Внешняя изоляция ввода — это промежуток в атмосферном воздухе вдоль поверхности верхней части изоляционного тела (2 на рис. 1) Электрическая прочность такого элемента внешней изоляции зависит от геометрических размеров промежутка (подробнее см. ниже), от плотности воздуха и, наиболее сильно, от состояния поверхности изоляционного тела.
Плотность воздуха, определяемая давлением и температурой, относительно слабо влияет на разрядное напряжение по поверхности верхней части ввода. Регулярные и случайные изменения давления и температуры воздуха в районах, расположенных на высоте до 1000 м над уровнем моря, вызывают изменения разрядных напряжений в пределах ±10—15 %, не более.
При чистой или загрязненной, но сухой поверхности верхней части изоляционного тела электрическое поле внешней изоляции определяется законами электростатики. При отсутствии средств регулирования поле, как уже отмечалось, получается резко неоднородным. При использовании средств регулирования — слабо неоднородным. В обоих случаях главный геометрический размер, определяющий разрядное напряжение — это высота верхней части изоляционного тела (точнее, наикратчайшее расстояние по воздуху от верхнего экрана до втулки). При современных средствах регулирования электрического поля разрядное напряжение внешней изоляции почти линейно зависит от высоты верхней части изоляционного тела. При этом средние разрядные напряженности составляют 3,0—3,5 кВ/см при воздействии напряжения промышленной частоты (50 Гц).
В случае загрязненной и увлажненной поверхности изоляционного тела картина резко меняется. Увлажнение слоя загрязнения мокрыми атмосферными осадками приводит к резкому увеличению проводимости этого слоя. Распределение напряжения вдоль поверхности изоляционного тела определяется теперь только распределением загрязнения и может быть различным, в том числе, и слабо неоднородным. Но радикально изменяется механизм развития разряда в воздухе вдоль поверхности изоляционного тела.
Сравнительно большой ток утечки по загрязненной и увлажненной поверхности ввода вызывает значительные тепловыделения и рост интенсивности испарения влаги. При определенных условиях на поверхности образуются, так называемые, сухие пояски — полностью осушенные участки длиной 1,0— 1,5 см, сопротивление которых много больше, чем участков, оставшихся увлажненными. Происходит перераспределение напряжения вдоль поверхности ввода: почти все приложенное к вводу напряжение приходится на сухие пояски, поэтому происходит перекрытие этих участков и над ними возникают частичные дуговые разряды (ЧДР).
Далее возможны два варианта развития процесса. При относительно небольшом токе утечки, проходящим через канал ЧДР, разряд оказывается неустойчивым и быстро (доли секунды) гаснет сухой участок вновь увлажняется мокрыми осадками и весь процесс повторяется. Таким образом, возникают перемежающиеся ЧДР (многократные зажигания и погасания дуговых разрядов), которые при неизменных внешних условиях могут существовать часами. Полное перекрытие внешней изоляции при этом не происходит. Однако, такой режим опасен тем, что ЧДР развиваются вблизи поверхности изоляционного тела и, вследствие высокой температуры в канале ЧДР, эти разряды могут разрушать поверхность изоляционного тела, образуя на ней черные, проводящие (обугленные), разветвленные следы — треки. Появление треков вызывает резкое снижение разрядного напряжения в воздухе вдоль поверхности ввода. Поэтому внешняя часть вводов, предназначенная для работы на открытом воздухе, должна выполняться из трекингостойких (стойких к воздействию ЧДР) материалов. К их числу принадлежат фарфор, стекла, кремнийорганические резины и еще ограниченный круг изоляционных материалов.
При относительно большом токе утечки (соответственно, при сильном загрязнении) ЧДР горит устойчиво и быстро увеличивается в длине (со скоростью до 50 м/с) и процесс завершается полным перекрытием поверхности изоляционного тела ввода.
Такой процесс развития разряда в воздухе является сравнительно длительным, так как включает такие медленные стадии, как нагрев слоя загрязнения и образование сухих поясков. Поэтому он возможен только при длительных воздействиях напряжения, т.е. при рабочем напряжении. Разрядные напряжения получаются при этом наименьшими, они в несколько раз ниже, чем при грозовых и коммутационных импульсах.
Экспериментальным путем и теоретически установлено, что разрядные напряжения в воздухе вдоль загрязненной и увлажненной поверхности изолятора пропорциональны длине пути утечки по этой поверхности и зависят от удельной поверхностной проводимости увлажненного слоя загрязнения. Важным средством повышения разрядного напряжения в условиях загрязнения и увлажнения наружной поверхности ввода является создание на изоляционном теле ребер, увеличивающих длину пути утечки без увеличения высоты Яв конструкции.
Для обеспечения достаточно малой вероятности перекрытия по загрязненной и увлажненной поверхности ввода при рабочем напряжении нормирована удельная длина пути утечки по поверхности, т.е. длина пути утечки на единицу наибольшего рабочего (линейного) напряжения ввода. Нормированные значения удельной длины пути утечки зависят от степени загрязнения атмосферы в месте работы изоляционной конструкции.
Важная особенность внешней изоляции — ее способность к полному восстановлению электрической прочности после пробоя (перекрытия) и быстрого отключения.
