Сухой слой непроводящего вещества, загрязняющего поверхность изолятора, в весьма малой степени ухудшает разрядные характеристики. Однако в большинстве случаев загрязнитель при увлажнении его создает уже проводящий слой. В силу того, что количество попавшего загрязнителя на единицу поверхности в разным местах изолятора может быть различно, удельное сопротивление отдельных участков поверхности неодинаково. Следовательно, на поверхности загрязненного изолятора образуются зоны с различной плотностью тока. Такой процесс в значительной мере определяется конструктивными особенностями изолятора — его формой.
В местах наибольшей плотности тока, а именно у переходов от малых диаметров к большим, например от пестиков и шапок линейных изоляторов к фарфору тарелки, сопротивление слоя загрязнения выше, чем у остальных частей проводящей цепочки. На подобных участках падение напряжения больше, чем на остальных, а следовательно, происходит большее выделение тепла, приводящее к подсыханию увлажненного слоя и увеличению сопротивления его.
Дальнейшее развитие процесса зависит от способности слоя загрязнения к высыханию, что главным образом зависит от количества влаги, поступающей из атмосферы. Если содержание влаги меньше критического, то произойдет подсыхание слоя и ток утечки упадет почти до нуля. Если содержание влаги выше критического, то подсыхание слоя не произойдет и протекание тока утечки будет прерывистым, скачкообразным с возникновением поверхностных дуг.
Прерываемость тока утечки определяется тем, что после образования сухих зон главным образом у стержня, где плотность тока наибольшая и испарение наиболее интенсивное, увеличение тока утечки станет возможным после повторного увлажнения слоя загрязнения до той критической величины тока, при которой не может поддерживаться дуга в местах разрывов на подсушенном слое.
Рис. 3. Количество аварий в энергосистемах Минэнерго из-за загрязнения изоляции в зависимости от времени года (а) п периода суток при делении нх на 4-часовые участки (б).
Как показывают многочисленные измерения, частичные разряды в местах наибольшей плотности тока появляются при токах утечки порядка 5—10 мА и характеризуются большим числом коротких (1—3 см) сине-фиолетовых стримеров. При значительной степени увлажнения и загрязнения токи утечки могут достигать до 100— 200 мА (например, при слое 1—2 мг/см2 цемента у изолятора П-4,5). Примерную картину развития процесса разряда в подобном случае можно видеть из осциллограммы на рис. 4.
Броски тока разрядов могут в 20—30 раз превышать ток утечки, обусловленный поверхностным сопротивлением, что связано с частичной шунтировкой поверхностного слоя дугой. Время между сериями бросков тока около 50 мА обычно составляет величину порядка 40—60 сек, а длительность их — до нескольких десятков периодов.
Существование частичных дуг на поверхности изолятора представляет опасность, так как вполне вероятно, что дальнейшее развитие процесса может привести к перекрытию всей поверхности. Короткие дуги с током в несколько десятков миллиампер еще не представляют опасности в отношении перекрытия, и изолятор может работать долго (часы). Но уже при токах утечки 100 мА и более вполне вероятно перекрытие изолятора. Ток утечки, при котором происходит перекрытие изолятора, во многом зависит от формы и положения изолятора, характера загрязнителя и т. д.
Следует отметить, что импульсная прочность загрязненных изоляторов, по мнению английских наблюдателей, близка к той, которая присуща чистым (для линейных изоляторов ниже на 10—15%), но все же отмечается, что в некоторых случаях это обстоятельство следует учитывать при определении уровня изоляции.
Немецкие авторы (ФРГ) на примере стержневых изоляторов указывают на возможность снижения импульсной электрической прочности при весьма сильном загрязнении до 50% по сравнению с чистыми. Недостатком большей части этих опытов является то, что они производились на изоляторах, не подвергавшихся увлажнению одновременно. Отечественных данных по этому вопросу недостаточно.
Рис. 4. Осциллограмма развития процесса разряда при горении короткой частичной дуги на поверхности загрязненного изолятора.
