Частичные разряды и ионизационные пробои в твердой изоляции.

По аналогии с жидкими диэлектриками в твёрдой изоляции имеются местные включения: в виде газовых пор и т.д. Все они являются участками с пониженной электрической прочностью.

Поле поблизости от них может иметь повышенные напряженности по отношению к средней.

Поэтому в этих включениях возникают ионизационные процессы в виде частичных разрядов.

Под их воздействием происходит постепенное местное разрушение твердой изоляции. При развитии частичных разрядов выделяется химически активные и проводящие вещества: озон, окислы N. Они способствуют более быстрому дальнейшему развитию дефекта.  ионизационный пробой твердого диэлектрика.

Каждый частичный разряд заканчивается тем, что происходит перекрытие поры. Пусть каждый единичный частичный разряд, который происходит при достижении напряжения пробоя включения, то возникает частичный разряд. Причём каждый такой единичный частичный разряд сопровождается нейтрализацией некоторого заряда, он превращается в тепло и вспышку света. ∆Q=∆U_вС_в (1). Очевидно, что возникновение разряда приводит к изменению напряжения на электродах всего диэлектрика на некоторую величину U_x; ∆U_х=q_x/C_x (2), где

где q_x – называется кажущимся зарядом единичного частичного разряда._.

 (3)

Изменение напряжения на элементах на величину ∆U_X заканчивается одновременно с погасанием частичного разряда, замыкавшего емкость С_В. В результате из емкости С_А уходит заряд на подзарядку последовательно включенных емкостей С_В и С_Д и напряжений.

 (4)

Т.к. емкости С_В и С_Д неизвестны, а известна емкость С_Х, то согласно рекомендации МЭК (междунар. эл-тех. комиссии), при оценке интенсивности единичного частичного разряда пользуются величиной q_x , измеренного в Кулонах. q_x можно найти замерив ∆U_Х и С_Х с помощью приборов.

При переменном напряжении частичные разряды следуют в виде серии повторяющихся импульсов. Частичный разряд зажигается, когда напряжение на поле достигает величины пробивного напряжения и погасает, когда оно спадёт до напряжения погасания включения. Этот скачок напряжения происходит за 10^-8 с, т.е почти мгновенно.

Отмеченная картинка нарисована для симметричной поры. Под симметрией следует понимать, что пробивное напряжение и напряжение погасания не зависят от полярности приложенного напряжения. Она помогает получить математические выражения.

Определим количество частичных разрядов за ½ периода:

 (5)

 (6), где n_T – количество импульсов в секунду

, учитывая это, перепишем (6).

                (7)

В выражении (7):

U – действующее значение напряжения на всём твердом диэлектрике;

U_Ч.Р. – действующее значение напряжения появления частичных разрядов на всем твердом диэлектрике;

U_ПОГ - действующее значение напряжения на всем твердом диэлектрике, при котором частичные разряды исчезают.

При единичном частичном разряде в газовой поре рассеивается энергия W_Ч.Р.

Эксперименты и расчеты показывают, что U_ПОГ.В=0,9U_ПР.В

 (8)

Правую часть (8) умножим на :

Если мы ∆Q умножим

 (9)

 

Выражение (9) представляет собой энергию, которая рассеивается в единичной поре, но находится через параметры, применяемые к твёрдым диэлектрикам

Мощность в толще твёрдого диэлектрика:

 (энергия в единицу) (10)

 

 (11)

Из (11): мощность потерь на частичные разряды нарастает пропорционально частоте f и приложенного к твердому диэлектрику напряжения. Однако, Р_Ч.Р. увеличивают пропорционально напряжению дискретно.

В реальных конструкциях частичные разряды могут происходить одновременно в большом количестве включений разных размеров и характера. Поэтому Р_Ч.Р. оценивают по средним характеристикам n_СР (среднее число частичных разрядов в секунду) и q_СР (среднее значение кажущегося заряда).

Тогда (10) может быть переписано окончательно:

 (12)

Величина  измеряется в А и называется средним током частичных разрядов. используется для характеристики интенсивности электрических разрядов. Все параметры в (12) определяются с помощью специальных приборов и устройств.