Изоляцией аппаратов, кроме собственно изоляторов, могут служить воздух, масло, сжатые газы. В этих случаях между токоведущими частями аппаратов и между этими частями и землей должны быть созданы достаточные промежутки, способные выдерживать все вышеуказанные электрические воздействия. Эти промежутки мы будем называть конструктивными.
В большинстве случаев в аппаратах приходится иметь дело с такими формами электродов, электрическое поле которых весьма неравномерно. Опыт показывает, что пробивное напряжение между такими электродами приближается к пробивному напряжению между торцами стержней небольшого поперечного сечения или между стержнем и плоскостью. Пробивное напряжение между электродами такой формы и все влияющие на него факторы тщательно изучены.
Известное влияние на пробивное напряжение между различными электродами в воздухе оказывают плотность и влажность воздуха. За единицу плотности воздуха в данном случае принимают плотность его при температуре 20° С (Т = 293К) и давлении 760 мм pm. cm. Тогда относительная плотность воздуха
При небольших изменениях плотности воздуха можно считать пробивное напряжение конструктивных промежутков пропорциональным его относительной плотности. Но при больших изменениях, например в высокогорных районах, такое допущение становится неточным. Однако отклонение от закона прямой пропорциональности невелико и идет в запас прочности. Даже на высоте 4 км отклонение от закона прямой пропорциональности не превзойдет 10%.
Влажность воздуха может значительно влиять на пробивное напряжение конструктивных промежутков, возрастающее с увеличением абсолютной влажности воздуха. Принято считать, что нормальная влажность воздуха γ = 11 г/ма при 20° С. К этой влажности обычно приводят результаты, полученные из опыта при величине у, отличной от 11 г/м3. Зависимость пробивного напряжения между стержнями от абсолютной влажности воздуха линейная. Для определения пробивного напряжения при любой абсолютной влажности обычно пользуются формулой
где Δ — поправка, определяемая из рис. VIII.1.
Влияние влажности воздуха существенно при электродах, на которых перед пробоем возникает корона. В случае электродов, создающих равномерное поле, влияние влажности очень мало. Заметим, что при импульсах влияние влажности несколько больше, чем при промышленной частоте (50 гц), что видно из рис. VIII.1.
В последние годы были проведены исследования влияния влажности воздуха на электрическую прочность при коммутационных волнах. Эти исследования установили, что при расстояниях между электродами до 2 м поправка на влияние влажности воздуха при коммутационных волнах несколько больше, чем при 50 гц. В обоих случаях поправка уменьшается при увеличении расстояния между электродами. При расстояниях между электродами более 5 м эта поправка становится настолько малой, что ею можно пренебречь.
Рис. VII 1.1. Зависимость поправки Δ от абсолютной влажности воздуха:
1— стержни при воздействии 59 гц по ГОСТ 1516—68; 2 — по данным ЛИИ, s = 1,5 м; 3 — по данным ЛПИ стержень — плоскость s = 2—7 м; 4 — по данным ЛПИ, импульсы 1,5/40 мксек (+)
Рис. VIII.2. Зависимость пробивного напряжения от расстояния s между электродами:
1— стержень стержень; 2 — стержень — слоекость
Чрезвычайно важна зависимость пробивного напряжения конструктивных промежутков от расстояния между электродами. В этом отношении обнаруживается большая разница между двумя типами промежутков: стержень — стержень и стержень — плоскость (рис. VIII.2). Пробивное напряжение промежутка стержень—стержень значительно выше, чем у промежутка стержень — плоскость. У последнего, начиная с промежутка 6 м, пробивное напряжение растет крайне медленно. Удвоение расстояния приводит к повышению пробивного напряжения всего на 28%. Это вызывает большие трудности при повышении рабочего напряжения установок сверх 750 кВ. Рис. VIII.2 показывает пробивное напряжение основных конструктивных промежутков при 50 гц.
Важно также знать импульсное пробивное напряжение этих промежутков. На рис. VII 1.3 дана зависимость пятидесятипроцентного импульсного пробивного напряжения промежутков стержень — стержень и стержень—плоскость при разных знаках воздействующих импульсов от расстояния между электродами. Из рисунка видно, что наименьшую величину имеет пробивное напряжение между стержнем и плоскостью, если к стержню приложен положительный импульс. В этом случае пробивное напряжение (в киловольтах) можно выразить простой эмпирической формулой
υ= 535 s,
где s— расстояние между электродами, м.
Рис. VIII.3. Зависимость пробивного напряжения от расстояния между электродами:
Рис. VIII.4. Зависимость пробивного напряжения между стержнем (+) и плоскостью при коммутационных волнах разной частоты. Кривая — то же, что при 50 гц
Кривые, приведенные на рис. VIII.2 и VII1.3, показывают средние значения пробивных напряжений.
1 — стержень — плоскость ( + ); 2 — стержень — плоскость (+) при наличии на плоскости слабо возвышающегося стержня; 3 — стержень — стержень (—); 4 — стержень — плоскость (—). Знаки (+) и (—) относятся к незаземленному электроду
Для оценки поведения изоляции особенно важны минимальные значения, лежащие на 10— 12% ниже средних. Для установок наивысших классов напряжения (500—750 кВ и выше) большую роль начинают играть коммутационные перенапряжения, представляющие собой затухающие колебания с частотами порядка нескольких десятков или сотен герц. Важно знать пробивные напряжения конструктивных промежутков при таких перенапряжениях. Сравнительные исследования показали, что при повышенной частоте пробивное напряжение конструктивных промежутков несколько превосходит таковое при частоте 50 гц (рис. VIII.4).
В связи с начавшимся сооружением линий электропередачи постоянного тока, необходимо знать пробивные напряжения конструктивных промежутков при постоянном (выпрямленном) напряжении. Как и в случае импульсов, пробивные напряжения при воздействии постоянного напряжения выше, если незаземленный электрод имеет отрицательную полярность (рис. VIII.5). Характерна в этом случае линейная зависимость пробивного напряжения от расстояния между электродами. Сравнение рис. VIII.2 и VIII.5 показывает, что при постоянном напряжении пробивное напряжение ниже, чем при переменном.
Рис. VIII.5. Зависимость пробивного постоянного напряжения от расстояния между электродами:
- — стержень — стержень (+);
- — стержень — плоскость (+):
- — стержень — стержень (—);
- — стержень — плоскость (—)
Рис. VIII.6. Зависимость пробивного напряжения между иглой и плоскостью от давления сжатого воздуха
В воздушных выключателях приходится иметь дело с электрической прочностью сжатого воздуха. Зависимость пробивного напряжения между иглой и плоскостью в этом случае имеет своеобразный характер (рис. VIII.6). Пробивное напряжение сначала быстро растет с давлением, достигает максимума при 60 000 н/м2 (6 ати), а затем быстро падает.
При р = 70 000 н/м2 (7 ати) оно переходит через минимум, после чего растет по линейному закону. При отрицательной полярности иглы пробивное напряжение лежит много выше, чем при положительной.
В реальных конструкциях такого резко неравномерного поля между электродами не наблюдается. С увеличением расстояния между электродами пробивное напряжение быстро растет и зависимость его от давления повышается монотонно.
В воздушных выключателях нас обычно интересует пробивное напряжение между контактами при их отключенном положении. Здесь приходится считаться с тем, что контакты могут быть оплавлены дугой отключения; при этом их поверхность становится негладкой, что делает электрическое поле между ними более или менее неравномерным. Это отражается на пробивном напряжении, которое, естественно, падает. Пример такого влияния оплавления контактов показан на рис. VI11.7. При сильном оплавлении контактов их пробивное напряжение может понизиться на 30—40%.
Рис. VIII.8. Зависимость пробивного напряжения от расстояния между электродами:
1 — воздух; 2 — водород
Рис. VIII.7. Сравнение пробивного напряжения между гладкими и оплавленными электродами (контактами) при избыточном давлении 12· 105 н/м в зависимости от расстояния между ними:
1 — гладкие электроды; 2 — оплавленные электроды
Для масляных выключателей важно знать пробивное напряжение между контактами 8 водороде, так как после отключения тока под маслом вокруг остаточного ствола дуги образуется атмосфера водорода. Восстановление напряжения идет в этой атмосфере, что и заставляет нас интересоваться пробивным напряжением сжатого водорода. Его прочность примерно в 2 раза ниже прочности сжатого воздуха (рис. VIII.8).
Приведем еще некоторые данные о пробивном напряжении элегаза. При промышленной частоте электрическая прочность сжатого элегаза в 2 раза и более превосходит прочность сжатого воздуха при равных давлениях. Зависимость пробивного напряжения элегаза от расстояния между электродами при разных давлениях показана на рис. VIII.9. Для сравнения там же дана зависимость Um= f(p) для воздуха. Как видно из этого рисунка, прочность воздуха при 60 000 н/м" оказывается меньше прочности элегаза при 30 000 н/м2 (3 ата) [Л.VIII.1]. На рис. VIII.10 дана зависимость Uт— f(p) для случая пробоя промежутка между концентрическими цилиндрами.
Эта зависимость дана для максимального пробивного напряжения между цилиндрами. Следует отметить, что пробивное напряжение между соосными цилиндрами существенно зависит от соотношения их диаметров D\d. Из рис. VIII. 11 видно, что она достигает максимума при D/d = 3, причем этот максимум немного сдвигается в сторону больших величин D\d тем сильнее, чем выше давление, что можно объяснить и теоретически. На рис. VIII.10 приведены данные, относящиеся к случаю D\d=3.
Рис. VII 1.9. Зависимость пробивного напряжения между гладкими электродами от расстояния между ними при давлении 100 000:
- — элегаз 10 000 н/м (1,0 ага);
- — элегаз 20 000 н/м2 (2 ага);
- — элегаз 30 000 н/м2 (3 ага);
- — элегаз 40 000 н/м2 14 ага);
- — воздух 60 000 н/м2 (6 ага)
Рис. VIII.10. Зависимость пробивного напряжения от давления между концентрическими цилиндрами в элегазе и в воздухе. Сплошные линии — нижний предел зависимостей
Имеет значение зависимость электрической прочности элегаза от диаметра внутреннего цилиндра (рис. VIII.12). Приведенные на рис. VIII.5 кривые характерны вообще для зависимости электрической прочности на поверхности цилиндра и для других цилиндрических конструкций, например для параллельных проводов.
Существенный интерес представляет зависимость разрядного напряжения в воздухе вдоль поверхности твердого диэлектрика (рис. VIII. 13). Эта зависимость получена при электродах в виде цилиндра с плоским торцом против плоскости. Диэлектрик был выполнен также в виде цилиндра с плоскими торцами. Обнаружилось, что эта зависимость имеет максимум при диаметре диэлектрика, равном диаметру электрода. В случае максимума разрядного напряжения оно превосходит пробивное напряжение при данном промежутке между электродами, определенное при отсутствии диэлектрика, что объясняется влиянием краевого эффекта.
Пробой конструктивных промежутков в масле сильно зависит от времени действия приложенного напряжения (рис. VIII. 14). При импульсных напряжениях пробивное напряжение масла при относительно равномерном поле весьма велико. При временах воздействия порядка долей секунды оно быстро падает, а при временах порядка минут оно мало и мало меняется.
На рис. VIII. 15 представлена зависимость пробивного напряжения (в киловольтах) масла между двумя иглами и между иглой и плоскостью при частоте 50 гц. Кривые хорошо выражаются эмпирическими формулами:
Рис. VIII.II. Зависимость пробивного напряжения между соосными цилиндрами от соотношения диаметров D\d
Существенное влияние на пробивное напряжение масла оказывает улучшение равномерности поля между электродами, достигаемое применением стержней с закругленными торцами и увеличением их диаметра. При небольших расстояниях между электродами можно достичь увеличения пробивного напряжения в 2—3 раза. 
Рис.VIII.12. Зависимость пробивного градиента от диаметра внутреннего цилиндра. Цифры на кривых—давление в ньютонах на 1 м2
Рис. VIII.13 Разрядное напряжение воздуха вдоль поверхности диэлектрика:
I — 10000 н/м (I ата); 2 - 60 000 н/м- (6 ата); 3 - 100 000 н/м2 (10 ата). Штриховая линия — пробивное напряжение между электродами при отсутствии диэлектрика
В случае электродов в виде соосных цилиндров (маслонаполненные вводы), где r и R — радиусы внутреннего и наружного цилиндров, а Ет определяется формулой 
Рис. VIII.14. Зависимость пробивного напряжения масла в относительно равномерном поле от времени
Рис. VIII.15. Зависимость пробивного напряжения в масле от расстояния между электродами при частоте 50 гц
Необходимо заметить, что электрическая прочность масла резко падает при наличии в нем влаги и органических примесей. Поэтому масло, применяемое в электрических аппаратах, должно быть тщательно осушено и профильтровано.
