Лекция №3. Диэлектриктердің тесілуі туралы жалпы мағлұматтар.

Тақырыбы: Диэлектриктердің тесілуі туралы жалпы мағлұматтар.

Жоспары:

3.1. Анықтамалар

3.2. Ауа кеңістігін біркелкі өріспен тесіп өту.

3.3. Пашен заңы.

3.4. Газ кеңістігін біркелкі емес өріспен тесіп өтудің

ерекшеліктері.

3.1. Екі аралығында диэлектригі бар электродтардағы кернеу жоғарылағанда диэлектрикті тесіп өту пайда болуы мүмкін. Диэлектриктің тесілуі дегеніміз оның электрооқшауламалық қасиеттерін жоғалтуы. Осы кезде электродтар арасында жоғары өткізгішті канал пайда болады да ол екі электродтардың қысқаша тұйықталуына әкеліп соғады. Тесілген жерде ұшқын пайда болады немесе қоректендіру көзінің қуаты үлкен болған жағдайда электрлік от-жалын (дуга) байқалады.

Диэлектрикке берілген және ондағы тесіп өтуді тудырған минималды кернеу тесуші кернеу Uпр деп аталады. Ол негізінде киловольтпен (кВ) өлшенеді. Жоғары кернеуліктік электр өрісінің ұзақ уақыт әсер етуі диэлектрикте кері қайтпас процесстерге әкеліп соғады, осының салдарынан тесуші кернеу төмендейді, демек электрлік оқшауламаның тозуы пайда болады.

Диэлектриктің қалыңдығының ұлғаюына байланысты тесуші кернеу Uпр де өседі. Материалдың электр өрісінің бүліндіру әрекетіне қарсы тұру қасиетін сипаттау үшін электр өрісінің кернеулігі деген ұғым кіргізілген. Осы керенулікке жеткенде материалда ( диэлектрикте ) тесіп өту пайда болады. Диэлектрикте тесіп өту пайда болған кездегі электр өрісінің кернеулігі электрлік беріктік Eпр деп аталады. Бұл көрсеткіш тесіп өтуші кернеудің «Uпр» диэлектриктің қалыңдығына «d» қатынасымен анықталады және де кВ/м өлшенеді:

Диэлектриктің тесілуі ондағы өтетін электрлік, жылулық немесе физика – химиялық процесстердің әсерінен пайда болуы мүмкін. Диэлектриктің атомдары мен молекулалары зарядталған бөлшектерінің өте күшті байланысымен сипатталады.

Диэлектрик тесілген кезде зарядталған бөлшектер еркіндік алады да электр өрісінің әсерінен бағытталып қозғалып электрлік тоқты түзеді.

3.2. Басқа газдар сияқты ауаның тесілуінде соққылы және фотонды ионизация процесстерінің ұлғаюының әсері деп қарастыруға болады.

Газдарда әрқашанда оң иондар мен электрондардың көп емес саны кездеседі, олар газдың нейтральды молекулалары сияқты бейтараптық жылулық қозғалыста болады.

Электр өрісінің әсерінен зарядталған бөлшектер өріс күшінің бағытымен қозғала бастайды. Осы кезде зарядталған бөлшектер екі-бір соқтығысудың аралығында, өрістің біркелкілігі жеткілікті жағдайында, қосымша энергияны өзіне сіңіреді:

мұндағы: E – электр өрісінің кернеулігі;

q – заряд;

–зарядталған бөлшектің соқтығыспай тұрғандағы жүріп өткен

орташа жолы – немесе еркін қозғалысының ұзақтығы.

Нейтралды молекула зарядталған бөлшекпен соқтығысқанда қосымша энергия молекулаға беріледі. Егерде бұл энергия жеткілікті көп болса, онда молекуланың соғылу ионизациясы пайда болады, демек молекуланың және оң зарядталған ионға ыдырауы жүреді. Немесе сыртқы электронның алысырақ орбитаға өтуіне байланысты молекуланың қозуы пайда болуы мүмкін. Осыдан кейінгі кезеңде қозған электрон өзінің бұрынғы орбитасына қайта оралады да, басы артық энергия фотон түрінде бөлініп шығады. Басқа молекула өзіне сіңдіріп алған фотон соңғы энергияны иондауы мүмкін. Бұл құбылыс ішкі фотондық ионизация деп аталады.

3.3. Біркелкі және әлсіз біркелкі электрлік өрісті газдық кеңістіктің тесу кернеуі электродтардың ара қашықтығына, қысымға және газдың температурасына тәуелді болады. Бұл тәуелділік Пашен заңымен анықталады:

мұндағы: b – газдың салыстырмылы тығыздығы;

S – электродтардың ара қашықтығы;

Uпр

нормальная

условия

Uпр min

( РS )* РS

dS

3 – Сурет. Пашен заңының тәулділігін көрсету.

Газдың салыстырмалы салмағы дегеніміз белгілі жағдайдағы газ тығыздығының қалыпты жағдайдағы ( 20С, 760мм.рт.ст.) газ тығыздығына қатынасы.

Алғашқыда заң тесу кернеуінің электродтар аралығындағы қашықтыққа және газдың қысымына тәуелділігін білдіретін. Бірақта температура тұрақты кезде екі бірдей тәуелділік бірдей болады. Тәуелділіктің өзгеру сипаттамасы 3-суретте бейнеленген.

( РS ) – тің қалыпты температура кезіндегі шамасы 0,57см-мм.рт.ст. тең, осы кезде нормальды қысым 3- суретте бейнеленген дөңгелек шеңбері аймағында болады. Осы аймақта Uпр = dS тәуелділігі констант ретінде жақсы байқалады.

3.4. Енді стержень – плоскость (С-П) типті кеңістікті қарастырамыз.

Өрістің орташа кернеулігінің көп емес жағдайында стерженнің сүйір ұшындағы кернеулілік өте үлкен болады, соның салдарынан соғу ионизациясы пайда болуы мүмкін, ол электрондар тасқынын күшейтеді. Сонымен қатар осы кезде өткізгіш канал – стример түзіледі. Үлкен қозғалысқа ие теріс еркін электрондар жаңа зарядтардың түзілуіне жауапты, ал ионизациядан қалған баяу қозғалатын оң зарядты иондар электр өрісінің таралуын осы кеңістікте алмастырады.

Ионизацияның әрқашанда стерженнің ұшында басталатынын ескерсек, онда оның заряды оң полярлы болған кезде оң көлемдік заряд стержень ұшын экрандайды да сүйір ұштың жақын маңайындағы иондалу прцесінің дамуын әлсіретеді. Сонымен қатар бұл заряд қалған кеңістікте разрядтың күшеюін жеңілдетеді. Сүйір ұштың теріс зарядталуы кезінде оған жақын маңайда ионизация прцесі тез өседі де, оң көлемдік заряд пен оң плоскость (беткейлік) арасындағы кеңістіктегі разрядтың дамуын (күшеюін) қиындатады.

Аталған факторлар С – П (стержень – плоскость) ара кеңістігінің тесілу заңдылықтарының біркелкі және нашарбіркелкі электр өрісті кеңістігінен негізгі айырмашылықтарын анықтайды:

1. С –П ара кеңістігінің электрлік беріктігі біркелкі және нашарбіркелкі электр өрісті ара кеңістігімен салыстырғанда анағұрлым аз болады;

2. С –П ара кеңістігінде электр өрісінің көп емес кернеулігінде «корона» құбылысы байқалады, демек стерженнің жақын маңында өзіндік электрлік разряд жарқырап және шатырлап дыбыс шығарып жалғасады. Осы кезде ара кеңістіктің бір бөлігі ғана өткізгіш болып қалады, ал бүкіл ара кеңістік өзінің оқшауламалық қасиетін сақтап қалады;

3. «Коронаның» басталуы кезіндегі кернеу стерженнің полярлығына тәуелді болады; стержень теріс зарядты болған кезде «корона» аздау кернеуде басталады;

4. С –П ара кеңістігінің тесілуі кезінде де полярлылық эффект байқалады: стержень оң зарядты болғанда теріс зарядтыкіне қарағанда тесуші кернеу 2 – 2,5 есе аз болады.

Әдебиеттер тізімі:

Негізгі:

1. Техника высоких напряжений: Учеб. по направлению 650900 «Электрэнергетика» и специальности «Высоковольт. Электроэнергетика и электотехника» И.М. Богатенков, Ю.Н. Бочаров, Н.И. Гумерова; под общ. ред. Г.С. Кучинского.-СПб.:Энергоатомиздат. С.-Петерб. отд-ние, 2003.

2. 125 вопросов и ответов по ЭТМ и ТВН: Учеб. пособие В.В. Егоров, А.А. Смирнов; Петерб. гос. ун-т путей сообщ. М-ва путей сообщ. Рос. Федерации (ПГУПС - ЛИИЖТ) СПб.: Петерб. гос. ун-т путей сообщ., 2003

Қосымша:

1. Изоляция и перенапряжения системах электроснабжения: Учеб. пособие С.В. Горелов, Л.Н. Татьянченко, С.О. Хомутов; М-во оброзования Рос. Федерации. Алт. гост. техн. ун-т им. И.И. Ползунова. – Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2002.

2. Методы испытаний и диагностики кабелей и проводов. Холодный С.Д. Москва, Госэнергоиздат.

3. Силовые кабели и высоковольтные кабельные линии. Привезенцев. В.А., Ларина Э.Т. Москва. Энергия.

Бақылау сұрақтары:

1. Пашен заңы.

2. Газды ортаның тесілуі.

3. Біртекті өрістегі газды аралықтың тесілуі.

4. Ішкі изоляцияның тесілуінің кернеу әсер ету ұзақтығына тәуелділігі