Проблема твердого изолятора

Для твердого изолятора мы иногда слишком сильно на него полагаемся, думая, что с твердым изолятором легко удовлетворить требования к изоляции. Однако часто возникают проблемы, когда при низких напряжениях его характеристики могут быть не очевидными, а при более высоких напряжениях чаще происходит поломка изоляции.

Когда приложенное напряжение достигает определенного порога, напряженность электрического поля в пространстве около электрода с меньшим радиусом кривизны сначала достигает начальной напряженности E0, что приводит к столкновительной ионизации, электронной лавине и даже стримерному разряду в этом локальном районе. Этот частичный разряд, который происходит только в области сильного поля, то есть в пространстве около электрода с малым радиусом кривизны, называется коронным разрядом.

В крайне неравномерном электрическом поле разряд всегда начинается с поверхности электрода с меньшим радиусом кривизны, независимо от полярности этого электрода. Разряд в крайне неравномерном электрическом поле имеет значительные полярные эффекты. В воздушном зазоре "стержень - пластина" с крайне неравномерным электрическим полем напряжение пробоя отрицательной полярности выше, чем напряжение пробоя положительной полярности.

Спик hauptsächlich относится к тонким стенкам, выступам, заусенцам и другим местам, например, к алюминиевым сплавным нагревательным пластинам. Если пластина тонкая и близка к заряженному телу, легко произойдет разряд при высоком напряжении. В таком случае расстояние более 125 мм от 12 кВ недостаточно. То же самое относится к радиаторам тепла с высоким током, а также к монтажным пластинам для сквозных втулок и контактных коробок. Ранее для их формирования использовалось ЧПУ-ступенчатое перфорирование, при котором между круглыми отверстиями и кромками были острые края, которые необходимо избегать.

В вопросе изоляции, особенно для средневолтных выключателей и выключателей-автоматов, известно, что три интерфейса, где устанавливаются изоляционные компоненты, имеют наибольшую напряженность электрического поля.

Не используйте ступенчатую перфорацию ЧПУ-станка для перфорации монтажных отверстий, так как это может привести к образованию зубчатых кромок. Они должны быть как можно гладче.

Твердая изоляция эквивалентна двум разным изоляционным средам, соединенным последовательно в электрическом поле. Напряжение делится по емкости каждой среды, а напряженность электрического поля вычисляется на основе разделенного напряжения. Если конденсаторы одинакового размера имеют высокую диэлектрическую постоянную и емкость, то делитель напряжения будет мал. То есть твердая изоляция, которая должна была быть основным элементом, может выдерживать малое напряжение, что увеличивает напряжение, которое должна выдерживать воздушная изоляция. Однако напряженность электрического поля превышает допустимую напряженность электрического поля воздушной изоляции, что вызывает пробой.

Крайний пример выглядит следующим образом: расстояние между электродом внутри стержня и изоляционным цилиндром составляет 5 мм, толщина эпоксидно-каучукового изоляционного слоя - 15 мм, а расстояние между стержнем и механизмом - 50 мм. Простой расчет выглядит следующим образом: воздушное расстояние 5 + 50 = 55 мм, импульсное напряжение сопротивления 40,5 кВ - 185 кВ. Рассчитано на основе диэлектрической постоянной эпоксидной смолы, равной 4,5. Разделенное напряжение между воздухом составляет 185 / (55 × 4,5 + 15 × 1) × (55 × 4,5) = 174,4 кВ.

То есть, 15-миллиметровый эпоксидно-каучуковый изоляционный слой может выдерживать только напряжение 10,6 кВ. Как известно, для 40,5 кВ требуется воздушный зазор в 300 мм. Теперь расстояние 55 мм недостаточно для выдерживания 174 кВ. 175 / 55 = 3,18 кВ, что превышает допустимое напряжение для электрического пробоя воздуха и приведет к разряду. Нам нужно увеличить воздушный зазор и не полагаться на твердую изоляцию. В этот момент области с концентрацией электрического поля, такие как острие, неизбежно вызовут разряд.

Частичный разряд также вызывается высокой напряженностью электрического поля из-за емкостного деления напряжения, что приводит к повторяющимся пробойным разрядам. Частичный разряд - это явление разряда, которое происходит в локальной области изолятора под действием электрического поля, в то время как общий участок изолятора не проходит полный пробой и по-прежнему сохраняет свои изоляционные свойства. В переменном электрическом поле распределение напряженности электрического поля обратно пропорционально диэлектрической постоянной. Поэтому, если в твердом диэлектрике есть пузырьки, диэлектрическая постоянная воздуха примерно в 1/4 раза меньше, чем у изоляционных материалов. Следовательно, напряженность электрического поля внутри пузырька выше, чем в окружающем диэлектрике, а электрическая прочность пузырька намного ниже, чем у твердого тела. Поэтому пузырь разряжается первым, в то время как другие диэлектрики по-прежнему сохраняют изоляционные свойства, что образует частичный разряд.

По мере увеличения напряжения частичный разряд одинакового размера становится более интенсивным. Это частично связано с увеличением напряжения в устройствах с более высоким напряжением, частично с наличием большего напряжения и частично с геометрическими формами. Грубое правило может заключаться в линейном взвешивании уровня напряжения. Поэтому разряд мощностью 50 пК в системе 33 кВ в три раза более разрушителен, чем разряд одинакового размера в системе 11 кВ.