Частичные разряды во внутренней изоляции

Частичными разрядами называются разрядные процессы, развивающиеся под действием приложенного напряжения на части изоляции. Наиболее интенсивный характер ЧР имеют в резко неоднородных полях на ослабленных участках изоляции – в газовых включениях. Такие участки возникают при технологических дефектах или механических повреждениях изоляции.

Для выяснения сущности ЧР воспользуемся схемой замещения изоляции (рис. 3.3б).

Рис. 3.3 – Изоляция с повреждением (а) и ее схема замещения (б)

Частичные разряды в воздушном включении толщиной  (рис. 3.3а) возникнут, если напряжение на промежутке  будет равным или большим некоторого критического значения , при котором возникают ЧР . Если к изоляции приложено внешнее синусоидальное напряжение , при котором возникают ЧР на промежутке , то

.                             (3.3)

Тогда напряжение, приложенное к изоляции, при котором возникают ЧР на промежутке  из последнего выражения будет

.                 (3.4)

Так как , то  и для емкостей  и  можно записать

, и ,                   (3.5)

а напряжение возникновения ЧР, приложенное к изоляции, будет

,                             (3.6)

где  и  – соответственно диэлектрическая проницаемость материала диэлектрика и газового включения;

 – максимальная площадь в поперечном сечении газового включения.

В случае неоднородного поля

.                            (3.7)

Из последнего выражения следует, что увеличить значение разрядного напряжения  можно путем увеличения , т.е. пропиткой или более плотной намоткой изоляции.

Разряд в воздухе наступает при минимальном напряжении , следовательно

.     (3.8)

При воздействии синусоидального напряжения (рис. 3.4) ЧР могут возникать многократно в течение полупериода, если напряжение на газовом включении , и погасать, если , где  – напряжение погасания частичного разряда.

Если значения  и  не зависят от полярности, то число ЧР в единицу времени будет

,                                 (3.9)

где  – воздействующее на изоляцию напряжения;

.

При наличии в изоляции нескольких газовых включений

.                              (3.10)

Выделяющаяся в канале энергия  идет на разрушение изоляции

.                     (3.11)

При оценке интенсивности ЧР пользуются величиной кажущегося заряда  единичного частичного разряда, который связан с нейтрализующимся при каждом частичном разряде зарядом, приводящим к уменьшению напряжения на электродах на величину

,                                (3.12)

где  – емкость всего диэлектрика.

Также для оценки интенсивности пользуются величиной среднего тока ЧР , где  – число разрядов в секунду.

Разрушение изоляции имеет место, если . Начальные ЧР возникают при  для бумажно-масляной изоляции (БМИ) и  для маслобарьерной (МБИ). Эти разряды возникают в местах с сильно неоднородным полем и, хотя не вызывают разрушения изоляции, но увеличивают  и количество растворенных газов, особенно в МБИ и БМИ, что в конечном итоге может привести к тепловому пробою. При  ЧР могут привести к пробою и считаются критическими. Такие ЧР недопустимы.

В сплошных изоляционных конструкциях (МБИ и БМИ) ЧР могут возникать вдоль поверхности твердой изоляции. В этом случае на поверхности могут возникать проводящие ветвистые каналы (дендриты), длина которых при перенапряжениях может увеличиться, что в конечном итоге приведет к пробою или перекрытию изоляции по поверхности. Эти процессы наиболее интенсивно развиваются в неоднородном электрическом поле и в том случае, если барьеры расположены не перпендикулярно силовым линиям электрического поля. Такие разряды могут возникать и в щелях между твердой изоляцией.