Часть III. Глава 2. Пробой жидких диэлектриков технической очистки

				Таблица 2.3
t, с	20	350	2800		7000
Епр, кВ/см	150	130	120		110

Снижение Епр технически чистых жидкостей и при очень больших экспозициях является следствием влияния примесей. Поэтому для технически чистых жидкостей коэффициент импульса, т.е. отношение импульсного пробивного напряжения к пробивному напряжению при больших экспозициях, может достигать очень больших значений, которые не наблюдаются при пробое газов и твердых диэлектриков. Так, при длительности 10-7 с коэффициент импульса может достигать значения, близкого к 10.

Высокая импульсная прочность жидких диэлектриков и отсутствие явления последовательного пробоя, наблюдаемого в твердых диэлектриках, делает жидкие диэлектрики более предпочтительной изоляцией, чем твердые диэлектрики, для импульсных высоковольтных устройств.

2.8. Влияние ультразвука на электрическую прочность

Исходя из представлений о механизме пробоя жидких диэлектриков за счет ударной ионизации по аналогии с пробоем газа в работе Некрашевич [12] показано, что если в промежуток кроме электрической энергии вводить какую-то дополнительную энергию, то условия пробоя при наличии γ -процесса на катоде будут иметь вид:

1)1α−γ χ < joPE – при пробое промежутка;

2)1α−γ χ > joPE – с упрочнением промежутка;

3)1α−γ χ = joPE – «особый вид разряда», как переходная форма

между условиями 1 и 2.

Здесь α – коэффициент ударной ионизации электронами, γ – коэффициент, учитывающий γ -процесс на катоде, χ – коэффициент,

учитывающий воздействие неэлектрической энергии, Р – мощность неэлектрической энергии.

В качестве такой неэлектрической энергии может выступать освещение катода или воздействие ультразвука. На рис. 2.12 представлена зависимость величины пробивного напряжения дистиллированного керосина от размера промежутка при отсутствии и при воздействии ультразвука.

233

Часть III. Глава 2. Пробой жидких диэлектриков технической очистки

Из приведенного рис. 2.12 видно, что при воздействии ультразвука явно вырисовывается упрочнение межэлектродного промежутка. Этот эффект наблюдается независимо от полярности электрода.

На рис. 2.13 представлена зависимость числа поданных импульсов

		напряжения до пробоя от
		длины		промежутка			при
		отсутствии (кривая 4) и
		при	воздействии			ультра-
		звука (кривая 3), а также
		после воздействия ультра-
		звука (кривые 1, 2).
			Из рис. 2.13 видно,
		что	эффект		упрочнения
		наблюдается как при не-
	Рис. 2.13. Зависимость числа поданных им-	посредственном воздейст-
	пульсов напряжения до пробоя от длины	вии ультразвука, так и
	промежутка:	сразу		после	ультразвуко-
	1 – сразу после ультразвукового облучения;	вого облучения (кривая 1)
	2 – спустя 60 мин;
		или спустя 60 мин после
	3 – без воздействия ультразвука;
		его	воздействия			(кривая
	4 – при непосредственном воздействии ультра-
	звука	2). Можно предположить,
		что	эффект		упрочнения
		промежутка при воздейст-
		вии	ультразвука связан с
		изменением			длины		сво-
		бодного пробега				электро-
		нов и тем самым с процес-
		сом	формирования				элек-
		тронной лавины, измене-
		нием внутренней структу-
		ры самого диэлектрика и
		переходного			слоя	между
	Рис. 2.12. Зависимость величины пробивно-	диэлектриком и поверхно-
		стью	электрода.			Можно
	го напряжения от длины промежутка при	также		предположить, что
	отсутствии ультразвука 1, 2 и при воздейст-
	вии ультразвука 3, 4 (1, 3 – анод; 2, 4 – катод)	при наличии влаги и меха-

нических загрязнений происходит их дробление под действием ультразвука, что затрудняет формирование проводящего

мостика.

234

Часть III. Глава 2. Пробой жидких диэлектриков технической очистки

2.9. Внедрение разряда в твердый диэлектрик, погруженный в изолирующую жидкость

О возможности использования высоковольтного импульсного напряжения для разрушения горных пород, их дробления и бурения скважин высказывались в работах А.А. Воробьева, Г.Н. Гаврилова [13,14]. Однако практическое осуществление данного явления затруднялось низкой электрической прочностью изолирующих жидкостей. За счет этого разряд при воздействии импульсного напряжения, как правило, происходил либо по поверхности твердого диэлектрика, либо в изолирующей жидкости. Г.А. Воробьеву пришла в голову мысль сравнить вольт-секундные характеристики жидких и твердых диэлектри-

ков.

	На рис. 2.14 приведены вольт-
	секундные	характеристики
	трансформаторного масла			и	двух
	твердых	диэлектриков	(лед		и
	органическое стекло), пробиваемых в
	поле электродов игла–плоскость при
	положительной полярности электрода-
	острия и межэлектродном расстоянии
	4 см.
	Положительная полярность электрода-
	острия выбиралась из тех сооб-
	ражений, что при этой полярности
	пробивное	напряжение		твердых
	диэлектриков значительно меньше, чем
	при отрицательной полярности. При
	пробое трансформаторного			масла
Рис. 2.16. Распределение на по-	эффект	полярности	проявляется
незначительно.
верхности образца точек появ-
Из рис. 2.14 видно, что при экспозиции в несколько мкс вольт-
ления каналов неполного про-
секундныебоя в толщехарактеристикиорганическоготвердых и жидких диэлектриков пересека-
ются (точки а и б).	При этом	пробивное	напряжение
стекла:

трансформаторного, б – точки касания поверхномасла становится выше пробивного напряжения электродами (+) и (–) полярности

твердых диэлектриков. Такой же эффект проявляется при использовании других жидкостей (соляровое масло, водопроводная вода). Данный эффект требовал объяснения. Г.А. Воробьев объясняет это различным характером развития разряда в жидкости при изменении длительностиИзвестно,импульсачто электрическая. прочность жидких диэлектриков (в данном случае трансформаторного масла технической очистки) ниже

электрической прочности твердых диэлектриков. Поэтому при подаче
Рис. 2.15. Схема развития разряда:
импульса высокого напряжения электрические разряды начинают раз-
1 – электрод-острие; 2 – высоко-
вольтный импульс положительной
полярности; 3,4 – распределение за-	235
рядов в плазме разряда на границе
раздела жидкость – твердый диэлек-
трик

Часть III. Глава 2. Пробой жидких диэлектриков технической очистки

виваться у электрода-острия в жидкости. Образующийся около элек- трода-острия объемный заряд выравнивает поле в жидкости. Но в твердом диэлектрике напряжен-ность электрического поля остается попрежнему высокой или может даже возрастать. Схематическое изображение развития разрядов на границе жидкости и твердого диэлектрика показано на рис. 2.15. В местах расположения высоких локальных напряженностей поля будет происходить развитие разряда в твердый диэлектрик. Это согласуется с экспериментальными данными Б.В. Семкина, который показал, что точки внедрения разряда в твердый диэлектрик (каналы неполных пробоев) находятся не под электродом, а располагаются на некотором удалении от него, образуя эллипс, вытянутый в сторону от электрода-острия (рис. 2.16).

В.Ф. Важов и Д.В. Жгун получили эффект внедрения разряда в твердый диэлектрик, когда напряжение на электродах быстро поднималось в течение примерно 1 мкс, а затем спадало при экспозиции не менее 5 мкс. Если напряжение было недостаточным для внедрения разряда в твердый диэлектрик, то разряд развивался дальше в жидкости.

Экспериментальная проверка эффекта внедрения разряда в твердый диэлектрик была проведена А.Г. Чепиковым. Он накладывал на твердый диэлектрик металлическое кольцо с внутренним радиусом 4 см. В центре этого кольца вставлялся электрод-острие, на который подавался импульс положительной полярности с длительностью фрон-

та порядка 10−5 с. Металлическое кольцо заземлялось. В качестве диэлектрика был взят фторопласт-4, т.е. пластичный материал, в котором не образуются микротрещины и можно произвести срез по каналу разряда. Фотография среза разряда во фторопласте-4 показана на рис.

	2.17.	Таким		образом
	экспериментально			была
	подтверждена		возможность
	внедрения	разряда	в	твердый
	диэлектрик, что в дальнейшем по-
Рис. 2.17. Канал внедрения разря-	служило	основой	разработки
да в образце фторопласта-4	методики	по разрушению		горных
	пород и было признано как научное

открытие [15].

236