И увлажненной поверхности изоляторов

Загрязнение 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 (особенно в районах с развитой промышленностью), 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.2.8.[1]. При этом будем считать, что увлажненное загрязнение или дождевая вода образовали на поверхности слой толщиной Δ с удельным объемным сопротивлением ρ_п .

Рис.2.8. Воздушный промежуток с диэлектриком,

поверхность которого загрязнена или

смачивается дождем

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

,

где l – расстояние от одного из электродов до элементарного участка dl, определяемое вдоль поверхности по линии тока;

L_У – полная длина утечки по поверхности изолятора;

D(l) – диаметр цилиндра диэлектрического тела изолятора, зависящий от расстояния l.

Примем далее для простоты, что слой загрязнения (или воды) равномерный, т.е. Δ и ρ_п не зависят от l. Тогда выражение для R_У можно записать в виде:

,

где - 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 и случайного характера падения капель дождя, поверхность нагревается неравномерно и скорость испарения влаги на отдельных участках разная. Если скорость испарения на наиболее нагретом участке выше скорости поступления влаги, то поверхность изолятора на этом участке высыхает, его сопротивление резко увеличивается, поэтому падение напряжения на этом участке резко возрастает. Происходит перекрытие участка с образованием частичной дуги длиной в несколько миллиметров.

Ток в канале дуги ограничивается сопротивлением остальной части поверхности изолятора. При малой длине частичной дуги R_У практически сохраняет 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 (перемежающихся) дуг не означает нарушения электрической прочности промежутка. Однако, длительное воздействие перемежающихся дуг на 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 50м/с – растягивается и перекрывает весь изоляционный промежуток. Следовательно, перекрытие промежутка вдоль смачиваемой дождем или загрязненной и увлажненной поверхности изолятора происходит, если ток утечки по поверхности изолятора достаточен для подсушки участка поверхности и для образования устойчивой частичной дуги.

Очевидно, чем больше сопротивление утечки 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 по поверхности. Приближенно можно оценить величину U_р по формуле:

,

где К₁ – экспериментально определяемый коэффициент.

Формула является приближенной, однако она достаточно правильно отражает зависимость U_р от полной длины утечки L_У и удобна для оценки влияния U_р на конструкции изоляторов и условия их работы.

Очевидно, что рассмотренный механизм перекрытия изоляции связан с относительно медленным процессом подсушки поверхности изолятора, 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 в 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.