Теоретичні положення. У практиці експлуатації, при конструюванні і виготовленні високовольтного електроустаткування необхідно враховувати можливість впливу на нього перенапруг

У практиці експлуатації, при конструюванні і виготовленні високовольтного електроустаткування необхідно враховувати можливість впливу на нього перенапруг, викликаних розрядами атмосферної електрики. Такі впливи супроводжуються виникненням імпульсних хвиль напруги, що приводять до електричного пробою ізоляції електроустаткування. Тому необхідно знати імпульсну електричну міцність ізоляційних проміжків, що у даний час визначається винятково на підставі експериментальних даних.

Імпульсний електричний пробій газових проміжків розвивається за тим же принципом, що й електричний пробій під дією постійної або змінної напруги. Однак амплітуда напруги при імпульсному електричному пробої іскрового проміжку може істотно перевищувати постійну пробивну напругу того ж проміжку. Цей ефект пояснюється тим, що передрозрядний час хвилі імпульсної напруги може дорівнювати часу, необхідному для формування повного перекриття іскрового проміжку, який залежить від амплітуди напруги, що прикладається. У цьому випадку, щоб забезпечити формування каналу електричного пробою за передрозрядний час імпульсу, потрібно збільшити амплітуду прикладеної імпульсної напруги. У лабораторних умовах ізоляційні проміжки випробовуються повними і зрізаними імпульсами напруги. Основними часовими параметрами імпульсу є:

– для повного – тривалість фронту Т_ф та імпульсу Т_і;

– для зрізаного імпульсу – передрозрядний час Т_с.

У стандартних імпульсів, які застосовуються для перевірки ізоляції електроустаткування, часовими параметрами є: Т_ф = 1,2 ± 0,36 мкс; Т_і = 50 ± 10 мкс; Т_с = 2–5 мкс. Ці параметри визначаються графічно (рис. 4.1).

У випадку дослідження ізоляційного проміжку повним імпульсом, його пробій супроводжуватиметься зрізом імпульсу з передзарядним часом Т_с (рис.4.1,б). Величина Т_с залежить від часу запізнювання розряду Т_з,який визначається як інтервал часу від моменту досягнення імпульсом амплітуди пробивної напруги випробовуваного проміжку U₀ при впливі постійної або змінної напруги, до моменту зрізу імпульсу (рис.4.1,б). Час запізнювання розряду

Т_з = Т_ст + Т_ф, (4.1)

де Т_ст – статистичний час, необхідний для появи першого ефективного електрона, здатного почати іонізацію газу;

Т_ф – час формування електричного розряду, що приводить до повного пробою проміжку.

а

б

Рис. 4.1. Імпульс напруги (ГОСТ 1516–76): а– повний;б–зрізаний

Час запізнювання розряду в однорідних електричних полях визначається величиною Т_ст, у неоднорідних – Т_ф. Експериментальне дослідження величини Т_з воднорідних і неоднорідних електричних полях приводить до співвідношення:

Т_з.н > Т_з.о, (4.2)

де Т_з.н, Т_з.о – час запізнювання розряду відповідно в неоднорідному і однорідному електричних полях.

Нерівність (4.2) визначає різницю між статичною й імпульсною електричною міцністю газових проміжків в однорідних і неоднорідних електричних полях.

Імпульсна електрична міцність проміжків характеризується вольт–секундною характеристикою, що встановлює зв’язок між амплітудою імпульсу, виміряною за 50%–ним методом, при впливі якої спостерігається пробій міжелектродного проміжку з ймовірністю 50%, і часом розряду. Експериментально величина U_50% визначається при впливі на проміжок імпульсів генератора імпульсних напруг (ГІН).

Амплітуда імпульсів ГІН регулюється так, щоб половина їхньої вибірки приводила до іскрового розряду. Для вимірювання U_50% можуть застосовуватися кульові розрядники, максимальна відстань між якими в момент розряду не перевищує їхнього діаметра. У цьому випадку електричне поле, що утвориться між ними, близьке до однорідного, що забезпечує практичну незалежність амплітуди пробивної напруги розрядників від тривалості імпульсу, який прикладається.

Вимірювання амплітуд пробивної статичної напруги U₀та імпульсної напруги U_50% дозволяє визначити коефіцієнт імпульсу ізоляційного проміжку, який характеризує імпульсну міцність:

. (4.3)

В однорідних електричних полях ß = 1, у неоднорідних – ß > 1.