Стержень — плоскость и вертикальный стержень — стержень. Анализ пробивных напряжений воздушного промежутка на опоре при коммутационных импульсах показал, что их значения находятся между значениями напряжений для промежутков стержень — стержень и стержень—плоскость при тех же расстояниях и полярности. Линейная арматура на опоре работает как стержневой электрод. С этим также связано положение провода по отношению к опоре. Заземленная конструкция в свою очередь действует как заземленная плоскость, но плоскость ограниченной площади с недостаточной (или слабой) однородностью (или, как принято называть, «квазиплоскость»). Задачей исследований было получение характеристик пробоя промежутков стержень— квазиплоскость (для некоторых конфигураций) и сравнение их с характеристиками промежутков стержень-стержень и стержень — плоскость. Фактически,
изучая изменение пробивного напряжения последних двух промежутков при постепенном переходе от одного к другому, можно получить ясное качественное представление о том, как будут вести себя воздушные промежутки на опоре при изменении ее геометрии. Эти две «классические» конфигурации были тщательно изучены для диапазона СВН, и результаты исследований изложены в [7.12 — 7.15]. Аналогичные исследования в диапазоне УВН были выполнены в Исследовательском центре УВН, а также в работе, результаты которой изложены в [7.16]. Однако сложный анализ изменения характеристик, когда они постепенно переходят от одного вида в другой, до сих пор не был освещен.
При любом испытании промежутка стержень — стержень оба стержня должны быть размещены одинаково по отношению к поверхности земли или полу лаборатории, причем обе эти поверхности являются проводящими. Практически невозможно испытать промежуток стержень — стержень, чтобы поблизости не было проводящей поверхности.
Рис. 7.4.1. Основная конфигурация вертикальных промежутков стержень — стержень и стержень — плоскость (H = 0).
На рис. 7.4.1. показана типичная конфигурация при испытаниях промежутка при вертикальном расположении стержней. Здесь проводящей поверхностью является пол лаборатории. Если промежуток D сохранить постоянным, а расстояние И постепенно уменьшать, то конфигурация приблизится к схеме стержень — плоскость; если же Н увеличивать до бесконечности, то конфигурация будет стремиться к идеальной (стержень— стержень). Таким образом можно получить постепенный переход от одной конфигурации к другой, хотя чистую схему стержень — стержень осуществить невозможно, так как заземленную плоскость нельзя удалить бесконечно далеко. Главные результаты всех исследований представлены на рис. 7.4.2 как для положительных, так и для отрицательных коммутационных импульсов. По указанному способу невозможно было получить данные для идеального промежутка стержень— стержень (заземленная поверхность удалена). Однако для промежутка стержень—стержень без заземленной плоскости пробивные напряжения при коммутационных импульсах как положительной, так и отрицательной полярности с учетом принципа симметрии должны быть одинаковыми. Поэтому расположение этой
Рис. 7.4.2. Критическое 50%-ное поверхностное пробивное напряжение промежутков стержень — стержень и стержень — плоскость в функции размера воздушного промежутка D.
1 — IHD--О, отрицательная полярность; 2 — промежуток стержень — стержень, HjD-+oо; 3 — Я/D, положительная полярность.
кривой на рис. 7.4.2 (пунктирная линия, H/D=oo) было получено при анализе изменения значений пробивных напряжений при положительном и отрицательном импульсах, когда заземленная плоскость отодвигалась от промежутка (значение Н возрастало). На рис. 7.4.2 видно, что наличие поблизости заземленной поверхности может существенно снизить пробивное напряжение при положительном импульсе и несколько повысить его при отрицательном импульсе. Кривые, характеризующие пробой воздушных промежутков на опоре, могут лежать между приведенными кривыми. Если опора имеет очень малое поперечное сечение, то пробивное напряжение будет стремиться к кривой изолированного промежутка стержень — стержень, и наоборот, если опора очень большая (близко приближается к большой заземленной поверхности), пробивное напряжение будет в пределе приближаться к характеристике стержень — поверхность.
Качественным объяснением рис. 7.4 2 является следующее. Пробой в поле электрода неоднородной конфигурации определяется стримером положительной полярности [7.17]. Такие стримеры образуются и распространяются легче, чем отрицательные, и обычно приводят к пробою. Если верхний электрод положителен, то стримеры положительной полярности развиваются по промежутку в сторону нижнего электрода и заземленной поверхности. При своем развитии они «чувствуют» противоположную заряженную поверхность, которая усиливает напряженности на концах стримеров и способствует тем самым их развитию. При этом увеличивается длина промежутка, который может быть пробит при данном напряжении. Чем ближе заземленная поверхность к промежутку Z), тем больше она усиливает положительные стримеры от верхнего электрода, снижая прочность промежутка до минимума, если заземленная поверхность совместится с концом нижнего электрода (стержень — плоскость).
Наоборот, если верхний стержень отрицательный, стримеры положительной полярности должны образовываться от нижнего стержня, полярность которого совпадает с плоскостью. Если заземленную плоскость поднимать (И стремится к 0), то нижний стержень, у которого образуются стримеры положительной полярности, полностью преобразуется в заземленную поверхность, и положительные стримеры будут образовываться в слабом, практически равномерном поле у заземленной поверхности. Поэтому они почти полностью подавляются, и только менее активные отрицательные стримеры могут завершить пробой промежутка. Поэтому электрическая прочность промежутка увеличивается.
На рис. 7.4.2 приведены характеристики пробоя коммутационными импульсами промежутков с неравномерным полем, где по крайней мере один электрод — стержень и сказывается эффект близости заземленной поверхности, который может повысить или снизить пробивную прочность в зависимости от полярности приложенного напряжения.
Влияние близости земли можно проиллюстрировать и по-другому. На основании данных Исследовательского центра УВН была построена зависимость U50 % от расстояния между верхним стержнем и землей H-\-D (рис. 7.4.3). Наличие вертикального стержня, выступающего над землей, несущественно влияет на Umo/ промежутка стержень — поверхность при H/D^0,5.
Рис. 7.4.4. Критическое 50%-ное поверхностное пробивное напряжение горизонтального промежутка стержень — стержень в функции длины промежутка D.
1 — горизонтальный стержень — стержень, 9 м<^//<С18 м; 2 — горизонтальный стержень — плоскость опоры (см. рис. 7.9.1), H=30,5 м; 3 — генератор.
Горизонтальный промежуток стержень — стержень. Критическое пробивное напряжение горизонтального промежутка стержень — стержень в зависимости от его
Рис. 7.4.3. Критическое 50%-ное поверхностное пробивное напряжение U50 % промежутков стержень — плоскость и вертикальный стержень — стержень в функции расстояния стержень — плоскость D-\-H без коррекции на погоду; время до максимума испытательного импульса Гм = 350 мкс.
размеров представлено на рис. 7.4.4. Испытания показали, что оно не зависит от высоты электродов в диапазоне от 9 до 18 м [7.7].
Были проведены испытания с отрицательным напряжением в промежутке 4,6 м. Отношение полученного пробивного напряжения к напряжению при положительной полярности составило 2772/1819=1,52 [7.7]. Для промежутка стержень — стержень на высоте 18,3 м влияние земли мало, в силу чего t/50% при положительной и отрицательной полярности почти совпадают. При промежутке небольших размеров (0,9 м) было получено отношение U50 % =748/584=1,28, т. е. здесь
влияние поверхности сказывается заметно.
Заземленный электрод в указанных испытаниях имел такие же размеры, что и токоведущий. Если в качестве заземленного электрода будет поверхность опоры, то U50 % снижается приблизительно на 20%.
