- •Факультет электротехнический
- •1. Разряды в газах
- •1.1.Общая характеристика газовой изоляции
- •1.2.Виды ионизации в газе
- •1.2.1.Ударная ионизация
- •1.2.2. Фотоионизация в объеме газа
- •1.2.3. Термическая ионизация
- •1.2.4.Ионизация на поверхности электродов
- •1.2.5. Лавина электронов
- •1.3.Разряд в однородном поле. Закон пашена.
- •1.3.1. Формирование разряда. Условие самостоятельности
- •1.3.2. Разрядное напряжение. Закон пашена
- •1.4.Разряж в неоднородном поле
- •1.4.1.Слабонеоднородные и резконеоднородные поля
- •1.4.2.Условие самостоятельности разряда в слабо неоднородном поле. Закон подобия разрядов.
- •1.4.3.Разряд в резко неоднородном поле. Влияние полярности
- •1.4.4.Барьеры в резко неоднородном поле.
- •1.5.Молния
- •1.5.1.Структура времени разряда
- •1.5.2. Вольт-секундные характеристики
- •2.Коронный разряд на линиях электропередачи
- •2.1.Корона на проводах при постоянном напряжении
- •2.2.Корона на проводах при переменном напряжении
- •3. Разряд в воздухе вдоль поверхности твердого диэлектрика
- •3.1. Разряд вдоль поверхности в однородном поле
- •3.2.Разряд вдоль поверхности в резконеоднородном поле
- •3.3. Разряд вдоль смоченной дождем или загрязненной и увлажненной поверхности
- •4. Изоляция воздушных линий электропередачи и распределительных устройств
- •4.1. Общие сведения
- •4.2. Разрядные характеристики линейных и аппаратных изоляторов
- •4.3. Выбор изоляторов для линий и ру
- •4.4. Определение минимальных изоляционных расстояний на опорах
- •4.5. Изоляционные расстояния в распределительных устройствах
- •5. Внутренняя изоляция
- •5.1.Общая характеристика внутренней изоляции
- •5.2.Длительная электрическая прочность внутренней изоляции
- •5.3.Кратковременная электрическая прочность внутренней изоляции
- •5.4.Методы испытания изоляции
- •6. Грозовые (атмосферные) перенапряжения
- •6.1.Интенсивность грозовой деятельности
- •6.2.Защита от прямых ударов молнии с помощью молниеотводов
- •6.2.1. Зоны защиты стержневых молниеотводов
- •6.2.2.3Оны защиты тросовых молниеотводов
- •6.2.3. Рекомендуемые способы грозозащиты линий различного номинального напряжения
- •6.2.4.Грозозащита подстанций
- •6.2.5. Грозозащита генераторов соединенных непосредственно с воздушными линиями
- •7.Внутренние перенапряжения в электрических системах.
- •7.1. Общие положения
- •7.2. Защита от внутренних перенапряжений
- •8. Разрядники
- •8.1. Назначение и классификация разрядников
- •8.2. Основные элементы вентильных разрядников серий рвс и рвп
- •8.3. Конструкции и характеристики трубчатых разрядников
- •Литература
3.3. 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 , гдеRУ – 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; LУ – 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 отl. Тогда выражение для RУ можно записать в виде
(14)
где DЭ=LУ / /D(l) – эквивалентный диаметр цилиндра из твердого диэлектрика.
Ток утечки IУ 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 IУ 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 RУ 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 RУ, 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 UР 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
Объясните влияние процессов в воздушном промежутке на развитие разряда.
Как развивается разряд в воздухе вдоль поверхности твердого диэлектрика на примере конструкции с резко неоднородными полями?
Как развивается разряд вдоль поверхности в однородном поле?
Какое влияние оказывает изменение состояния поверхности на развитие разрядов?
Назовите условия образования перемежающихся дуг.
Что такое треки? Их влияние на разрядное напряжение.
Лекция 5.