Лабораторная работа №6

6. Объяснить полученные результаты и зависимости.

Таблица 1

Экспериментальные данные по пробою воздуха

Давление, Р			Пробивное напряжение Uпр, кВ
		Расстояние между электродами δ в мм
в мм Hg
	δ1		δ2	δ3	δ4		δ5

Примечание: диапазон значений давления и расстояния между электродами задается преподавателем.

3.ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1.Развитие какого механизма предопределяет пробой газа?

2.При каком условии возможно осуществление ударной ионизации?

3.От каких факторов зависит вероятность ударной ионизации?

4.Чем можно объяснить высокое пробивное напряжение газа в области малых давлений?

5.В чем выражается сущность эмпирического закона Пашена?

4.ЛИТЕРАТУРА

1.Г.И.Сканави. Физика диэлектриков (область сильных полей).- ГИФМЛ, 1958.- 907 с.

2.М.Е.Иерусалимов, Н.Н.Орлов, Техника высоких напряжений.- Киев, Изд-во Киевского университета, 1967.- 444 с.

81

Лабораторная работа №7

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7. ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ПРОБОЯ ГАЗА

ВРЕЗКО НЕОДНОРОДНОМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ

1.ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О МЕХАНИЗМЕ ПРОБОЯ ГАЗОВ В РЕЗКО НЕОДНОРОДНОМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ

Вэлектротехнике и электроэнергетике находят применение много конструкций, у которых в качестве основной электрической изоляции используется газообразный диэлектрик. Это линии электропередач, воздушные, газонаполненные и вакуумные конденсаторы, газонаполненные кабели и др. Электрическая прочность газообразного диэлектрика существенным образом зависит от типа газа, его давления, вида и частоты приложенного напряжения и степени однородности электрического поля в конструкции, которая в основном определяется конфигурацией электродов.

Существенный интерес представляет рассмотрение закономерностей пробоя газа между игольчатыми электродами, дающими, как известно, наиболее неоднородное (неравномерное) электрическое поле. Расчет напряженности этого поля весьма затруднителен, ибо в идеальном случае радиус кривизны острия должен быть равен нулю и напряженность поля в непосредственной близости к острию должна быть равна бесконечности, поэтому такая идеализация острия непригодна. Замена острия полусферой малого, но конечного радиуса также мало помогает делу, так как весьма трудно оценить численное значение этого радиуса.

Точный расчет электрического поля между игольчатыми электродами или электродами игла-плоскость, однако, не имеет существенного значения для исследования пробоя газа между этими электродами, так как в этом случае, возникающий перед пробоем объемный заряд особенно сильно искажает поле. Поэтому вычисление максимальной напряженности поля по разности потенциалов и геометрическим параметрам системы не имеет смысла даже в первом грубом приближении. Вместе с тем экспериментальное исследование пробоя газа между игольчатыми электродами представляет практический интерес, так как в

высоковольтных конструкциях могут встречаться сильно неоднородные поля, например, при наличии острых краев (кромок) металлических деталей.

82

Лабораторная работа №7

Экспериментальные данные о зависимости пробивного напряжения воздуха от расстояния между игольчатыми электродами укладывается для переменного напряжения в следующие эмпирические формулы:

U пр =14 + 3,16 δ кВ.макс, при заземлении одной из игл;

U пр =14 + 3,36 δ кВ.макс, когда ни одна из игл не заземлена.

Эти формулы справедливы для промежутков δ > 8 см.

При объяснении пробоя газа в неоднородном (неравномерном) электрическом поле необходимо в первую очередь учитывать большую роль объемного заряда. Даже при пробое газа между плоскопараллельными электродами с сильно ослабленным краевым эффектом крайне важно учитывать влияние объемного заряда, искажающего поле перед пробоем.

В случае сильно неоднородного поля накопление объемного заряда определяет ход процесса даже при сравнительно низких напряжениях еще задолго до пробоя, т.к. ударная ионизация (корона) в сильно неоднородных полях локализуется в областях наибольшей напряженности поля. Ввиду этого при напряжении более низком, чем пробивное (при так называемом начальном напряжении), возникает корона. Чем выше степень неоднородности поля, тем больше интервал между начальным и пробивным напряжениями, и тем медленнее происходит нарастание ионизационного тока с увеличением напряжения.

Это связано с тем, что в резко неоднородном поле при повышении напряжения от начального до пробивного ударная ионизация развивается лишь в ограниченных областях, где напряженность поля достаточно велика, в то время как в полях, близких к однородному, она возникает сразу почти во всем объеме искрового промежутка.

Влияние объемного заряда на процесс пробоя газа должно быть, очевидно, особенно сильным для игольчатых электродов, при которых поле наиболее неоднородно. Вместе с тем, именно в этом случае наблюдается сильное влияние полярности на пробивное напряжение. Естественно предположить, что этот эффект связан с влиянием объемного заряда на процесс пробоя.

Действительно, ударная ионизация начинается в области наибольшей напряженности поля, т.е. в непосредственной близости к острию. Именно здесь возникает раньше всего положительный объемный заряд, так как образующиеся при ударной ионизации положительные ионы, имеющие малую подвижность, не успевают

83

Лабораторная работа №7

сколько-нибудь заметно переместиться за то время, пока электроны продвинуться к аноду.

В том случае, когда игла имеет положительный знак, положительный объемный заряд уменьшает поле вблизи иглы, а область наибольшей напряженности поля сдвигается к катоду (рис.1а кривая 2,3). Ударная ионизация будет способствовать прорастанию положительного объемного заряда по направлению сдвига области максимальной напряженности поля, т.е. от иглы к плоскости.

Можно думать, что пробой наступает тогда, когда продвижение столба положительного объемного заряда к катоду настолько увеличит напряженность поля в пространстве между головкой этого столба и катодом, что будет обеспечено условие возникновения и развития стримера.

а

б

в

Рис.1. Развитие пробоя газа в резко неоднородном электрическом поле:

а - при положительной полярности иглы;

б- при отрицательной полярности иглы;

в- в системе электродов игла - игла

При отрицательной игле (рис.1б) положительный объемный заряд, который и в этом случае возникает вблизи иглы, будет увеличивать поле вблизи иглы и уменьшать его в средних частях искрового промежутка. Поэтому, хотя ударная ионизация вблизи острия будет усиливаться, прорастание положительного объемного

84