Коронный разряд. Техника высокого напряжения

У Г А Т У
Коронный разряд
Уфимский государственный авиационный технический университет
Коронный разряд — это самостоятельный разряд, при котором ударная ионизация электронами имеет место не на всей длине промежутка, а лишь в его части, у электродов.

У Г А Т У
Коронный разряд
Уфимский государственный авиационный технический университет
Пробой коронирующего промежутка происходит при напряжении большем чем начальное
КОРОННЫЙ РАЗРЯД
ЛАВИННАЯ ФОРМА
СТРИМЕРНАЯ ФОРМА
При коронированные происходят значительные потери электроэнергии, особенно в плохую погоду, продукты ионизации негативно влияют на изоляцию и металлическую арматуру, разряд является источником акустического шума и высокочастотного электромагнитного излучения.

У Г А Т У
Коронный разряд
Уфимский государственный авиационный технический университет
При коронном разряде происходит ионизация воздуха и у поверхности провода образуется объемный заряд того же знака, что и полярность напряжения на проводе. Под действием сил электрического поля ионы, составляющие объемный заряд, движутся от провода. Для их передвижения необходимы затраты энергии, которые и определяют потери энергии на корону,

У Г А Т У
Коронный разряд
Уфимский государственный авиационный технический университет
КОРОННЫЙ РАЗРЯД
Униполярная корона - при коронировании одного провода (обьемные заряды имеют тот же знак, что и провод и под действием электрического поля устремляются к земле и нейтрализуются)
Биполярная корона – коронируют два провода (объёмные заряды имеют разный знак и устремляются навстречу друг другу, происходит рекомбинация ионов различных знаков, часть ионов проникает в области соседних зарядов и усиливает коронирование.

У Г А Т У
Развитие коронного разряда
Уфимский государственный авиационный технический университет

У Г А Т У
Потери энергии при коронировании
Уфимский государственный авиационный технический университет
Формула Пика для одиночного провода:

У Г А Т У
Потери энергии при коронировании
Уфимский государственный авиационный технический университет
Для определения потерь при коронировании для расщепленных проводов используют формулу Майра
Средняя напряженность для расщепленного провода
Максимальная напряженность

У Г А Т У
Потери энергии при коронировании
Уфимский государственный авиационный технический университет
Для средней полосы европейской части России и Западной Сибири потери на корону для трехфазных ЛЭП сверхвысокого напряжения могут рас-считываться по формуле Л. Егоровой и Н. Тиходеева
где Uм – амплитудное значение фазового напряжения, кВ.

У Г А Т У
Потери энергии при коронировании
Уфимский государственный авиационный технический университет
Для определения потерь на корону в течение года рассчитывают потери энергии для каждой группы погоды, а затем суммируют их с учетом продолжительности группы в течение года:
Для оценочного подсчета среднегодовых потерь все погодные условия разбивают на 4 группы: 1) хорошая погода; 2) дождь (включая мокрый снег и морось); 3) сухой снег; 4) изморозь (включая гололед и иней). Наибольшие потери в единицу времени возникают при изморози.
где ψi – относительная продолжительность группы погоды,
Ркi – среднегодовая мощность потерь при i-й группе погоды.

У Г А Т У
Потери энергии при коронировании
Уфимский государственный авиационный технический университет

У Г А Т У
Твердые диэлектрики. Классификация
Уфимский государственный авиационный технический университет
Неорганические диэлектрики: стекла, слюда, керамика, неорганические пленки (окислы, нитриды, фториды), металлофосфаты, электроизоляционный бетон.
Особенности неорганических диэлектриков
- негорючи,
свето-, озоно, - термостойки,
повышенная электрическая прочность,
низкие диэлектрические потери.

У Г А Т У
Твердые диэлектрики. Классификация
Уфимский государственный авиационный технический университет
Органические диэлектрики: полимеры, воски, лаки, резины, бумаги, лакоткани. Особенности органических диэлектриков
- горючи (в основном),
малостойки к атмосферным и эксплуатационным воздействиям,
имеют (в основном) простую технологию изготовления,
более дешевы по сравнению с неорганическими диэлектриками,

У Г А Т У
Твердые диэлектрики. Классификация
Уфимский государственный авиационный технический университет
Применение в энергетике:
- линейная и подстанционная изоляция - это фарфор, стекло и кремнийорганическая резина в подвесных изоляторах ВЛ, фарфор в опорных и проходных изоляторах, стеклопластики в качестве несущих элементов, полиэтилен, бумага в высоковольтных вводах, бумага, полимеры в силовых кабелях;
- изоляция электрических приборов - бумага, гетинакс, стеклотекстолит, полимеры, слюдяные материалы;
- машин, аппаратов - бумага, картон, лаки, компаунды, полимеры;
конденсаторы разных видов- полимерные пленки, бумага, оксиды.
С практической точки зрения в каждом случае выбора материала электрической изоляции следует анализировать условия работы и выбирать материал изоляции в соответствии с комплексом требований. Для ориентировки целесообразно разделить основные диэлектрические материалы на группы по условиям применения.

У Г А Т У
Твердые диэлектрики. Классификация
Уфимский государственный авиационный технический университет
1. Нагревостойкая электрическая изоляция.Это в первую очередь изделия из слюдяных материалов, некоторые из которых способны работать до температуры 700 °С. Стекла и материалы на их основе (стеклоткани, стеклослюдиниты). Органосиликатные и металлофосфатные покрытия. Керамические материалы, в частности нитрид бора. Композиции из кремнийорганики с термостойким связующим. Из полимеров высокой нагревостойкостью обладают полиимид, фторопласт.

У Г А Т У
Твердые диэлектрики. Классификация
Уфимский государственный авиационный технический университет
2. Влагостойкая электрическая изоляция. Эти материалы должны быть гидрофобны (несмачивание водой) и негигроскопичны (фторопласт). В принципе возможна гидрофобизация путем создания защитных покрытий на других негидрофобных диэлектриках.
3. Радиационно стойкая изоляция. Это, в первую очередь, неорганические пленки, керамика, стеклотекстолит, слюдинитовые материалы, полимеры (полиимиды, полиэтилен).
4. Тропикостойкая изоляция. Материал должен быть гидрофобным, чтобы работать в условиях высокой влажности и температуры, и стойким против плесневых грибков. Лучшие материалы: фторопласт, полимеры, худшие - бумага, картон.
5. Морозостойкая изоляция. Это требование характерно, в основном для резин, т.к. при понижении температуры все резины теряют эластичность. Наиболее морозостойка кремнийорганическая резина (до -90°С).

У Г А Т У
Твердые диэлектрики. Классификация
Уфимский государственный авиационный технический университет
Фторопласт — современный конструкционный материал, который благодаря своим особенным эксплуатационным свойствам широко применяется в машиностроении, электротехнике, медицине, пищевой и химической промышленности.Оригинал статьи: https://www.kp.ru/guide/chto-takoe-ftoroplast.html
Этот материал отличается термостойкостью — его гибкость и эластичность сохраняются при температуре от -70 до +270 C, а также адгезией, минимальным поверхностным натяжением, устойчивостью к воздействию ультрафиолетовых лучей, влаги, жиров и органических растворителей. Он является физиологически и биологически безопасным. Химические свойства фторопласта — стойкость, даже более высокая, чем у благородных металлов и всех известных синтетических материалов, невосприимчивость к воздействию агрессивных кислот и щелочей. Разрушить данный полимер можно только трифторидом хлора или расплавами щелочных металлов. Материал хорошо обрабатывается фрезерованием, точением, шлифованием и сверлением.

У Г А Т У
Разряд в воздухе вдоль поверхности изоляторов
Уфимский государственный авиационный технический университет
В конструкции силовые линии электрического поля параллельны поверхности диэлектрика и поле однородно.
Конструкция сравнительно редко встречается в реальных условиях, но удобна при выявлении влияния характеристик диэлектрика на возникновение разряда.
Электрическая прочность промежутка с диэлектриком меньше, чем прочность чисто воздушного промежутка. Это связано:
- с адсорбцией влаги из окружающего воздуха на поверхности диэлектрика
- с микрозазорами между твердым диэлектриком и электродом

У Г А Т У
Разряд в воздухе вдоль поверхности изоляторов
Уфимский государственный авиационный технический университет
В конструкции поле неоднородно и тангенциальная составляющая напряженности поля на поверхности диэлектрика Еτ преобладает над нормальной составляющей En.
Поле неоднородное, следовательно, как и в случае чисто воздушного промежутка, разрядное напряжение меньше, чем в однородном поле. Влияние гигроскопичности диэлектрика и микрозазоров здесь качественно такое же, как и в первой конструкции, но оно слабее выражено, т. к. электрическое поле и без того существенно неоднородно.

У Г А Т У
Разряд в воздухе вдоль поверхности изоляторов
Уфимский государственный авиационный технический университет
В конструкции поле также неоднородно, но преобладает нормальная составляющая.
Большая нормальная составляющая электрического поля способствует сближению канала стримера с поверхностью диэлектрика, что повышает вероятность повреждения диэлектрика. Электрическая прочность этой конструкции еще меньше, чем второй. Каналы стримеров, развивающихся вдоль поверхности диэлектрика, имеют значительно большую емкость по отношению к внутреннему (противоположному) электроду и через стримерные каналы проходит сравнительно большой ток.

У Г А Т У
Разряд в воздухе вдоль поверхности изоляторов
Уфимский государственный авиационный технический университет
Термически ионизированный канал разряда, развивающегося вдоль диэлектрика, на поверхности которого нормальная составляющая напряженности поля превышает тангенциальную составляющую, называют каналом скользящего разряда.
формула Теплера
( определение значения напряжения, необходимого для перекрытия изолятора)

У Г А Т У
Разряд вдоль проводящей и загрязненной поверхности изоляторов
Уфимский государственный авиационный технический университет
В условиях эксплуатации поверхности изоляторов всегда загрязняются. Как правило, сухие загрязнения, имеющие высокое сопротивление и не влияющие на распределение напряжения по поверхности изолятора, не снижают заметно его разрядного напряжения. Увлажнение слоя загрязнения моросящим дождем или росой приводит к уменьшению сопротивления слоя загрязнения, изменению распределения напряжения по поверхности изолятора и в результате – к снижению его разрядного напряжения.

У Г А Т У
Разряд вдоль проводящей и загрязненной поверхности изоляторов
Уфимский государственный авиационный технический университет
Механизмы перекрытия изолятора под дождем и при загрязненной и увлажненной поверхности:
Под действием приложенного к изолятору напряжения по увлаж-ненному слою загрязнения проходит ток утечки, нагревающий его.
Нагрев происходит неравномерно.
Образуются подсушенные участки с повышенным сопротивлением.
Подсушенные участки перекрываются искровыми каналами, называемыми частичными перемежающими дугами.
Ток утечки возрастает, происходит подсушивание слоя загрязнения, а следовательно и к увеличению его сопротивления.
6) Удлинение дуг, перекрытие изолятора (случайное событие).

У Г А Т У
Разряд вдоль проводящей и загрязненной поверхности изоляторов
Уфимский государственный авиационный технический университет
Из приведенной картины развития разряда следует, что разрядные напряжения изоляторов будут тем выше, чем меньше ток утечки:

У Г А Т У
Разряд вдоль проводящей и загрязненной поверхности изоляторов
Уфимский государственный авиационный технический университет
Если слой загрязнения имеет толщину Δ с удельным объемным со-противлением ρ, то для цилиндрического гладкого изолятора диаметром D
где LУ – длина пути утечки.

У Г А Т У
Разряд вдоль проводящей и загрязненной поверхности изоляторов
Уфимский государственный авиационный технический университет
Следовательно, разрядное напряжение изолятора будет возрастать с увеличением длины пути утечки и уменьшением диаметра изолятора:
Так как процессы подсушки поверхности изолятора происходят относительно медленно, то при кратковременных перенапряжениях они не успевают развиться и напряжение перекрытия бывает выше, чем при длительном воздействии напряжения.
Влагоразрядное напряжение изолятора зависит от характеристик слоя загрязнения, его количества и состава, а также от интенсивности и вида увлажнения.