что такое поверхностное перекрытие изоляции
Что такое поверхностное перекрытие изоляции
Обычно поверхностный пробой диэлектрика происходит при значительно меньшей напряженности, чем пробой через толщу диэлектрика. Это явление иногда называют поверхностным разрядом (рис. 1).
рис. 1 Поверхностный пробой
твердого диэлектрика [2]
Напряжение, при котором наступает поверхностный пробой, в значительной степени зависит от расстояния между токоведущими частями и состояния поверхности диэлектрика (влажность, загрязненность, шероховатость).
При поверхностном пробое твердая изоляция непосредственно не повреждается, если она не будет оплавлена или обожжена электрической дугой, возникшей при мощном поверхностном разряде.
Во многих случаях последствия поверхностного пробоя изоляции легко устраняют зачисткой поврежденной поверхности и покрытием ее изоляционным лаком.
Электрический пробой возникает при значительно больших значениях напряжения, чем тепловой. Поэтому для твердых и жидких диэлектриков различают электрическую прочность при кратковременном и длительном приложении напряжения, причем электрическая прочность в последнем случае ниже.
В технических условиях на цифровые устройства релейной защиты в соответствии с требованиями, изложенными в [3] должны быть включены требования к электрической прочности изоляции входных и выходных
Испытания электрической прочности производят импульсным напряжением с амплитудой 5 кВ по методике, регламентированной в стандарте [4].
Соответствие электрической изоляции проверяемых цепей установленным требованиям проводят в том числе и по отсутствию поверхностного пробоя изоляции.
1. ГОСТ 21515-76. М атериалы диэлектрические. Термины и определения.
3. РД.34.35.310-97. Общие технические требования к микропроцессорным устройствам защиты и автоматики энергосистем. М.:ОРГРЭС, 1997
Перекрытие изоляции
Перекрытие
Перекрытием называют разряд по границе раздела двух сред, чаще всего это граница твердый диэлектрик – газ. Напряжение перекрытия Uпер всегда существенно меньше пробивного напряжения Uпр чисто газового промежутка с теми же электродами. Основными причинами этого эффекта считают влияние газовых включений между металлом электрода и твердым диэлектриком, влияние микрокапель влаги и накопление объемных зарядов на боковой поверхности изолятора. Газовые включения между твердой изоляцией и металлом электродов характеризуются повышенной напряженностью электрического поля в газовом включении, определяемой условиями на границе раздела твердый диэлектрик – воздух и, поскольку диэлектрическая проницаемость твердого диэлектрика больше, чем диэлектрическая проницаемость воздуха, постольку напряженность поля в воздухе больше напряженности электрического поля в твердом диэлектрике. Ионизация в газовых включениях начинается при сравнительно небольшом напряжении, продукты ионизации выходят на боковую поверхность, накапливаются там, повышают напряженность электрического поля в оставшемся промежутке и облегчают разряд.
Наличие микрокапель влаги приводит к повышению напряженности поля на краях капель и к перекрытию промежутков между ними при меньшем напряжении, чем при сухой поверхности. Для увеличения Uпер применяют ребристые конструкции изоляторов, увеличивающие разрядный путь. В опорном изоляторе (рис. 1.5б) электрическое поле часто неоднородно, что дополнительно снижает разрядные напряжения.
Напряжение перекрытия проходного изолятора
Напряжение перекрытия проходного изолятора (рис. 1.5в) обычно в несколько раз меньше напряжения перекрытия опорного изолятора при одинаковой длине пути перекрытия. Связано это с близким расстоянием между разнопотенциальными электродами в проходном изоляторе и большой составляющей напряженности электрического поля, перпендикулярной поверхности твердой изоляции, из-за чего ионизация на фланце изолятора начинается при весьма небольшом напряжении. Большая емкость между каналом разряда и близким внутренним электродом приводит к сравнительно большому емкостному току между каналом разряда и внутренним электродом, что приводит к нагреву канала и большей его стабильности. Превышение напряжения на изоляции выше критического значения приводит к пробою изоляции. Значение пробивного напряжения зависит от свойств изоляционного материала, структуры электрического поля в изоляционном промежутке и скорости нарастания пробивного напряжения на промежутке.
Пробой изоляции происходит из-за явлений ударной ионизации, фотоионизации в объеме газа, термической ионизации, эмиссии электронов из катода. В жидкостях особое значение имеют тепловые процессы и наличие примесей, в твердой изоляции при пробое происходят электрические, тепловые и электрохимические процессы. Пробивное напряжение газового промежутка с однородным и слабонеоднородным электрическим полем зависит от произведения относительной плоскости газа на расстояние между электродами. Эта зависимость характеризуется снижением электрической прочности при увеличении расстояния между электродами при условиях, близких к нормальным и имеет минимум при очень низких давлениях или очень малых расстояниях между электродами. Разрядный промежуток с электродами типа стержень – плоскость характеризуется существенно меньшей электрической прочностью по сравнению с промежутком с однородным и слабонеоднородным электрическим полем, наличием явления короны и двойным эффектом полярности
При отрицательном стержне корона начинается при существенно меньшем напряжении, чем при положительном, а пробивное напряжение при положительном стержне меньше, чем при отрицательном. При быстром подъеме напряжения разрядное напряжение оказывается связанным с предразрядным временем, эта зависимость называется вольт-секундной характеристикой изоляционного промежутка. Вольт-секундная характеристика определяется на стандартных грозовых импульсах. Напряжение перекрытия проходных изоляторов существенно меньше напряжения перекрытия опорных изоляторов при одинаковой длине пути перекрытия.
Закарюкин В.П. Техника высоких напряжений: Конспект лекций.
Перекрытие изоляции.
Напряжение перекрытия проходного изолятора.
Тема — Перекрытие изоляции. Напряжение перекрытия проходного изолятора.
Перекрытием принято называть электрический разряд, который проходит по границе раздела 2 различных сред, обычно такой граница выступает газ — твердый диэлектрик. Электрическое напряжение перекрытия «Uпер» во всех случаях значительней меньше напряжения пробоя «Uпр» газового промежутка с этими же рабочими электродами.
Главными причинами данного эффекта (перекрытие изоляции) принято считать непосредственное влияние различных газовых включений между твёрдым диэлектриком и металлом электрода, накопление объемных электрических зарядов на поверхности (боковой) диэлектрического изолятора и отрицательное влияние микрокапель влаги.
Присутствие влажных микрокапель ведёт к увеличению напряженности электрического поля на краях этих мокрых капель и к нежелательному эффекту перекрытия изоляционных промежутков между ними при малом электрическом напряжении, по сравнению, когда поверхность изоляции сухая. Для повышения «Uпер» используют различные ребристые конструкции диэлектрических изоляторов, которые значительно увеличивают путь разряда.
Для проходного изолятора напряжение перекрытия, как правило, в несколько раз меньше электрического напряжения перекрытия диэлектрического опорного изолятора при равной длине перекрывающего пути. Это связано с довольно близким расстоянием между высокой составляющей напряженности поля и разнопотенциальными электродами в диэлектрическом проходном изоляторе. Высокая электрическая емкость между каналом возникающего разряда и близким электродом (внутренним) зачастую приводит к высокому емкостному току между разрядным каналом и внутренним электродом, что ведёт к разогреву этого канала. Превышение разности потенциалов на диэлектрической изоляции больше критической величины ведёт к изоляционному пробою.
Изоляционный пробой при перекрытии изоляции происходит вследствие воздействий ударной ионизации, термической ионизации, фотоионизации в объеме газа, катодной эмиссии электронов. В жидкой среде большое значение имеют присутствующие тепловые процессы и существование некоторых примесей, в твердой диэлектрической изоляции при электрическом пробое происходят тепловые, электрические, электрохимические процессы.
При явлении перекрытия изоляции пробивное электрическое напряжение газового промежутка с слабонеоднородным и однородным полем (электрическим) зависит от имеющегося произведения относительной газовой плоскости на промежуток между электродами. Данная зависимость в основном характеризуется понижением прочности (электрической) при увеличении длинны между рабочими электродами при условиях, приближенным к нормальным и содержит минимум при весьма малых давлениях либо очень маленьких расстояниях между имеющимися электродами.
В случае быстрого подъема электрического напряжения разрядная разность потенциалов оказывается напрямую связана с предразрядным временным промежутком, данная зависимость носит название вольт-секундной характеристикой диэлектрического изоляционного промежутка. Электрическое напряжение перекрытия рабочих проходных диэлектрических изоляторов меньше разности потенциалов перекрытия опорных изоляторов при равной длине перекрывающего пути.
1.8. Перекрытие изоляции
Перекрытием называют разряд по границе раздела двух сред, чаще всего это граница твердый диэлектрик – газ. Напряжение перекрытия U пер всегда существенно меньше пробивного напряжения U пр чисто газового промежутка с теми же электродами. Основными причинами этого эффекта считают влияние газовых включений между металлом электрода и твердым диэлектриком, влияние микрокапель влаги и накопление объемных зарядов на боковой поверхности изолятора.
Газовые включения между твердой изоляцией и металлом электродов характеризуются повышенной напряженностью электрического поля в газовом включении, определяемой условиями на границе раздела твердый диэлектрик – воздух (рис. 1.5а):
и, поскольку диэлектрическая проницаемость твердого диэлектрика больше, чем диэлектрическая проницаемость воздуха, постольку напряженность поля в воздухе больше напряженности поля в твердом диэлектрике. Ионизация в газовых включениях начинается при сравнительно небольшом напряжении, продукты ионизации выходят на боковую поверхность, накапливаются там, повышают напряженность электрического поля в оставшемся промежутке и облегчают разряд.
Рис. 1.5. Влияние воздушных включений и структура электрического поля
Наличие микрокапель влаги приводит к повышению напряженности поля на краях капель и к перекрытию промежутков между ними при меньшем напряжении, чем при сухой поверхности.
Для увеличения U пер применяют ребристые конструкции изоляторов, увеличивающие разрядный путь.
В опорном изоляторе (рис. 1.5б) электрическое поле часто неоднородно, что дополнительно снижает разрядные напряжения.
Напряжение перекрытия проходного изолятора (рис. 1.5в) обычно в несколько раз меньше напряжения перекрытия опорного изолятора при одинаковой длине пути перекрытия. Связано это с близким расстоянием между разнопотенциальными электродами в проходном изоляторе и большой составляющей напряженности электрического поля, перпендикулярной поверхности твердой изоляции, из-за чего ионизация на фланце изолятора начинается при весьма небольшом напряжении. Большая емкость между каналом разряда и близким внутренним электродом приводит к сравнительно большому емкостному току между каналом разряда и внутренним электродом, что приводит к нагреву канала и большей его стабильности.
РЕЗЮМЕ
Превышение напряжения на изоляции выше критического значения приводит к пробою изоляции. Значение пробивного напряжения зависит от
свойств изоляционного материала, структуры электрического поля в изоляционном промежутке и скорости нарастания пробивного напряжения на промежутке.
Пробой изоляции происходит из-за явлений ударной ионизации, фотоионизации в объеме газа, термической ионизации, эмиссии электронов из катода. В жидкостях особое значение имеют тепловые процессы и наличие примесей, в твердой изоляции при пробое происходят электрические, тепловые и электрохимические процессы.
Пробивное напряжение газового промежутка с однородным и слабонеоднородным электрическим полем зависит от произведения относительной плоскости газа на расстояние между электродами. Эта зависимость характеризуется снижением электрической прочности при увеличении расстояния между электродами при условиях, близких к нормальным и имеет минимум при очень низких давлениях или очень малых расстояниях между электродами.
Разрядный промежуток с электродами типа стержень – плоскость характеризуется существенно меньшей электрической прочностью по сравнению с промежутком с однородным и слабонеоднородным электрическим полем, наличием явления короны и двойным эффектом полярности. При отрицательном стержне корона начинается при существенно меньшем напряжении, чем при положительном, а пробивное напряжение при положительном стержне меньше, чем при отрицательном.
При быстром подъеме напряжения разрядное напряжение оказывается связанным с предразрядным временем, эта зависимость называется вольт-секундной характеристикой изоляционного промежутка. Вольтсекундная характеристика определяется на стандартных грозовых импульсах.
Напряжение перекрытия проходных изоляторов существенно меньше напряжения перекрытия опорных изоляторов при одинаковой длине пути перекрытия.
Контрольные вопросы
1. Дайте определение пробоя и приведите основные величины, его характеризующие.
2. Приведите отличия понятий «пробой диэлектрика» и «пробой изоляции» и отличия их количественных характеристик.
3. Перечислите механизмы пробоя диэлектриков.
4. Сформулируйте закон Пашена. Каковы причины такой зависимости?
5. Почему существует зависимость разрядного напряжения от предразрядного времени?
6. Каковы параметры стандартного грозового импульса?
1.8. Перекрытие изоляции
Перекрытием называют разряд по границе раздела двух сред, чаще всего это граница твердый диэлектрик – газ. Напряжение перекрытия U пер всегда существенно меньше пробивного напряжения U пр чисто газового промежутка с теми же электродами. Основными причинами этого эффекта считают влияние газовых включений между металлом электрода и твердым диэлектриком, влияние микрокапель влаги и накопление объемных зарядов на боковой поверхности изолятора.
Газовые включения между твердой изоляцией и металлом электродов характеризуются повышенной напряженностью электрического поля в газовом включении, определяемой условиями на границе раздела твердый диэлектрик – воздух (рис. 1.5а):
и, поскольку диэлектрическая проницаемость твердого диэлектрика больше, чем диэлектрическая проницаемость воздуха, постольку напряженность поля в воздухе больше напряженности поля в твердом диэлектрике. Ионизация в газовых включениях начинается при сравнительно небольшом напряжении, продукты ионизации выходят на боковую поверхность, накапливаются там, повышают напряженность электрического поля в оставшемся промежутке и облегчают разряд.
Рис. 1.5. Влияние воздушных включений и структура электрического поля
Наличие микрокапель влаги приводит к повышению напряженности поля на краях капель и к перекрытию промежутков между ними при меньшем напряжении, чем при сухой поверхности.
Для увеличения U пер применяют ребристые конструкции изоляторов, увеличивающие разрядный путь.
В опорном изоляторе (рис. 1.5б) электрическое поле часто неоднородно, что дополнительно снижает разрядные напряжения.
Напряжение перекрытия проходного изолятора (рис. 1.5в) обычно в несколько раз меньше напряжения перекрытия опорного изолятора при одинаковой длине пути перекрытия. Связано это с близким расстоянием между разнопотенциальными электродами в проходном изоляторе и большой составляющей напряженности электрического поля, перпендикулярной поверхности твердой изоляции, из-за чего ионизация на фланце изолятора начинается при весьма небольшом напряжении. Большая емкость между каналом разряда и близким внутренним электродом приводит к сравнительно большому емкостному току между каналом разряда и внутренним электродом, что приводит к нагреву канала и большей его стабильности.
РЕЗЮМЕ
Превышение напряжения на изоляции выше критического значения приводит к пробою изоляции. Значение пробивного напряжения зависит от
свойств изоляционного материала, структуры электрического поля в изоляционном промежутке и скорости нарастания пробивного напряжения на промежутке.
Пробой изоляции происходит из-за явлений ударной ионизации, фотоионизации в объеме газа, термической ионизации, эмиссии электронов из катода. В жидкостях особое значение имеют тепловые процессы и наличие примесей, в твердой изоляции при пробое происходят электрические, тепловые и электрохимические процессы.
Пробивное напряжение газового промежутка с однородным и слабонеоднородным электрическим полем зависит от произведения относительной плоскости газа на расстояние между электродами. Эта зависимость характеризуется снижением электрической прочности при увеличении расстояния между электродами при условиях, близких к нормальным и имеет минимум при очень низких давлениях или очень малых расстояниях между электродами.
Разрядный промежуток с электродами типа стержень – плоскость характеризуется существенно меньшей электрической прочностью по сравнению с промежутком с однородным и слабонеоднородным электрическим полем, наличием явления короны и двойным эффектом полярности. При отрицательном стержне корона начинается при существенно меньшем напряжении, чем при положительном, а пробивное напряжение при положительном стержне меньше, чем при отрицательном.
При быстром подъеме напряжения разрядное напряжение оказывается связанным с предразрядным временем, эта зависимость называется вольт-секундной характеристикой изоляционного промежутка. Вольтсекундная характеристика определяется на стандартных грозовых импульсах.
Напряжение перекрытия проходных изоляторов существенно меньше напряжения перекрытия опорных изоляторов при одинаковой длине пути перекрытия.
Контрольные вопросы
1. Дайте определение пробоя и приведите основные величины, его характеризующие.
2. Приведите отличия понятий «пробой диэлектрика» и «пробой изоляции» и отличия их количественных характеристик.
3. Перечислите механизмы пробоя диэлектриков.
4. Сформулируйте закон Пашена. Каковы причины такой зависимости?
5. Почему существует зависимость разрядного напряжения от предразрядного времени?
6. Каковы параметры стандартного грозового импульса?