A study of streamer-leader processes in the air in the presence of barrier insulation

Abstract

Исследуется влияние барьерных изоляций различных конфигураций, расположенных в системе «высоковольтный электрод-сфера – заземленная плоскость», на напряжение пробоя, на поведение и характеристики стримеров и лидеров, при воздействии на систему стандартного грозового импульса. Рассматривались следующие типы барьерной изоляции: наличие одного или двух твердых диэлектрических барьеров, расположенных вдоль пути распространения разрядной активности и перпендикулярно заземленной плоскости; наличие воздушного зазора между барьерами, расположенными перпендикулярно пути распространения разрядной активности и параллельно горизонтальной заземленной плоскости; наличии «канала» в барьерной изоляции, расположенного перпендикулярно пути распространения разрядной активности и параллельно горизонтальной заземленной плоскости. Актуальность работы связана с вопросами использования барьерной изоляции для предотвращения нежелательной разрядной активности. При стремлении сделать высоковольтные устройства более компактными, широких воздушных промежутков в них почти не остается; в таких условиях представляет интерес тот факт, что ограничение воздушного промежутка между электродами твердым диэлектриком не повышает, а снижает напряжение пробоя, следовательно, существует необходимость в выявлении новых закономерностей для воздушных зазоров в высоковольтной изоляции и путей их устранения. Таким образом, можно выделить основную цель работы: выявить влияние воздушных зазоров в барьерной изоляции различной конфигурации на напряжение пробоя, на поведение стримеров и лидеров в воздухе, при воздействии на систему стандартного грозового импульса.

This thesis studies the influence of barrier insulations of various configurations located in the «high voltage electrode sphere – ground plane» system on the breakdown voltage and the behavior and characteristics of streamers and leaders when the standard lightning impulse is applied to the system. The following types of barrier insulation were considered: the presence of one or two solid dielectric barriers located along the propagation path of the discharge activity and perpendicular to the ground plane; the presence of the air gap between barriers located perpendicular to the propagation path of the discharge activity and parallel to the horizontal ground plane; the presence of a «channel» in the barrier insulation located perpendicular to the propagation path of the discharge activity and parallel to the horizontal ground plane. The study of barrier insulation usage is significant to prevent undesirable discharge activity. Moreover, the paper shows that when trying to make high-voltage devices more compact, there are almost no wide air gaps in them; in such conditions the restriction of the air gap between the electrodes with a solid dielectric does not increase, but reduces the breakdown voltage, therefore, there is a need to identify new patterns for air gaps in high-voltage insulation and ways to eliminate them. Thus, it is possible to single out the primary purpose of the thesis: to reveal the effect of air gaps in barrier insulation of different configurations on the breakdown voltage and behavior of streamers and leaders in the air when the standard lightning impulse is applied to the system.