Пробой воздуха

ЛЕКЦИЯ (продолжение)

Тема: Электрическая прочность диэлектриков

Влияние частоты

Влияние частоты на электрическую прочность связано с возможностью формирования разряда за время Т/2.

Епр

Время формирования разряда -

1-ый участок - при f до за время Т/2 успевает сформироваться разряд.

2-ой участок – при f в межэлектродном промежутке накапливается объёмный положительный заряд, в результате чего искажается электрическое поле, и это способствует образованию токопроводящего канала между электродами. Электрическое поле усиливается, а значит, электрическая прочность снижается.

3-ий участок – при частотах и выше затрудняются условия формирования разряда, потому что затруднено выполнение условия (2) из-за малой длины свободного пробега. Выполнение условия (2) возможно лишь при повышении скорости движения свободных зарядов.

(1)

(2)

(3)

Влияние давления

При больших давлениях и соответственно повышенной плотности газа расстояние между отдельными молекулами становится меньше; тем самым уменьшается длина свободного пробега электронов, и как следует из (3), для того чтобы пробой произошёл, должна быть увеличена напряженность поля.

При уменьшении давления вначале наблюдается падение электрической прочности (рис.3), когда же давление доходит до некоторого предела, ниже атмосферного давления, и разрежение достигает высоких степеней, электрическая прочность начинает снова возрастать. Это возрастание объясняется уменьшением числа молекул газа в единице объёма при сильном разрежении и снижении вероятности столкновений электронов с молекулами.

При высоком вакууме пробой можно объяснить явлением вырывания электронов из поверхности электрода. В этом случае электрическая прочность доходит до весьма высоких значений и зависит от материала и состояния поверхности электродов.

Применение: большую электрическую прочность вакуума используют в технике при конструировании вакуумных конденсаторов для больших напряжений высокой частоты. Газы при больших давлениях применяются в качестве изоляции для высоковольтной аппаратуры, в производстве кабелей и конденсаторов высокого напряжения (воздушные выключатели, кабели воздухонаполненные). Давление в этих аппаратах порядка 30 атм.

Влияние влажности на электрическую прочность

При увлажнении воздуха его электрическая прочность меняется: уменьшается – если поле однородное; увеличивается – если поле неоднородное, потому что капельки воды выравнивают электрическое поле между электродами.

Пробой воздуха вблизи поверхности диэлектрика называется напряжением разряда по поверхности Uразр, которое меньше пробивного напряжения. Потому что на поверхности диэлектрика имеются нескомпенсированные поверхностные заряды. Они искажают электрическое поле, делают его неоднородным, следовательно разряд произойдет быстрее.

Uразр резко снижается если поверхность увлажнена и загрезнена.

Поэтому нужно следить за чистотой поверхности.

Чтобы повысить Uразр используют специальную конфигурацию поверхности изоляторов.

Пробою воздуха предшествует явление «корона», т.е. ионизация воздуха в местах повышенной неоднородности поля. В месте ионизации появляется светящееся облако – корона. Коронный разряд – это самостоятельный разряд в области, прилегающей к электроду, с малым радиусом кривизны.

На корону затрачивается энергия электрического поля, которая называется потери на корону. Потери на корону нежелательны, поэтому при расчете ЛЭП стараются повысить напряжение начала короны . Этого можно достичь путем выравнивания электрического поля следующими методами: использование нескольких проводов на одну фазу или расщепление фазы.

Кроме воздуха, в качестве газообразного диэлектрика используется элегаз (электрический газ) – SF6

Элегаз имеет электрическую прочность в 2,5 раза больше чем у воздуха, негорюч. Широко применяется в качестве диэлектрика в выключателях и кабелях при напряжении от 3 кВ и выше.

2)Пробой твёрдого диэлектрика

Основным видом пробоя твердого диэлектрика является электротепловой, потому что электрическая прочность твердых диэлектриков намного (в 10, 100 раз) больше чем у воздуха. И зависит от толщины материала: с увеличением толщины электрическая прочность Епр уменьшается.

1) Увеличение толщины связано с ухудшением теплоотвода у материала;

2) При увеличении толщины материала возможно увеличение числа слабых мест.

Слабое место – это воздушные пузырьки, трещины, т.е. попадание воздуха внутрь материала и наличие различных примесей.

Пленочный полиэтилен – Епр=180кВ/м

Епр

Влияние температуры (тв.диэлектрик)

При повышении температуры происходит переход от электрического пробоя (при Т<Т к) к тепловому (при Т> Т к), как это показано на рис 5.

Электрический пробой развивается за очень незначительное время. Поэтому если пробой не произошел в ближайшее время после приложения напряжения, то, вероятно, следует ожидать, что он не произойдет и в дальнейшем. Для развития теплового пробоя требуется накопление в диэлектрике тепла, на что нужно определенное время, тем меньшее, чем выше приложенное к диэлектрику напряжение.

1

2

Рис. 5

1-ый участок - электрическая прочность не зависит от Т, соответствует электрическому виду пробоя в твердом диэлектрике, когда материал не нагрелся. Такое возможно если материал неполярный, т.е. у него диэлектрические потери малы или маленькая толщина.

2-ой участок – тепловой вид пробоя материала.

Исследование электрической прочности твердых диэлектриков производится по ГОСТу, который учитывает форму и размеры электродов; чистоту поверхности – она должна быть гладкой.

Измерения проводят в 5 точках одной толщины.

Пробивают диэлектрик при плавном подъеме напряжения или при ступенчатом. Вид подъема напряжения определяется характером работы материала.

При плавном подъеме: скорость подъема напряжения влияет на результат. Скорость устанавливается ГОСТом. Сначала определяют напряжение пробоя при плавном подъеме. И в зависимости от этой величины устанавливается скорость подъема.

При ступенчатом подъеме берется первоначально 50% от величины пробивного напряжения при ориентировочном пробое. Выдерживается 5 мин. И если пробой не произошел, то приложенное напряжение увеличивают, и так до тех пор пока не произойдет пробой.

Напряжение пробоя материала при ступенчатом подъеме меньше чем при плавном, потому что материал успевает нагреваться. Это определяется тем, что под действием электрического поля, когда мы поддерживаем определенную ступень напряжения, в материале может наблюдаться ионизация или диссоциация молекул примесей. Если пробой происходит при переходе с одной ступени на другую, то за величину пробивного напряжения принимается напряжение предыдущей ступени.

При увлажнении электрическая прочность уменьшается

При повышении частоты приложенного напряжения наблюдается ход кривой, как на рис.5

Дата добавления: 2014-01-07