Тема 3.3 Газообразные диэлектрики

Воздух используется практически в подавляющем большинстве электротехнических машин, аппаратов, трансформаторов и приборов, даже в устройствах, заполненных жидким диэлектриком. Так, маслонаполненный трансформатор имеет выводы (изоляторы), часть которых находится в окружающей воздушной среде, и воздух является частью системы изоляции. Газообразные диэлектрики работают обычно в сочетании с твердыми. Отрицательной особенностью воздуха как диэлектрика является низкая электрическая прочность. На электрическую прочность газов влияет их химический состав. В таблице 11 показаны отношения электрической прочности некоторых газов к электрической прочности воздуха и температура кипения этих газов.

Таблица 11 Электрическая прочность и температура кипения газов

Повышенную электрическую прочность имеют так называемые электроотрицательные газы, отличающиеся тем, что их молекулы способны присоединять к себе (захватывать) движущиеся свободные электроны, превращаясь таким образом в малоподвижные отрицательные ионы. Для осуществления ударной ионизации этими ионами требуется большая,

напряженность электрического поля, чем при ионизации электронами. К электроотрицательным относятся в частности, газы, содержащие в своих молекулах атомы фтора, брома и хлора. Хотя условия применения газов весьма различны, требования к ним как к электроизоляционным материал могут быть обобщены следующим образом. Важно, чтобы газы были химически инертными, не взаимодействовали с соприкасающимися с ними твердыми материалами. Желательно, чтобы при ионизации газы не образовывали особо активных химических веществ, способных разрушать твердые материалы, вызывать коррозию материалов. Это требование носит, в известной степени, относительный характер например, при ионизации воздуха образуются озон, окислы азота, а он все же широко используется. В высоковольтных устройствах для повышения электрической прочности газы часто используются при повышенном давлении. В связи с этим важно, чтобы они имели достаточно низкую температуру сжижения, так как она повышается с увеличением давления. Воздух является охлаждающей средой в случаях, когда тепло с поверхности нагретых частей отдается в окружающую среду.

В Высоковольтных герметизированных устройствах (конденсаторы, трансформаторы, кабели) газы применяются обычно под давлением. Исключение составляют некоторые вакуумные устойства.

Воздух под давлением в основном используется в так называемых образцовых (стабильных и не имеющих диэлектрических потерь) конденсаторах на сравнительно невысокие напряжения – до 1 кВ, в редких случаях на напряжение 10-35 кВ. Более широкое применение находит азот под давлением – газ, инертный в химическом отношении и при ионизации не выделяющий агрессивных продуктов. Азот имеет неблагоприятную особенность – в зависимости его электрической прочности от давления при относительно невысоком давлении наступает насыщение – напряжение практически перестает расти с увеличением давления. Давление, вызывающее это насыщение, зависит от однородности электрического поля.