РАЗРЯДНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВОЗДУШНЫХ ПРОМЕЖУТКОВ

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 6Следующая ⇒

Цель работы – определение разрядных напряжений в воздухе в равномерном, слабо- и резконеравномерных полях при переменном и постоянном напряжениях.

Общие сведения. Разрядной характеристикой называется зависимость пробивного напряжения от длины промежутка.

Пробивное напряжение воздушного промежутка и его электрическая прочность зависят от расстояния между электродами, степени неравномерности электрического поля, плотности, влажности и запыленности воздуха, вида приложенного напряжения (постоянное, переменное промышленной и высокой частоты, импульсное).

Разрядная характеристика для плоских электродов с закругленными краями имеет вид

где – электрическая прочность воздуха в равномерном поле ( 30 кВ/см);

– длина воздушного зазора.

В реальных условиях величина зависит от и относительной плотности воздуха . В тонких воздушных слоях, соизмеримых с длиной свободного пробега электронов, наблюдается увеличение вследствие уменьшения вероятности ударной ионизации нейтральных атомов. Увеличение плотности воздуха затрудняет процесс ионизации, что связано с уменьшением длины свободного пробега электрона. Это приводит к росту . При понижении плотности поначалу уменьшается, но при достижении высокой степени разряжения вновь начинает возрастать, что объясняется уменьшением числа молекул воздуха в единицах объема и снижением вероятности столкновений электронов с молекулами. Для точных расчетов можно пользоваться эмпирической формулой

где

Р – давление, мм рт. ст.;

Т – температура воздуха при проведении испытания, °К,

где – пробивное напряжение при нормальных атмосферных условиях, кВ.

Пробой воздушного зазора в неравномерном электрическом поле протекает иначе, чем в равномерном. Здесь напряженность поля для разных точек различна, поэтому наблюдается постепенное прорастание разряда вглубь воздушного промежутка из точек, где Е имеет наибольшие значения. При этом помимо ударной ионизации имеет место фотонная ионизация, способствующая более быстрому распространению электропроводящего канала – стримера. Постепенное разрушение воздуха равносильно перемещению точек с потенциалами электродов вглубь воздушного промежутка, так как разрушенный воздух представляет собой проводник со сравнительно малым падением напряжения в нем, т. е. прорастание разряда равносильно уменьшению длины промежутка при сохранении неизменной величины приложенного напряжения.

Следовательно, при одинаковых по длине разрядных промежутках с равномерным и неравномерным полями промежуток с неравномерным полем пробивается при меньшем напряжении, чем промежуток такой же длины с равномерным полем.

В резконеравномерных полях на значение влияет также влажность воздуха. С учетом поправки на влажность воздуха

где К = 1, 2–0, 2µ (µ – относительная влажность воздуха, определяемая по гигрометру).

На разрядное напряжение влияет способ приложения напряжения к электродам (рис. 6). При заземлении одного из электродов часть силовых линий поля замыкается на расположенные вокруг заземленные части. К емкости между электродами С₁₂ добавляется емкость незаземленного электрода относительно земли C_1з, и суммарная емкость системы возрастает. Поскольку , то при U = const на первом электроде накапливается больший заряд, а на втором заряд распределяется более неравномерно, чем при симметричной схеме. В результате неравномерность электрического поля возрастает, а пробивное напряжение снижается.

Рис. 6. Электрическое поле между электродами с учетом влияния земли

Между разными по форме электродами образуется неравномерное и несимметричное поле. В таком поле электрическая прочность воздуха в значительной степени зависит от полярности электродов. Наиболее ярко эффект полярности проявляется при электродах игла – плоскость (рис. 7).

Рис. 7. Схема, иллюстрирующая эффект полярности электродов

В обоих случаях ионизация начинается вблизи иглы, где напряженность электрического поля максимальная. При положительной игле объемный положительный заряд уменьшает поле вблизи стержня и несколько усиливает его во внешнем пространстве. Электроны, движущиеся от отрицательно заряженной плоскости к положительной игле, будут разгоняться объемным зарядом, и ударная ионизация усилится. При отрицательной игле объемный заряд усилит поле вблизи иглы, но ослабит поле в остальной части промежутка. Ударная ионизация на большей части промежутка ослабнет, так как движущиеся к положительной плоскости электроны будут тормозиться объемным зарядом. Поэтому в первом случае разрядное напряжение значительно меньше, чем во втором.

Оценка электрической прочности ЭИМ при воздействии на них импульсного напряжения производится по вольтсекундным характеристикам (ВСХ). ВСХ – зависимость времени пробоя ЭИМ от воздействующего импульсного напряжения.

Расчетная формула для ВСХ:

где

Программа работы

1. Снять разрядные характеристики при переменном напряжении промышленной частоты для электродов:

а) плоскость – плоскость;

б) игла – плоскость;

в) игла – заземленная плоскость;

г) игла – игла;

д) шар – шар.

2. Исследовать влияние полярности электродов «игла – заземленная плоскость».

3. Определить ВСХ воздушного зазора.

⇐ Предыдущая 1 234 5 6 Следующая ⇒