Лекция 7

3. Разряды в воздушных промежутках при грозовых и коммутационных импульсах

При кратковременных импульсах значение разрядного напряжения воздушных промежутков зависит от продолжительности воздействия. Если к промежутку приложено напряжение, достаточное для пробоя, то для развития и завершения разряда в промежутке необходимо определенное время t_Р – время разряда.

Время разряда t_Р складывается из следующих частей:

Статистического времени запаздывания t_С разряда. Это время ожидания эффективного начального электрона,с появлением которого начинается развитие самостоятельного разряда. Появление такого электрона носит случайный характер, поэтому это время подвержено статистическому разбросу

Времени формирования t_Ф разряда. Это время от момента появления начального электрона до завершения пробоя.

Холостое время t_Х. Эта составляющая времени разряда представляет собой время подъёма напряжения до значения U_Н и имеет место при большой длительности фронта.

Если длительность приложенного к промежутку импульса меньше времени разряда, то пробоя не произойдет, хотя значение напряжения было бы достаточным для этого при длительном воздействии напряжения.

Составляющие времени разряда t_С и t_Ф зависят от значения напряжения на промежутке. При увеличении напряжения повышается вероятность того, что появляющиеся в промежутке электроны станут эффективными, и t_С уменьшается. Сокращается также и t_Ф, поскольку при большем напряжении возрастает интенсивность разрядных процессов с промежутке.

Зависимость максимального напряжения разряда от времени действия импульса называется вольт-секундной характеристикой изоляции.

Вольт-секундные характеристикой зависят от формы импульса. С целью унификации испытаний и возможности сопоставления изоляционных конструкций установлен стандартный грозовой импульс 1,2/50 мкс.

Вид вольт-секундной характеристики зависит от степени неоднородности электрического поля в промежутке.

Для промежутков с однородным и слабо неоднородным полем (рис.7.1., кривая 1), вольт-секундная характеристика параллельна оси абсцисс, и только при времени разряда порядка 1мкс и меньше разрядное напряжение увеличивается. Это связано с тем, что разряд в таких промежутках формируется за весьма малое время при напряжении, равном начальному значению.

Отмеченные свойства вольт-секундной характеристики позволяют использовать промежуток между шаровыми электродами, создающими практически однородное поле, если расстояние между электродами меньше их радиуса в качестве универсального прибора для измерений максимальных значений напряжения.

Рисунок 7.1. Вид вольт – секундных характеристик для промежутков с однородным (1) и неоднородным (2) электрическими полями (грозовые импульсы).

Вольт – секундные характеристики промежутков с резко неоднородным электрическими полями (кривая 2) имеют достаточно большую кривизну, поскольку в таких промежутках время формирования очень сильно зависит от значения приложенного напряжения. Для таких промежутков при грозовых импульсах характерны большие разрядные напряжения U_Р, чем при переменном напряжении 50 Гц U_~. Отношение U_Р / U_~ называется коэффициентом импульса

К_имп = U_Р / U_~.

Промежутки с однородными и слабонеоднородными электрическими полями имеют К_имп = 1 практически во всем диапазоне времени разряда.

При коммутационных импульсах разряд происходит на фронте импульса и разрядное напряжение U_Р может быть меньше U_~.

При грозовых и коммутационных импульсах, как и при постоянном напряжении, самые низкие разрядные напряжения имеет воздушный промежуток стержень – плоскость при положительной полярности стержня.

Если разрядный промежуток несимметричный, то есть его электроды имеют разные радиусы кривизны, то пробивное напряжение зависит от полярности электрода с меньшем радиусом кривизны: при отрицательной полярности оно существенно выше, чем при положительной (рис. 7.2).

Объясняется это тем, что при положительной полярности электрода с меньшим радиусом кривизны подвижные электроны легко уходят из зоны разряда на электрод, а остающийся положительный объемный заряд усиливает напряженность электрического поля во внешней части промежутка, способствуя дальнейшему развитию разряда.

При отрицательной полярности, наоборот, малоподвижный положительный объемный заряд уменьшает напряженность поля во внешней части промежутка и для развития разряда требуется значительно большее напряжение. Средние разрядные напряженности при положительной полярности стержня составляют 4,5 кВ/см, а при отрицательной – примерно 10 кВ/см, что существенно (в 3-5 раз) меньше, чем при разрядах в однородном поле.

Рис. 7.2. Разрядные напряжения воздушных промежутков стержень – плоскость при отрицательной (1) и при положительной (2) полярностях стержня и постоянном напряжении.

При переменном напряжении частотой 50 Гц наименьшую электрическую прочность также имеет промежуток стержень – плоскость. Разрядные напряжения этого промежутка несколько ниже, чем при постоянном напряжении положительной полярности. Объясняется это некоторым усилением электрического поля у стержня зарядами, оставшимися в промежутке от предшествовавшего полупериода напряжения. Промежуток стержень – стержень имеет более высокую прочность, поскольку электрическое поле в нем несколько равномернее.

Рис.7.3. Разрядные напряжения воздушных промежутков при переменном напряжении частотой 50 Гц: 1 – стержень – плоскость, 2 – стержень – стержень;

3 – провод – стойка опоры, 4 – провод – провод.

Лекция №8