Часткові розряди

Під дією високої напруженості електричного поля в ізоляції в місцях зі зниженою електричною міцністю виникають часткові розряди (ЧР), які являють собою пробій газових включень, локальні пробої малих об'ємів твердого діелектрика. Умови виникнення ЧР визначаються конфігурацією електричного поля ізоляційної конструкції й електричних характеристик розглянутої області ізоляції.

ЧР звичайно не приводять до наскрізного пробою діелектрика, однак приводять до місцевого руйнування ізоляції, а при тривалому існуванні можуть привести й до наскрізного пробою.

Виникнення ЧР завжди свідчить про місцеву неоднорідність діелектрика. У зв'язку із цим реєстрація характеристик ЧР дозволяє оцінювати якість виготовлення ізоляції й виявляти місцеві дефекти.

Характеристики ЧР досить добре корелюють із розмірами й кількістю дефектів, тобто дозволяють судити про ступінь дефектності ізоляційної конструкції.

Вивчення характеристик ЧР залежно від різних умов роботи стало питанням першорядної важливості для кабелів, конденсаторів, трансформаторів і інших пристроїв - там, де застосовується шарувата ізоляція при змінних, постійних, пульсуючих і імпульсних напругах.

При розгляді механізму виникнення ЧР скористаємося еквівалентною схемою заміщення діелектрика із загальною ємністю С _Э (мал. 1.30).

Рис 1.30. Схема заміщення твердого діелектрика: С0 — ємність бездефектної ізоляції; Св — ємність повітряного включення; Сд — ємність діелектрика послідовно із включенням; Uв — напруга пробою повітряного включення

 

(1.52)

ЧР виникають тоді, коли напруга на включенні досягає пробивного значення U _ПР — напруги запалювання розряду у включенні. Напруженість електричного поля у включенні Е _В пов'язана з напруженістю в іншій частині діелектрика, як

(1.53)

де

E _д — напруженість електричного поля в діелектрику;

ε_д — відносна діелектрична проникність діелектрика;

ε_в — відносна діелектрична проникність включення.

Виходячи з (1.53), напруженість електричного поля в газовому включенні (і в будь-якому іншому, де ε_в < ε_д) завжди вище, ніж в іншому діелектрику.

Епюри напруги на включенні в процесі прикладення змінної напруги наведені на мал. 1.31.

При розмірах включення десятки мікрометрів і тиску близькому до атмосферного, пробивне напруга лежить поблизу мінімуму кривій Пашена, слабко змінюється зі зміною розмірів включення й становить 250...300 В.

Рис. 1.31. Епюри напруги на повітряному включенні у твердому діелектрику: 1 — напруга на зразку; 2 — напруга на включенні; Uпр — напруга на зразку, при якому відбувається пробій повітряного включення

Найбільшу небезпеку ЧР представляють на змінній або імпульсній напрузі.

Руйнуюча дія ЧР на діелектрики обумовлено наступними факторами, що виникають при пробої включення:

1 - вплив ударних хвиль;

2 - тепловий вплив;

3 - бомбардування зарядженими частками;

4 - вплив хімічно активними продуктами розряду

(озон, окисли азоту);

5 - вплив випромінювання;

6 - розвиток дендритів.

Залежно від величини заряду q _ЧР, вимірюваного при ЧР, можлива класифікація ЧР по q _ЧР:

1. При перевищенні деякого порога напруги в ізоляції виникають ЧР із інтенсивністю q _ЧР =10^-12…10^-11Кл. Такі ЧР не викликають швидкого руйнування ізоляції й у багатьох випадках можуть бути припустимі. Такі розряди називаються початковими.

2. Подальше зростання напруги або збільшення розмірів включень у процесі тривалої роботи ізоляції приводить до різкого зростання інтенсивності ЧР, причому насамперед зростає q _ЧР до величини q _ЧР =10^-10…10^-8Кл. Їхнє виникнення різко скорочує термін служби ізоляції й вони не повинні допускатися при робочих умовах. Такі розряди називаються критичними.

На постійній напрузі інтервал між ЧР у включенні становить секунди-десятки секунд, що на кілька порядків більше, ніж на змінній напрузі промислової частоти. Це дозволяє збільшити робітники напруженості електроізоляційних конструкцій постійної напруги в порівнянні зі змінним.

Розвиток ЧР на імпульсній напрузі принципово не відрізняється від змінної напруги. Часто основною причиною пробою ізоляції при багаторазовому впливі імпульсної напруги є ЧР.