Влияние полярности электродов на пробивное напряжение газа
Как раньше отмечалось (см. п.1.1) тело лавины электронов состоит из положительных ионов, подвижность которых намного меньше электронов, так как их масса примерно на 3 порядка больше электронов. Поэтому при движении лавины образуется «облако» положительного объемного заряда, расположенного вблизи стержня. Если полярность стержня положительная, то положительный объемный заряд, суммируясь с внешним электрическим полем источника питания, увеличивает результирующую напряженность поля вблизи стержня и приближает этот максимум к противоположному электроду и, как следствие, уменьшается пробивное напряжение промежутка стержень – плоскость.
При отрицательной полярности стержня объемный заряд вычитается из внешнего поля. Результирующая напряженность уменьшается, а пробивное напряжение промежутка растет.
Таким образом, пробивное напряжение газового промежутка при положительном стержне меньше, чем при отрицательном примерно в 2,5 раза. Более подробно этот раздел изложен в ЛР №2 [4].
Методы повышения электрической прочности газов
Диапазон
различий электрической прочности
известных науке газов очень широкий и
в целом достигает 200 крат. Наиболее
слабый из них гелий, электрическая
прочность которого в 17 раз меньше
воздуха. С другой стороны, пары
фтороорганического соединения
обладают электрической прочностью,
превосходящей трансформаторное масло.
Но этот газ токсичен и разлагается при
повышении температуры.
В
электроэнергетике кроме естественного
воздуха применяется гексофторид серы
,
так называемый элегаз. Атомы фтора
обладают способностью присоединять
лишний электрон с образованием устойчивых
отрицательных ионов. Коэффициент ударной
ионизации при этом снижается, а
электрическая прочность элегаза растет
и в целом он в 2,5 раза прочнее воздуха.
Такие газы принято называть
электроотрицательными. Кроме фтора
электроотрицательные кислород, хлор,
фреон, водяной пар и другие газы.
Увеличить
электрическую прочность воздуха или
элегаза можно за счет повышения давления
(см. закон Пашена). Мировая промышленность
выпускает широкую номенклатуру
герметизированного элегазового
электрооборудования на различные
номинальные напряжения, вплоть до 800
кВ. В настоящее время разрабатываются
силовые кабели с элегазовой изоляцией.
Воздух так же применяется под давлением
3-4
в
воздушных выключателях 110 кВ и выше, но
в последнее время они заменяются на
элегазовые выключатели.
В электроустановках среднего класса напряжений 6-10 кВ применяют вакуумные выключатели. Глубокий вакуум не только резко повышает электрическую прочность изоляции, но и способствует быстрому гашению дуги в выключателе.
Газовая изоляция герметизированного электрооборудования, работающего на переменном токе, имеет существенный недостаток, заключающийся в том, что при периодическом изменении полярности электродов электрическая прочность изоляционного промежутка неодинаковая. Наименьшее значение она имеет при положительной полярности электрода, имеющего наименьший радиус кривизны. Это относится не только к газам, но и к жидким диэлектрикам.
Для увеличения пробивного напряжения промежутка при переменном напряжении применяют диэлектрические барьеры. Барьер (тонкий слой электрокартона или бакелита) располагают вблизи острого электрода. При этом объемный положительный заряд лавины, двигаясь к катоду (к плоскости), растекается равномерным слоем по поверхности барьера и делает более равномерным электрическое поле между барьером и катодом. В результате пробивное напряжение газового промежутка в резконеоднородном поле с диэлектрическим барьером увеличивается и не зависит от полярности электродов. Этот вопрос подробно изложен в ЛР № 2 [4].