Обычно в ВЧ ИК внутренней установки используются электродные системы, образующие некоронирующие воздушные промежутки. Для таких промежутков при частотах до нескольких мегагерц в гл. 2 и 4 приведены экспериментальные данные и ряд расчетных методик, которые позволяют определить их вольт-частотные характеристики. В гл. 2 предложены подходы к расчетам, а также снижения начальных (пробивных) напряжений воздушных промежутков.
В изоляционных конструкциях ВЧ установок встречаются воздушные промежутки с различной конфигурацией электродов. Электродами могут служить шины, пластины, диски с различными радиусами закругления кромок, трубы и тросы различных диаметров. Сочетания указанных элементов образуют воздушные промежутки с различной степенью неоднородности электрического поля.
При разработке изоляционной конструкции в ней применяется ряд электродных систем, формы и размеры которых определяются как конструктивно-технологическими требованиями, так и условиями максимально возможного снижения неоднородности электрического поля.
Выбор оптимальных размеров воздушных промежутков осуществляется при решении задач координации изоляции (см. параграф 8-1). В отдельных случаях, например, для фидеров АФС необходимо обеспечивать и такой рабочий параметр, как волновое сопротивление.
Рис. 8-12. Стилизованная вольт- частотная характеристика воздушного промежутка длиной fкр1 const
Для решения задач координации изоляции на стадии разработки изоляционной конструкции необходимо знать начальные (пробивные) напряжения воздушных промежутков. Так как для всего многообразия электродных систем в рабочих диапазонах частот практически невозможно иметь разрядные вольт-частотные характеристики, то идут по пути эквивалентирования реальных воздушных промежутков типовыми промежутками: между цилиндрическими электродами с параллельными и перпендикулярными осями; с коаксиальными электродами; цилиндр-пластина с определенным радиусом скругления торца пластины; конус—конус; конус—плоскость; шар—шар; шар—плоскость и т.д. Для таких промежутков, как отмечалось в гл. 2 и 4, предложены расчетные методики определения разрядных напряжений, а также результаты их измерений.
Вольт-частотную характеристику разрядного промежутка в диапазоне частот ниже fкр3 можно представить в виде ступенчатой кривой, показанной на рис. 8-12. При частотах выше вводится первый коэффициент снижения начальных (пробивных) напряжений как отношение минимального значения начального напряжения Uн1 к значению начального напряжения при низких частотах Uн:
Для ВЧ ИК наружной установки определяющими для выбора воздушных промежутков являются их разрядные характеристики при дожде.
Пробивные напряжения воздушных промежутков под дождем ниже, чем пробивные напряжения в сухих условиях. Например, по данным гл. 4 при увеличении частоты с 50 Гц до 1,5 МГц для промежутка между проводами пробивные напряжения под дождем уменьшаются в 3—4 раза (рис. 4-24). Оценки показывают, что для ВЧ ИК наружной установки размеры воздушных промежутков должны превышать в 5 и более раз размеры воздушных промежутков ВЧ ИК внутренней установки.
Следует подчеркнуть, что разрядные характеристики воздушных промежутков под дождем, необходимые для решения задач координации изоляции наружной установки, определяются экспериментально (см. гл. 4).
В качестве примера рассмотрим влияние коронного разряда и пробоя под дождем на выбор тороидальных экранов оттяжечных антенных изоляторов.
При осадках, например, при дожде на поверхности экранов, металлической арматуры, изоляторов образуются капли и струйки воды, на которых существенно возрастает напряженность электрического поля. Это может привести и часто приводит при высоких частотах к возникновению и существованию устойчивого коронного разряда при рабочих напряжениях на поверхности экрана.
Как отмечалось выше, в ВЧ установках высокого напряжения существование короны обычно в стримерной и кистевой формах допускать нельзя.
Неучет влияния осадков при выборе экранов, предназначенных для работы в высокочастотных установках, может привести к образованию стримерной или кистевой короны при рабочем и даже более низком напряжении, что недопустимо.
Высокочастотный коронный разряд имеет ряд существенных особенностей по сравнению с коронным разрядом при напряжении промышленной частоты. С ростом частоты происходит:
изменение формы коронного разряда и снижение начального напряжения;
значительное повышение температуры воздуха в области коронирования и канале короны;
преобразование коронного разряда в длительно существующий высокотемпературный канал с низким градиентом, не гаснущий при перемене полярности напряжения.
Под дождем коронный разряд образуется, в первую очередь, на каплях и струйках воды, стекающих с электродов. В зависимости от частоты и перенапряжений, т.е. превышения напряжения над начальным, корона на каплях имеет лавинную или стримерную форму. При стекании капель и удалении их от электродов корона исчезает, затем вновь появляется на других каплях, вновь образовавшихся на электродах. Эту стадию коронного разряда в условиях дождя можно считать неустойчивой. Неустойчивый коронный разряд на экране приводит к радиопомехам, но не снижает электрическую прочность изоляционной конструкции.
Дальнейший подъем напряжения может привести к тому, что коронный разряд, возникший на каплях, не погаснет и будет существовать на электроде независимо от стекания и образования новых капель и струек воды. Такой коронный разряд можно назвать устойчивым.
Устойчивая корона на электроде, как правило, представляет собой ярко светящееся образование в виде кисти (кистевая корона). Распространяется кистевая корона на расстояние более полуметра от экрана. Температура в ее канале может превышать 3000 К [1]. Такая корона может привести и к снижению электрической прочности
изоляционного промежутка, к разрушению экрана или каких-либо других находящихся в непосредственной близости конструкций в результате теплового воздействия. Избавиться от образовавшегося кистевого коронного разряда можно только существенным снижением приложенного напряжения.
Причиной устойчивого высокочастотного коронного разряда на экране под дождем при напряжении значительно меньшем, чем начальное напряжение возникновения коронного разряда, определяемое без учета влияния осадков, является низкое напряжение угасания высокочастотного разряда (гл. 4).
Экраны, предназначенные для работы при напряжении высокой частоты, должны быть выбраны таким образом, чтобы исключить возникновение устойчивого коронного разряда при наличии осадков. В соответствии с условиями (4-8) при выборе экранов надо ориентироваться либо на напряжение возникновения коронного разряда на каплях дождя, либо на напряжение угасания коронного разряда на экране.
Возможны следующие соотношения между напряжением возникновения устойчивого коронного разряда Uнy, напряжением начала коронирования капель Uнк и напряжением угасания Uг:
- Если
то для возникновения устойчивой короны необходимо поднять напряжение на экране выше напряжения начала короны на каплях. Условие существование устойчивой короны имеет вид:
(8-23)
В этом случае напряжение возникновения устойчивой короны необходимо оценивать по напряжению угасания. При выборе экранов основой также должно служить напряжение угасания короны. Рассмотренный случай соответствует диапазону частот от 10 до 50 кГц. - Если
то этот вариант соответствует частотам свыше 100 кГц, при которых напряжение угасания коронного разряда может быть меньше 0,3 Uн. В этом случае коронный разряд, образовавшийся на каплях и струйках воды, имеет стримерную или кистевую форму и сразу может привести к возникновению устойчивой короны на электроде. При этом условие существования устойчивой короны:
(8-24)
В этом случае оценка напряжения возникновения устойчивой короны и выбор формы и размеров экрана должны производиться по напряжению возникновения короны на каплях воды.
В параграфе 8-2 оптимальное расположение экранных колец определялось из условия снижения максимальной напряженности на изоляторе до безопасного допустимого уровня. Но при этом необходимо проверить, обеспечивает ли воздушный промежуток между экранами условия координации изоляции: он должен выдерживать испытательное напряжение, и его напряжение пробоя должно с требуемой надежностью превышать напряжение перекрытия по поверхности изолятора. Эти задачи решаются методами, изложенными в параграфе 8-1, при этом используются пробивные напряжения между экранами и напряжения перекрытия по поверхности изолятора под дождем.
