Research into influence of insulation and electrode configuration on a streamer discharge in air

Abstract

Высоковольтные явления в электротехнических устройствах интересны с практической точки зрения, в то же время научное знание в этой области во многих аспектах не полно. В настоящее время барьерная изоляция активно применяется в высоковольтной технике не только в целях обеспечения безопасности, но и для повышения электропрочности. Поэтому важно понимать, как форма изоляции влияет на напряжение пробоя. Целью данной работы является поиск оптимальной формы лабиринтной изоляции, позволяющей повысить электропрочность системы. Лабиринтная изоляция – это твердая изоляция с профилем воздушного зазора в виде ломаной линии – «лабиринта». Такая изоляция усложняет путь по воздуху с высокого потенциала на землю. По результатам работы хочется выяснить, когда простые представления о процессах, происходящих в системе со сплошными барьерами, перестают быть верными для систем сложных барьеров и как это будет проявляться. Какая конфигурация барьеров и электродов позволит выдерживать наибольшее напряжение до пробоя? Можно ли влиять на форму и распространение стримеров в воздушном промежутке? Как изменится результат исследования, если поменять форму активного электрода? Данная исследовательская работа является стартовой в изучении явления лабиринтного эффекта. С использованием данных проведенных экспериментальных испытаний, возможно, в дальнейшем получится создать единую методику, однозначно определяющую процессы, происходящие в высоковольтных установках при наличии барьерной изоляции.

High-voltage phenomena in electrical devices are interesting from a practical point of view. At the same time, the scientific knowledge of this field is not complete in many aspects. Nowadays barrier insulation is actively applied in high-voltage electrical engineering not only for safety purposes, but also for increasing electrical strength. Therefore, it is important to understand how isolation configuration influences on breakdown voltage. The objective of this work is to find an optimal form of labyrinth insulation that may allow to improve electrical strength of a system. “Labyrinth insulation” term is implied to a solid insulation with an air gap outline having a form of a broken line, so may be seen as a "labyrinth." This type of configuration complicates an air way through from a high potential to the ground. There are several issues to be discussed and solved. When and how do simple conceptions that work for entire barriers’ system cease to be true for composite barriers’ systems? What configuration of insulation and electrodes may withstand the greatest voltage before the breakdown? Is it possible to influence streamer discharges’ shape and distribution in an air gap? What happens if geometry of an active electrode is changed? These issues become clear as a result of the thesis. This research might serve as a start in the study of the labyrinth effect’s phenomenon. Based on the data of experiments conducted, it might be possible to establish a unified methodology uniquely determining processes occurring in high-tension electrotechnical devices.