Частичные разряды в диэлектриках

Частичным разрядом, ЧР называют разряд, проходящий в какой-либо ограниченной области изоляционного промежутка, и не замыкающий весь промежуток. Одним из примеров частичного разряда является коронный разряд в газах в неравномерном электрическом поле, когда стримером пробивается лишь область вблизи электрода с напряженностью поля выше электрической прочности газа (например, у провода высоковольтной линии электропередачи). В жидких диэлектриках частичные разряды возникают в пузырьках и у электродов, в местах повышенной напряжённости электрического поля. В твердых телах ЧР – это локальный многолавинный разряд в газовой поре диэлектрика.

Для возникновения частичного разряда в твердом диэлектрике необходимы два условия:

- наличие воздушного включения, напряженность поля в котором выше, чем в самом диэлектрике;

- напряжение, приложенное к диэлектрику должно быть достаточным для того, чтобы напряженность поля в воздушном включении превысила электрическую прочность воздуха.

Легче всего наблюдать частичные разряды в двухслойном диэлектрике, одним из слоёв которого является воздух. Рассмотрим пример двухслойного диэлектрика, один из слоёв которого - стекло, а другой - воздух При приложении напряжения к такому диэлектрику распределение напряженности поля в нем определяется системой двух уравнений:

,

где U – напряжение, прикладываемое к двухслойному диэлектрику, E_c и E_в – соответственно напряженности поля в стекле и в воздухе, а ε_с и ε_в соответственно диэлектрические проницаемости этих материалов.

При переменном поле, приложенном к диэлектрику, частичные разряды возникают на каждом полупериоде при достижении напряжением, прикладываемым к воздушному слою (Е_в∙d_в), пробивного значения. Если мы знаем электрическую прочность воздуха в рассматриваемых условиях, то при Е_в = Е_пр.в напряжение U = U_чр называют напряжением возникновения частичных разрядов.

Длительные периодические ЧР химически разрушают диэлектрик. Продукты распада (в первую очередь углерод) увеличивают проводимость и диэлектрические потери. Это в конечном итоге приводит к нагреву диэлектрика и его электрическому пробою.