Тема: ИССЛЕДОВАНИЕ СТРИМЕРНО-ЛИДЕРНЫХ ПРОЦЕССОВ В ВОЗДУХЕ ПРИ НАЛИЧИИ БАРЬЕРНОЙ ИЗОЛЯЦИИ

В сильных электрических полях возможны процессы, в которых газообразные диэлектрики перестают играть роль электрической изоляции. Так, при достижении определенного значения напряженности электрического поля, возникает явление электрического пробоя, в частности – искрового пробоя. Искровой электрический пробой, а также предшествующие ему стадии лавинного, стримерного и лидерного разряда, с точки зрения физики - это прежде всего потеря промежутком между электродами изоляционных свойств и возникновение между ними проводящего канала. Данный процесс нарушает нормальное функционирование высоковольтных устройств, вследствие чего существует актуальная задача: суметь предсказать и предотвратить появление разрядной активности.
Наличие твердых диэлектрических элементов влияет на разрядные процессы. В высоковольтных устройствах диэлектрические барьеры используются для защиты системы от пробоев, влекущих повреждение деталей и нарушение работы самого аппарата. Они препятствуют развитию стримеров и осложняют стримерно-лидерный переход.
Создаваемая таким образом «барьерная изоляция» позволяет снизить напряжение пробоя при неизменном межэлектродном расстоянии, что важно для создания компактных высоковольтных устройств. Однако, как будет показано в данной работе, барьерная изоляция не всегда повышает напряжение пробоя – возможен и противоположный результат, облегчающий стримерно-лидерный переход.
Вследствие наличия множества форм диэлектрических барьеров, а также различного их расположения относительно оборудования, они не всегда удовлетворяют необходимым требованиям защиты высоковольтных устройств, что ведет к появлению разрядной активности. Использование существующих методов по определению напряжения пробоя в воздухе для систем с наличием барьерной изоляции также стоит под вопросом. C научной точки зрения, влияние различных форм барьерной изоляции изучено слабо – природа и характеристики процессов известны далеко не полностью. Знание же этой информации поможет производить более выгодную и электропрочную изоляцию, не допускающую развития нежелательной разрядной активности, а также более точно давать оценку выдерживаемых напряжений.
Самые простые конфигурации диэлектриков уже изучены, однако, остается открытым вопрос существования специфических «опасных» конфигураций, информации о которых на данный момент мало. Таковы, в частности, случаи наличия узких воздушных каналов, а также зазоров различной ширины в диэлектрике. В данной работе были поставлены эксперименты с использованием таких конфигураций, а именно рассматривались следующие типы барьерной изоляции: один или два (образующие воздушный зазор) барьера, расположенные перпендикулярно заземленной горизонтальной плоскости вдоль возникновения разрядной активности; барьерная изоляция, образующая зазор, расположенный параллельно заземленной горизонтальной плоскости; барьер, имеющий «канал» - протяженную выемку. Таким образом, изучалось влияние диэлектрических барьеров, расположенных в системе высоковольтный электрод-сфера – заземленная плоскость, на напряжение стримерно-лидерного перехода, на поведение и характеристики стримеров и лидеров, при воздействии на систему стандартного грозового импульса.
Общие методы испытаний при наличии барьерной изоляции, условия проведения этих испытаний и требования к объекту испытания, а также рекомендации по оценке результатов испытаний в данной работе проводятся согласно ГОСТ 1516.2-97, что важно для достоверности полученных результатов и дальнейшего их использования в других работах.
Актуальность работы связана с вопросами использования барьерной изоляции для предотвращения нежелательной разрядной активности. Учитывая стремление сделать высоковольтные устройства более компактными, широких воздушных промежутков в них почти не остается; в таких условиях представляет интерес тот факт, что ограничение воздушного промежутка между электродами твердым диэлектриком может не повышать, а снижать напряжение пробоя. Важным вопросом является получение новых закономерностей и рекомендаций для воздушных зазоров в высоковольтной изоляции.
Таким образом, можно выделить основную цель работы:
- Выявить влияние воздушных зазоров в барьерной изоляции различной конфигурации на напряжение пробоя, на поведение стримеров и лидеров в воздухе, при воздействии на систему стандартного грозового импульса.
Для достижения данной цели, ставятся следующие задачи:
- Накопление экспериментальной базы данных по особенностям предпробойных и пробойных процессов при наличии воздушных зазоров между твердыми диэлектрическими элементами в воздухе при воздействии на систему грозовыми импульсами напряжения;
- Объяснение результатов экспериментов, с привлечением компьютерного моделирования;
- Выработка рекомендаций по выбору воздушных зазоров в высок
Купить

Результаты проведенных экспериментов с привлечением компьютерного моделирования для визуализации и объяснения полученных результатов показали, что наличие воздушных зазоров в барьерной изоляции влияет на разрядные процессы в воздушном пространстве при воздействии на систему стандартным грозовым импульсом напряжения:
- при наличии одного или двух твердых диэлектрических барьеров, расположенных вдоль пути распространения разрядной активности и перпендикулярно заземленной плоскости по сравнению со случаем отсутствия барьеров, характерно: уменьшение до 11% (и увеличение в определенном интервале расстояний барьер-электрод для двух барьеров до 6%) напряжения пробоя; уменьшение длины стримеров, если они не достигают противоэлектрода; уменьшение наведенных токов стримеров. Данные эффекты вызваны, скорее всего, искажением электрического поля поверхностными зарядом, напыляемым стимерами на барьеры – уменьшению напряженности вблизи активного электрода и увеличению вблизи заземленной плоскости. Выявлено, что использование критериев, предсказывающих возникновение стримерно-лидерного перехода в воздушном пространстве для системы с наличием барьеров, может приводить к ошибке до 11%;
- при наличии воздушного зазора между барьерами, расположенными перпендикулярно пути распространения разрядной активности и параллельно горизонтальной заземленной плоскости характерно: уменьшение напряжения пробоя при уменьшении высоты зазора до 18%; лидерный канал направлен преимущественно в сторону зазора;
- при наличии «канала» в барьерной изоляции, расположенного перпендикулярно пути распространения разрядной активности и параллельно горизонтальной заземленной плоскости, характерно: падение напряжения пробоя до значения, определяющегося «минимальной» толщиной барьера, при увеличении ширины канала; траектория лидера, совпадающая с направлением канала.
Выявлена общая для всех рассмотренных систем закономерность – наличие воздушных зазоров порядка нескольких сантиметров и меньше между твердыми диэлектрическими элементами приводит к снижению напряжения стримерно-лидерного перехода. Таким образом, использование рассматриваемых конфигураций твердых диэлектрических элементов в барьерной изоляции сопровождается с риском возникновения нежелательной разрядной активности, которая может привести к повреждению высоковольтных устройств и используемой изоляции
Купить