Частичные разряды

Под действием высокой напряженности электрического поля в изоляции в местах с пониженной электрической прочностью возникают частичные разряды (ЧР), которые представляют собой пробой газовых включений, локальные пробои малых объемов твердого диэлектрика.

Условия возникновения ЧР определяются конфигурацией электрическо­го поля изоляционной конструкции и электрическими характеристика­ми рассматриваемой области изоляции.

ЧР обычно не приводят к сквозному пробою диэлектрика, од­нако приводят к местному разрушению изоляции, а при длительном су­ществовании могут привести и к сквозному пробою.

Возникновение ЧР всегда свидетельствует о местной неодно­родности диэлектрика. В связи с этим регистрация характеристик ЧР позволяет оценивать качество изготовления изоляции и выявлять мест­ные дефекты.

Характеристики ЧР достаточно хорошо коррелируют с разме­рами и количеством дефектов, т. е. позволяют судить о степени дефект­ности изоляционной конструкции.

Изучение характеристик ЧР в зависимости от различных усло­вий работы стало вопросом первостепенной важности для кабелей, кон­денсаторов, трансформаторов и других устройств — там, где применя­ется слоистая изоляция при переменном, постоянном, пульсирующем и импульсном напряжениях.

При рассмотрении механизма возникновения ЧР воспользуем­ся эквивалентной схемой замещения диэлектрика с общей емкостью Сэ (рис. 1.30).

Рис 1.30. Схема замещения твердого диэлектрика: C₀ — емкость бездефектной изоляции; С_в — емкость воздушного включения; С_д— ем­кость диэлектрика последовательно с включением; U_e — напряжение про­боя воздушного включения

(1.42)

ЧР возникают тогда, когда напряжение на включении достига­ет пробивного значения Uпp — напряжения зажигания разряда во вклю­чении. Напряженность электрического поля во включении Е_в связана с напряженностью в остальной части диэлектрика, как

(1.43)

где

Е_д — напряженность электрического поля в диэлектрике;

_д — относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика;

_в — относительная диэлектрическая проницаемость включения.

Исходя из (1.49), напряженность электрического поля в газо­вом включении (и в любом другом, где _B < _д) всегда выше, чем в ос­тальном диэлектрике.

Эпюры напряжения на включении в процессе приложения пе­ременного напряжения приведены на рис. 1.31.

При размерах включения десятки микрометров и давлении близком к атмосферному, пробивное напряжение лежит вблизи мини­мума кривой Пашена, слабо изменяется с изменением размеров включе­ния и составляет 250...300 В.

Рис. 1.31. Эпюры напряжения на воздушном включении в твердом диэлектрике: 1 — напряжение на образце; 2 — напряжение на включении; U_пр — напряжение на образце, при котором происходит пробой воздушного включения

Наибольшую опасность ЧР представляют на переменном или импульсном напряжении.

Разрушающее действие ЧР на диэлектрики обусловлено сле­дующими факторами, возникающими при пробое включения:

1 — воздействие ударных волн;

2 — тепловое воздействие;

3 — бомбардировка заряженными частицами;

4 — воздействие химически активными продуктами разряда (озон, окислы азота);

5 — воздействие излучения;

6 — развитие древовидных побегов — дендритов.

В зависимости от величины заряда q_чр, измеряемого при ЧР, возможна классификация ЧР по q_чр

1. При превышении некоторого порога напряжения в изоляции возникают ЧР с интенсивностью q_чр =10^-12 .. .10^-11 Кл. Такие ЧР не вызы­вают быстрого разрушения изоляции и во многих случаях могут быть допустимы. Такие разряды называются начальными.

2. Дальнейшее возрастание напряжения или увеличение раз-
меров включений в процессе длительной работы изоляции приводит к
резкому возрастанию интенсивности ЧР, причем прежде всего возрастает q_чр до величины q_чр =10^-10 ...10^-8 Кл. Их возникновение резко сокра­щает срок службы изоляции и они не должны допускаться при рабочих условиях. Такие разряды называются критическими.

На постоянном напряжении интервал между ЧР во включении составляет секунды-десятки секунд, что на несколько порядков больше, чем на переменном напряжении промышленной частоты. Это позволяет увеличить рабочие напряженности электроизоляционных конструкций постоянного напряжения по сравнению с переменным.

Развитие ЧР на импульсном напряжении принципиально не отличается от переменного напряжения. Часто основной причиной про­боя изоляции при многократном воздействии импульсного напряжения являются ЧР.