Электрическая прочность сжатых газов в равномерных и слабо неравномерных полях существенно зависит от степени шероховатости электродов. Даже при наиболее тщательно обработанных электродах можно добиться значительного повышения первоначального пробивного напряжения путем многократных разрядов. Очевидно, что при производстве электрических аппаратов столь высокая степень обработки поверхностей, как в лабораториях, совершенно исключена.
Покрытие поверхности электродов тонким слоем твердого диэлектрика может исключить или свести к минимуму влияние условий на поверхности электродов [29]. Так, например, при исследовании электрической прочности промежутков в элегазе между цилиндрическими электродами было обнаружено, что при обработке электродов по классу точности 3, пробивное напряжение уменьшилось на 23% по сравнению с прочностью при полированных электродах. Однако при наложении на грубо обработанный электрод пяти слоев полиэтиленовой пленки толщиной 0,04 мм электрическая прочность промежутка повышается до уровня полированных электродов. Наложение же изоляции на полированный электрод практически не вызвало повышения электрической прочности промежутка [28]. Импульсное пробивное напряжение, как отмечается в [30], также не зависит от чистоты обработки поверхности электродов при покрытии их тонким слоем полиэтиленовой пленки. При этом обеспечиваются такие условия соприкосновения электрода с распорками, в частности коническими, при которых разрядное напряжение поднимается до уровня пробивного и короны практически не возникает.
Существенное повышение импульсного разрядного напряжения при изолировании проводов обнаружил В. Н. Борин [31]. В этой работе автор указывает, что эффективность изолирования различна для волн положительной и отрицательной полярностей, причем она зависит от толщины слоя изоляции.
Кривые разрядного напряжения в зависимости от толщины слоя изоляции для импульсов различной полярности пересекаются. Точка пересечения кривых, очевидно, дает оптимальное значение толщины изоляции, выполненной из данного материала.
Рис. 18. Влияние покрытия электрода эпоксидной смолой на характер распределения электрического поля и градиента пробивного напряжения: а — эквипотенциальные линии электрического поля при непокрытом смолой электроде; б — эквипотенциальные линии электрического поля при покрытии электрода смолой; в — кривые градиента
1 — без покрытия; 2 — с покрытием
Большие перспективы с точки зрения повышения пробивного, разрядного и начального напряжений или соответствующего уменьшения габаритов устройства может иметь эпоксидная литая изоляция [29]. Выбирая соответствующие размеры и формы залитых смолой участков, можно, используя разницу в значениях диэлектрической постоянной газа и смолы, существенно влиять на распределение электрического поля в изоляционном промежутке. Схематически это показано на рис. 18. На рис. 18, а показан электрод небольшого радиуса, расположенный перпендикулярно к заземленной металлической плите. В этом случае максимальный градиент имеет место в точке А. На рис. 18,б конец этого электрода покрыт эпоксидной смолой. Максимальный градиент электрического поля при этом перемещается в точку В. На рис. 18,в показаны кривые изменения величины градиента между точками А и С для обоих рассмотренных случаев. Из рисунка видно, что применение покрытия из твердого изоляционного материала с большим коэффициентом диэлектрической проницаемости снизило максимальное значение градиента и повысило минимальное. Градиент напряжения в точке В при переходе из одной среды в другую изменяется на величину ε = 4,7.
Электрическая прочность смесей элегаза с другими газами.
Рис. 19. Зависимости градиента пробивного напряжения от объемного содержания элегаза в смеси его с воздухом (диаметр наружного электрода D=50 мм)
В некоторых случаях, в особенности в тех, когда газ используется только в качестве изоляционной и охлаждающей среды, может оказаться, что целесообразно использовать не чистый элегаз, а его смесь с другими газами. Применение смеси может быть целесообразно, во-первых, в случае необходимости расширить нижний предел рабочих температур газонаполненного оборудования.
При смешивании элегаза, например, с азотом, имеющим очень низкую температуру сжижения, допустимая рабочая температура смеси, несколько понижается. Во- вторых, в резко неоднородных полях при давлении рс наблюдается спад пробивного напряжения. В смесях область пониженной электрической прочности может переместиться за пределы рабочего давления [32]. Для этого парциальное давление азота следует выбирать таким, при котором область максимума кривой его прочности совпадает с областью минимума для элегаза.
Таблица 3
В работе [33] приводятся результаты исследования смесей элегаза с воздухом с целью отыскания наиболее благоприятной газовой среды для применения ее в трансформаторах. Автор этой работы считает оптимальной смесь, в которой к элегазу при раб=2 кГ/см2 добавлен азот при парциальном давлений Раб= 1 кГ/см2. Отношение электрической прочности этой смеси, имеющей общее давление раб= 3 кГ/см2, к электрической прочности чистого элегаза kCM при раб= 3 кГ/см2 приведено в табл. 3.
Рис. 20. Зависимости разрядного напряжения между кольцевыми электродами от объемного содержания элегаза в смеси его с воздухом
Таблица наглядно показывает, что при уменьшенном на 1/3 количестве элегаза электрические характеристики практически не ухудшились. Налицо экономическая целесообразность применения смеси.
Пониженное давление элегаза, кроме того, желательно для обеспечения работы аппарата, не имеющего системы подогрева, в условиях, близких к арктическим. Указываются и другие причины применения и исследования смесей различных газов.
Зависимость градиента пробивного напряжения между цилиндрическими электродами от объемного содержания элегаза в смеси его с воздухом приведена на рис. 19 (данные ЛПИ). Как видно, значительная примесь воздуха в пределах до 25% очень мало влияет на электрическую прочность промежутка. Добавление же к воздуху 2—3% элегаза, как видно из рис. 20 (данные ЛПИ), существенно повышает разрядное напряжение.
