Воздух является естественной изоляцией многих электрических конструкций. Наиболее важная характеристика воздушного промежутка – это электрическая прочность. Значение напряжения, при котором происходит пробой
диэлектрика, называется пробивным напряжением, а напряжение и соответствующее значение напряженности, когда диэлектрик сохраняет свои свойства– электрической прочностью диэлектрика.
Пробивное напряжение, как и электрическая прочность, зависит от полярности электродов, от их формы, расстояния между ними, от давления и относительной влажности. Под действием электрического поля имеющиеся в воздухе ионы приобретают кинетическую энергию, необходимую для усиления ионизации частиц газа. При этом у электродов появляется светящийся синеватый слой, сопровождающийся легким шипением, такой разряд называется коронирующим. При увеличении напряжения он переходит в искровой, а затем в пробой и дуговой разряд.
Коронный разряд возникает при сравнительно больших давлениях и конфигурации электродов, при которой поле в разрядном промежутке очень не равномерно. Ионизация происходит лишь в тонком слое (около электрода с малым радиусом кривизны) называемом коронирующим слоем. При постоянном напряжении в зависимости от полярности коронирующего электрода различают отрицательную и положительную корону. При повышении напряжения на коронирующем электроде корона может перейти в дуговой или искровой разряд.
Искровой разряд представляет собой самостоятельный разряд в однородном поле. Искровой разряд характеризуется образованием отдельных проводящих каналов – стримеров. Стример – канал, заполненный плазмой, который образуют электроны вторичных лавин вместе с положительными ионами начальной лавины. Постепенно распространяясь от анода к катоду, стример перекрывает весь промежуток и происходит пробой.
Дуговой разряд имеет место при достаточной мощности и токе источника питания. Он характеризуется большой плотностью тока, высокой температурой столба дуги.
Такой разряд может существовать при любом давлении и сопровождаться переносом материала одного из электродов.
В высоковольтной технике необходимо учитывать воздействие напряжений, вызванных разрядом атмосферного электричества. Такие воздействия сопровождаются возникновением импульсных волн напряжения, приводящих к электрическому пробою изоляции оборудования. Поэтому необходимо знать и импульсную электрическую прочность. Импульсный пробой воздушных промежутков развивается потому же механизму, что и электрический под действием постоянного или медленно изменяющегося напряжения. Однако амплитуда напряжения при импульсном пробое искрового промежутка может существенно превышать постоянное пробивное напряжение того же промежутка. Это объясняется тем, что предзарядное время волны импульсного напряжения может оказаться соизмеримым со временем, необходимым для формирования полного перекрытия искрового промежутка, зависящим от амплитуды воздействующего напряжения. В этом случае для обеспечения формирования канала пробоя за предзарядное время импульса требуется увеличение амплитуды импульсного напряжения. В лаборатории изоляционные промежутки испытывают полным и срезанным импульсами напряжения.
Импульсная прочность промежутков характеризуется вольт-секундной характеристикой, устанавливающей связь между амплитудой импульса, измеренной по пятидесяти процентному методу, при воздействии которой наблюдается пробой межэлектродного промежутка с вероятностью 50 % и временем разряда. Экспериментально, величина U=50% определяется при воздействии на промежуток импульсов генератора импульсных напряжений (ГИН).
Изменение амплитуд пробивного статического напряжения U0 и импульсного напряжения U50% позволяет определить коэффициент импульса изоляционного промежутка, который характеризует импульсную прочность:
,
где b=1 – в однородных полях, b>1 – в неоднородных полях.
Устройство и принцип действия ГИН подробно изложено в литературе, указанной в методических указаниях данной лабораторной работы.
Существует ряд газов, электрическая прочность которых в 2-5 раз превышает прочность воздуха (азота). К ним в частности, относится четырех хлористый углерод (Uпр.отн.=6.3). Однако их практическому применению (использованию) препятствует повышенная химическая активность, токсичность и высокие температуры кипения.
Исследование явления искрового разряда в этой работе должно, проводится с использованием математической статистики.
Варианты заданий
/по указанию преподавателя/
Таблица 3. Варианты заданий
| № варианта | Форма электродов | |
| + Анод | - Катод | |
| шар шар игла шар плоскость игла плоскость плоскость игла | шар игла шар плоскость шар игла плоскость игла плоскость |
