Применение барьеров в изоляционных конструкциях

Цель работы: исследовать влияние барьера на электрическую прочность воздушного промежутка игла- плоскость.

Пояснения к работе

Увеличение электрической прочности промежутка игла - плоскость может быть достигнуто применением барьера - пластины из диэлектрика (электрокартон, гетинакс и др.), которую располагают в промежутке между электродами перпендикулярно силовым линиям поля. Изменение пробивного напряжения промежутка при наличии барьера вызвано не собственной прочностью барьера, а изменением картины электрического поля в промежутке вследствие осаждения ионов на барьере.

При положительной полярности иглы положительные ионы, перемещаясь к плоскости, равномерно растекаются по его поверхности тем равномернее, чем дальше от острия расположен барьер (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Электрическое поле в промежутке положительная игла - отрицательная плоскость с барьером.

Между положительно заряженным барьером и отрицательной плоскостью образуется поле, близкое к однородному. Это способствует повышению электрической прочности промежутка барьер - плоскость. Повышению пробивного напряжения способствует также ослабление поля между иглой и барьером, так как игла и барьер имеют одинаковую полярность.

При расположении барьера в непосредственной близости от положительного острия прочность промежутка снижается вследствие резкой неравномерности распределения зарядов на барьере. Напряженность поля оказывается достаточной для того, чтобы ионизационные процессы проходили по другую сторону барьера.

Если барьер расположить близко к плоскости, то пробивное напряжение определяется уже не прочностью промежутка барьер - плоскость, а прочность промежутка игла - барьер, поэтому по мере приближения барьера к плоскости его влияние постепенно уменьшается.

При отрицательной полярности острия электроны, двигаясь от острия, попадают на барьер, теряют скорость, и большинство из них становятся отрицательными ионами. На барьере в этом случае появляется концентрированный отрицательный заряд, увеличивающий напряженность поля не только между положительным объемным зарядом у острия и барьером, но и во внешнем пространстве (рис. 3.2). Степень влияния отрицательного концентрированного заряда будет тем больше, чем дальше от острия установлен барьер.

Поэтому при отрицательной полярности острия увеличение разрядного напряжения в промежутке при наличии барьера будет незначительным, а если барьер установлен ближе к плоскости, то разрядное напряжение будет даже меньше, чем в промежутке без барьера.

При расположении барьера в средней части промежутка разрядные напряжения при отрицательной и положительной полярностях близки.

Рис. 3.2. Электрическое поле в промежутке отрицательная игла - положительная плоскость с барьером.

На рис. 3.3 приведена зависимость разрядных напряжений промежутка игла - плоскость с барьером при обеих полярностях иглы от расположения барьера.

Оптимальное расстояние установки барьера - (0,15÷0,3) длины промежутка между электродами, отсчитываемое от иглы. Причем при положительной полярности иглы разрядное напряжение может увеличиться в 2÷2,5 раза по сравнению с промежутком без барьера, а при отрицательной полярности иглы – в 1,2÷1,3 раза.

Рис.3.3. Разрядные напряжения промежутка игла-плоскость без барьера (пунктир) и с барьером (сплошные линии).

Упрочняющий эффект барьеров имеет место при постоянном, переменном и импульсном напряжениях. Однако при импульсных напряжениях барьерный эффект выражен слабее, так как барьер не успевает за короткое время зарядиться.

Барьеры получили широкое распространение в воздушных изоляционных конструкциях с резко неоднородным полем. Барьеры, установленные в масле (внутренняя изоляция силовых трансформаторов, проходных изоляторов и др.), также значительно повышают электрическую прочность такого промежутка.