Механические факторы.
Выше уже отмечалось, как степень обработки поверхности электродов влияет на напряжение зажигания разряда. Влияние материала электродов и чистоты обработки их поверхности на напряжение зажигания в зоне отклонений его от значений, определяемых законом подобия, нельзя разделить, так как при одном и том же способе механической обработки класс чистоты поверхности и характер микровыступов зависит от материала электрода. Иллюстрацией роли этих двух факторов служат данные на рис. 28. Количественно эти данные нельзя переносить на электроды любой напряженной площади, так как в соответствии с насыщающимся характером зависимостей на рис. 25 при больших напряженных площадях электродов влияние чистоты обработки в этой области меньше, чем на участках зависимостей Е0 (lg S) с постоянным наклоном.
В однородном и слабонеоднородном поле при Е0-р >Eстр.p напряжение зажигания разряда совпадает с разрядным напряжением промежутка. Однако, если электрод грубо обработан (обычно при давлении около 0,4 МПа поверхность с классом
чистоты ниже шестого может считаться грубо обработанной), то в промежутке даже с однородным полем при отнесенных к давлению напряженностях поля, заметно меньших Естр/д может устойчиво протекать значительный, до десятков микроампер, ток самостоятельного или несамостоятельного разряда. С этим явлением необходимо считаться при конструировании оборудования даже при статическом воздействии напряжения, хотя полный разряд в промежутке в этом случае произойдет лишь при его минимальной прочности, соответствующей средней напряженности поля в промежутке Εстр.
Свободные проводящие частицы, оказавшиеся в элегазе, могут быть причиной значительного снижения не только напряжения зажигания, но и разрядного напряжения промежутка в элегазе. Причем указанные напряжения могут составить по сравнению с напряжениями при «чистых» условиях 40—60 % при давлениях до 0,4 МПа и даже 20—25 % при давлениях 0,5—1,5 МПа. Снижение напряжения зависит от формы и размера частиц. Учитывая, как правило, неопределенность причины появления частиц в промежутке и значительный разброс их параметров, сформулировать какие-либо методы количественного учета их влияния на разрядное напряжение не представляется возможным. Поэтому единственным способом уменьшения влияния проводящих частиц на разрядное напряжение начнется тщательная очистка аппарата от указанных частиц перед включением его в работу, применение в конструкции аппарата ловушек частиц, а также испытаний (электрические, акустические) аппаратов перед включением в эксплуатацию, подтверждающие отсутствие частиц, снижающий электрическую прочность.
Влияние свободных диэлектрических частиц обычно встречающихся размеров на электрическую прочность элегаза можно не учитывать.
Вольт-временные характеристики разряда в элегазе можно подразделить на две области по характерному разрядному времени: разряда при длительном воздействии напряжения (свыше 1 с) и при малом предразрядном времени (менее 1 мс).
Элегазовая изоляция не подвержена старению, и поэтому ее электрическая прочность очень мало зависит от длительности напряжения при длительности свыше 1 с. Небольшое снижение разрядного напряжения, по-видимому, определяется статистическими эффектами; для слабонеоднородного и однородного поля разрядное напряжение описывается выражением
(3-61)
где Upa3 (1) — разрядное напряжение при статическом воздействии (плавный подъем); здесь р — в мегапаскалях, а tраз — в секундах.
При малых предразрядных временах коэффициент импульса изоляции зависит от давления элегаза и условий в промежутке.
Рис. 29. Вольт-секундные характеристики в элегазе при различных условиях
В зоне соблюдения закона подобия различие в разрядных напряжениях при импульсном и статическом воздействии проявляется лишь при предразрядных временах менее 10 мкс. При стандартном грозовом импульсе коэффициент импульса может быть принят равным 1,2 (кривая 1 на рис. 3-29).
Рис. 30. Зависимость средних значений разрядного напряжения в элегазе при импульсах и частоте 60 Гц в сильнонеоднородном поле от абсолютного давления р
1 — импульс —230/2700; 2 — импульс 4-230/2700; 3 — импульс —1,5/50; 4 — импульс -1-1,5/50; 5 — напряжение частоты 60 Гц
В области отклонений характеристик зажигания разряда от закона подобия на участке с постоянным наклоном зависимости Е0 (lg Sn) (см. рис. 3-25) коэффициент импульса может приниматься 1,05 для коммутационного импульса с фронтом 250 мкс и 1,4—для грозового импульса (кривая 2 на рис. 3-29).
При значительном отклонении условий в промежутке от «чистых» (грубо обработанная поверхность электродов, наличие крупных свободных проводящих частиц) коэффициент импульса — U50 мкс/Unост даже в однородном или слабонеоднородном поле может оказаться меньше единицы, а именно 0,6—0,9 (см. кривую 3 на рис. 29 и следующие данные):
Эти условия соответствуют тем, при которых при статическом воздействии напряжения в промежутке протекают значительные предразрядные токи (около 10 мкА) при максимальной приведенной напряженности поля, существенно меньшей Естр. Как уже отмечалось, такие условия в промежутке должны быть исключены и на это направлены методы испытаний элегазового оборудования перед включением его в эксплуатацию.
Статистические характеристики разряда при импульсных воздействиях для кривых 1 и 2 на рис. 29 могут быть приняты такими же, что и для пробоя при статическом воздействии напряжения на соответствующих участках зависимости рис. 25.
В сильно неоднородном поле коэффициент импульса различен для различных участков зависимости (р) на рис. 3-26. На участках I и IV его значения могут быть приняты следующими!
На участках II, III пробивные напряжения при импульсном воздействии напряжения подвержены значительному разбросу. Минимальные их значения наблюдаются при длительности фронта импульса в десятки микросекунд и практически совпадают с пробивным напряжением при р = ркр. Коэффициент импульса при этом может быть столь малым, как 0,2—0,3 (рис. 30). Даже при импульсах коммутационных перенапряжений, хотя коэффициент импульса и может быть единицей, но минимальное его значение может снизиться до 0,3—0,4.
Все сказанное свидетельствует о недопустимости использования в конструкциях аппаратов с элегазовой изоляцией участков с сильнонеоднородным полем, особенно при сочетании параметров промежутка и давления газа, соответствующем участкам //, III зависимости на рис. 26.
Статистические характеристики импульсного разряда в сильнонеоднородном поле могут быть приняты для участков I и IV рис. 26 такими же, как для этих участков при статическом воздействии напряжения: для участка 1 — в соответствии с формулой (3-58), а для участка IV — в соответствии с формулой (59) или (60) в зависимости от напряженной площади электродов. Среднеквадратическое отклонение σ0 может быть принято тем же, что и при статическом воздействии напряжения.
Влияние различных факторов на характеристики разряда в элегазе при импульсном напряжении может быть принято таким же, как и при статическом воздействии. Различие лишь в роли свободных проводящих частиц, так как они за время воздействия импульса напряжения, особенно при грозовом импульсе, не успевают продвинуться иа заметную часть промежутка. Исключение составляет лишь ситуация, когда свободная проводящая частица к моменту воздействия напряжения оказалась фиксированной на электроде, т. е. аналогичной микровыступу на его поверхности.
