Разряд вдоль смоченной дождем или загрязненной и увлажненной поверхности

На поверхностях изоляторов, установленных на открытом воздухе, могут оседать различные загрязнения, неизбежно присутствующие в атмосфере и разносимые ветром. Загрязнения в сухом состоянии, как правило, имеют весьма высокое сопротивление и не оказывают существенного влияния на разрядные характеристики изоляторов. Увлажнение слоя загрязнения при дожде, росе или других мокрых осадках приводит к резкому уменьшению его сопротивления вследствие образования слабого электролита из водорастворимых составляющих загрязняющего вещества. При этом механизм развития разряда вдоль поверхности качественно меняется, величины разрядных напряжений значительно снижаются.

Аналогичная картина наблюдается и при смачивании чистой поверхности изолятора дождем, когда стекающая по изолятору дождевая вода, имеющая относительно невысокое удельное объемное сопротивление (около 10³ Ом•м), образует слой с достаточно большой проводимостью.

Чтобы пояснить механизм развития разряда в указанных условиях и выявить факторы, влияющие на величину разрядного напряжения, рассмотрим процессы на загрязненной и увлажненной или смачиваемой дождем поверхности в конструкции с

твердым диэлектриком в виде цилиндра сложной формы, показанной на рис.17. При этом будем считать, что увлажненное загрязнение или дождевая вода образовали на поверхности слой толщиной с удельным объемным сопротивлением . Далее для краткости этот слой будем называть слоем загрязнения, имея в виду, что аналогичные процессы протекают и в слое дождевой воды.

Под действием приложенного напряжения U в слое загрязнения будет проходить ток утечки , где R_У – полное сопротивление, утечки по поверхности, определяемое выражением

(13),

где l – расстояние от одного из электродов до элементарного участка dl,

Рис 17. Воздушный промежуток с диэлектриком, поверхность которого загрязнена или смачивается дождем.

определяемое вдоль поверхности по линии тока; L_У – полная длина течки по поверхности твердого диэлектрика; D(l) – диаметр цилиндра из твердого диэлектрика, зависящий от расстояния l.

Примем далее для простоты, что слой загрязнения равномерный, т.е. не зависят от l. Тогда выражение для R_У можно записать в виде

(14)

где D_Э=L_У / / D(l) – эквивалентный диаметр цилиндра из твердого диэлектрика.

Ток утечки I_У нагревает слой загрязнения, увеличивая скорость испарения влаги с поверхности диэлектрика. Вследствие изменения плотности тока вдоль сложной поверхности, а в реальных условиях и из-за неоднородности слоя загрязнения поверхность нагревается неравномерно и скорость испарения влаги на отдельных участках разная. С ростом напряжения ток I_У и нагрев поверхности увеличиваются. При некотором значении напряжения, зависящем от интенсивности мокрых осадков, скорость испарения на наиболее нагретом участком, становится выше скорости поступления влаги. Поверхность на этом участке высыхает, его сопротивление резко увеличивается, вследствие чего практически все напряжение оказывается приложенным к этому небольшому промежутки все напряжение оказывается приложенным к этому небольшому промежутку на поверхности. Происходит его перекрытие с образованием частичной дуги длиной в несколько миллиметров.

Ток в канале дуги ограничивается сопротивлением оставшегося влажным участка поверхности. При малой длине частичной дуги последнее практически сохраняет свое прежнее значение .

Если сопротивление R_У велико, а ток соответственно мал, то дуга оказывается неустойчивой и быстро гаснет. При случайных изменениях интенсивности осадков высушенный участок может вновь увлажниться и весь процесс повторится. Образование кратковременных или, как говорят, перемежающихся дуг, не означает нарушения электрической прочности изоляционного промежутка. Однако длительное воздействие перемежающихся дуг на твердый диэлектрик может вызвать его разрушение с образованием на поверхности проводящих обугленных следов – треков, появление которых вызывает резкое снижение разрядного напряжения даже при сухой поверхности диэлектрика. Поэтому диэлектрики, используемые для изготовления изоляторов наружной установки должны обладать высокой стойкостью к воздействию частичных дуг, т.е. трекингостойкостью.

При некотором значении тока частичная дуга не гаснет, а быстро – со скоростью до 50 м/с – растягивается и перекрывает весь изоляционный промежуток. Следовательно, перекрытие промежутка вдоль смачиваемой дождем или загрязненной и увлажненной поверхности твердого диэлектрика происходит, если ток утечки по поверхности достаточен для подсушки участка поверхности и если он достаточен для образования устойчивой частичной дуги.

Очевидно, чем больше сопротивление R_У, тем выше должно быть напряжение, при котором выполняются указанные условия.

Таким образом, разрядное напряжение в рассматриваемых условиях зависит от тех же параметров, что и сопротивление утечки о поверхности. Можно показать, что эта зависимость имеет вид:

(15),

где k₁ – экспериментально определяемый коэффициент.

Формула (15) является приближенной, однако она достаточно правильно отражает зависимость разрядного напряжения от полной длины утечки по поверхности и удобна для оценки влияния на U_Р конструкции изоляторов и условий их работ.

Рассмотренный выше механизм перекрытия вдоль поверхности связан с относительно медленным процессом подсушки поверхности, который может иметь место лишь при длительно воздействующем – рабочем напряжении. При кратковременных перенапряжениях частичные дуги могут возникать при более высоких значениях напряжения вследствие разрядных процессов воздухе над увлажненной поверхностью в местах с наиболее высокими напряженностями.

Продолжительность перенапряжений может оказаться недостаточной для растягивания дуги на весь промежуток. Поэтому дождь и влажные загрязнения практически не влияют на импульсные разрядные напряжения вдоль, поверхности изоляторов.

Контрольные вопросы

1. Объясните влияние процессов в воздушном промежутке на развитие разряда.

2. Как развивается разряд в воздухе вдоль поверхности твердого диэлектрика на примере конструкции с резко неоднородными полями?

3. Как развивается разряд вдоль поверхности в однородном поле?

4. Какое влияние оказывает изменение состояния поверхности на развитие разрядов?

5. Назовите условия образования перемежающихся дуг.

6. Что такое треки? Их влияние на разрядное напряжение.

Дата добавления: 2015-07-11