Разряд в газе вдоль поверхности твердого диэлектрика

Для многих изоляционных конструкций характерно сочетание газовой изоляции с твердым диэлектриком. Наличие твердого диэлектрика, у которого при нерациональной конструкции ЭУ может привести к значительной неоднородности поля между электродами, т.е. усиление Е в газе вблизи поверхности твердого диэлектрика и в его толще. Даже при однородном поле пробой такого промежутка может произойти при разрядном U меньше чем у чисто воздушного промежутка, т.к. на поверхности тв диэлектрика всегда имеется адсорбируемая влага, которая содержит ионы(+) и ионы(-). Другой не менее важной причиной снижения Эл прочности является неполное прилегание электродов к поверхности твердого диэлектрика. Следовательно возникают ионизационные процессы. Для устранения этих явлений используются цементирующие замазки, мягкие прокладки, металлизация поверхности тв.диэл. в области контакта с электродом . При неоднородном поле и при быстро меняющемся U перекрытие диэлектрика вдоль поверхности может возникать при очень малой средней напряженности поля. Объясняется это специфической картиной поля конструкций.

При таком распределении напряженности Эл. поля даже при малых U, вблизи электродов возникает коронный разряд. При увеличении U в газовых промежутках возникают стримеры. Канал стримера всегда отделен от поверхности тв диэлектрика слоем газа и не касается его. Сильная неравномерность Эл. поля приводит так же к тому, что разогрев канала стримера до определенной t, при которой начинается термоионизация происходит при очень малой длине стримера. В воздухе, при длине стримера 5-10 см возникает лидер (лидерный канал). Лидер-это развитие из стримера искрового канала, такие явления могут развиваться только при быстроменяющемся U. При медленноменяющемся U этого не происходит, возникникает корона образуется объемный заряд, который оседает на поверхности тв диэлектрика (объемный заряд выравнивает напряженность у электродов и вдоль поверхности твердого диэлектрика).

Напряжение перекрытия таких конструкций можно вычислить по формуле:   (кВ)

k-коэф, зависящий от скорости нарастания U.

Напряжение и напряженность может быть вычислена и теоретически, если нарисовать схему такой конструкции:

С₁- удельная емкость поверхности тв диэл относительно нижнего электрода;

С₂- взаимная удельная емкость соседних поверхностей диэл.

r₁– сопротивление столба тв диэлектрика с единичной площадью;

r₂– удельное поверхностное сопротивление.

d-толщина тв. диэлектрика

Если к электродам Э1 и Э3 приложено sin U, то распределение U вдоль оси X определяется формулой:  (1);  

(2);

Дифференциальная напряженность вдоль поверхности тв диэлектрика может быть вычислена:

(3)

При Х=0 наблюдается максимум Е(х): Е(х)=Ug×cth(gl ) (4)

Коронный разряд возникает когда Е=Е_к , тогда  (5)

Разряд по поверхности носит скользящих характер, что крайне не желательно для ЭУ, т.к. в воздухе образуются химически активные вещества (окислы азота, озон), которые разрушают изоляцию. Кроме того на изоляцию и электроды неблагоприятно воздействуют высокая t⁰ стримеров. Основной метод борьбы – применение полупроводниковых покрытий, которые повышают поверхностную проводимость вблизи электродов и тщательная отчистка частей от выступов, применение экранов.