении напряжения ток возрастает и в определенный момент достигает такого значения, что температура стримерных каналов существенно увеличивается и с них становится возможной термическая ионизация.

В результате сопротивление каналов резко падает, интенсивность свечения возрастает. Термически ионизированные каналы, развивающиеся по поверхности диэлектрика, называется скользящими разрядами. Падение напряжения на каналах скользящих разрядов невелико, поэтому почти все напряжение оказывается приложенным к не перекрытой части промежутка.

Длина скользящих разрядов очень быстро увеличивается с повышением напряжения, и процесс завершается полным перекрытием промежутка между электродами.

Длина канала скользящего разряда зависит от его проводимости, а следовательно, от тока в нем. В свою очередь ток зависит от напряжения между электродами, изменения напряжения между электродами и емкости канала стримера относительно противоположного электрода.

Влияние этих параметров отражено в электрической формуле Тёплера, согласно которой получено

(1)

где U_p – разрядное напряжение;

 - коэффициент определяемый опытным путем;

L – расстояние между электродами по поверхности диэлектрика;

С – удельная поверхностная ёмкость равная

(2)

где d – толщина диэлектрика.

Из (1) следует, что рост длины изолятора дает относительно малое повышение разрядного напряжения. Яяпоэтому для увеличения разрядных напряжений проходных изоляторов уменьшают удельную поверхностную ёмкость путем увеличения диаметра изолятора у фланца, с которого можно ожидать развитие разряда.

Появление скользящего разряда на изоляционной конструкции недопустимо, особенно для органических диэлектриков, вследствие неблагоприятного воздействия на них повышенной температуры, коротковолнового излучения, а также химически активных продуктов разряда, образующихся в результате ионизации (озон, окись азота), что приводит к ускоренному старению и разрушению диэлектрика.