1.Электрические разряды в газах

1.1.Газ как изолирующая среда

Газы, как изолирующая среда, широко применяются на воздушных линиях, в РУ и другой электрической аппаратуре. В качестве изолирующих газов используется воздух, элегаз ( ), азот, смесь элегаза с азотом и др.

Достоинства газовой изоляции – это относительно низкая стоимость, относительно высокая электрическая прочность, свойство «самовосстановления», хорошая теплопроводность.

Воздух. При нормальных атмосферных условиях (давление  = 100 кПа, температура  = 293 К, плотность ) и в однородном электрическом поле электрическая прочность воздуха составляет . Такое значение характерно для расстояния между электродами менее 1 м. При расстояниях прочность составляет около , а при расстоянии 10 м и выше – . Снижение электрической прочности воздуха при больших расстояниях объясняется стримерной теорией развития разряда (см. п. 1.6). На величину электрической прочности воздуха оказывают влияние температура, давление (плотность) и влажность.

Электрическое оборудование обычно проектируется для работы на высоте до 1000 м над уровнем моря при темепературе и . При увеличении высоты на 100 м и увеличении температуры на прочность воздуха снижается на 1 %. Увеличение абсолютной влажности в два раза снижает прочность на 6–8 %. Эти данные характерны для расстояния между токоведущими частями до 1 м. При увеличении расстояния влияние атмосферных условий снижается.

Главным недостатком воздуха является то, что под воздействием на него короны образуется озон и окись азота, что в свою очередь приводит к старению твердой изоляции и коррозии.

В настоящее время для изготовления газовой изоляции используются следующие газы: элегаз, азот, смесь элегаза с азотом и некоторые фторуглероды. Многие из этих газов имеют электрическую прочность выше, чем у воздуха. Недостатком многих изоляционных газов является токсичность, высокая температура сжижения, способность выделять углерод, который, оседая на поверхности твердой изоляции, увеличивает ее проводимость.

Элегаз. В новых высоковольтных коммутационных аппаратах элегаз применяется в качестве изолирующей и дугогасящей среды. Коммутационная способность и диэлектрические свойства коммутационной аппаратов зависят от плотности элегаза, которая постоянно должна контролироваться. Утечки через уплотнения или корпус должны автоматически определяться приборами. Нормальное рабочее давление (давление заполнения при 20°С) для этих коммутационных аппаратов от 0,45 до 0,7 МПа в минимальном температурном диапазоне от –40°С до –25°С. Элегаз не токсичен, не подвержен загрязнению или увлажнению, не огнеопасен и не имеет озоноразрушающего эффекта. Однако, он сохраняется в атмосфере более 3200 лет и имеет парниковый потенциал в 22000 раз больше, чем потенциал углекислого газа. Несмотря на то, что доля элегаза в образовании парникового эффекта сравнительно мала (около 0,2 %), он включен в список парниковых газов из-за широкого использования в электроэнергетике.

1.2.Виды электрических разрядов в газах

В реальном газе всегда присутствует конечное значение заряженных частиц – электронов и ионов. Свободные носители заряда образуются в результате воздействия естественных ионизаторов – ультрафиолетового излучения солнца, космических лучей, радиоактивного излучения. Также свободные носители заряда образуются под действием электрического поля в результате ионизации. Этот процесс может носить нарастающий характер в виде лавины. В результате канал между электродами приобретает высокую проводимость и наступает пробой газообразного диэлектрика.

Р

– напряжение пробоя; – ток насыщения

Рис. 1.1 – Вольтамперная характеристика газового разряда

азряды в газах могут носить самостоятельный и несамостоятельный характер. Если в газовом промежутке ток протекает только под воздействием внешнего ионизатора, то такой разряд называется несамостоятельным (рис. 1.1, участок ОАВС). Если ток разряда зависит от параметров цепи (сопротивления и мощности источника), то разряд называется самостоятельным (рис. 1.1, после точки С). Для поддержания самостоятельного разряда не требуется образования заряженных частиц за счет внешних ионизаторов.

При малых давлениях из-за небольшого числа молекул промежуток не может приобрести большую проводимость. Тогда возникает тлеющий разряд с плотностью тока . Разряд охватывает всю область между электродами. При атмосферном давлении (или выше) при малой мощности источника или при кратковременном приложении напряжения возникает искровой разряд (молния). При длительном действии напряжения искровой разряд повторяется периодически до снятия напряжения. При большой мощности источника питания разряд может носить дуговой характер. В этом случае ток может достигать , а температура до 6000°С.

В резконеоднородном поле самостоятельный разряд имеет вид короны (свечение). При коронном разряде в промежутке между электродами не возникает сквозного канала высокой проводимости, но при дальнейшем увеличении напряжения может возникать искровой или дуговой разряд.

Закономерности развития электрического разряда в разных газах одинаковы, разница заключается лишь в значении коэффициентов, характеризующих этот процесс.