5.2.2. Пробой газов в неоднородном электрическом поле

В неоднородном электрическом поле общий вид зависимости электрической прочности газов от давления Р, расстояния между электродами h, произведения Ph (закон Пашена), частоты напряже­ния/и химического состава сохраняется таким же, что и в однород­ном электрическом поле. Однако в неоднородном электрическом поле пробой газов наступает при более низком значении напряжен­ности поля, и чем больше неоднородность поля, тем ниже электри­ческая прочность газов.

Неоднородное электрическое поле возникает между электродами типа стержень-плоскость, стержень-стержень, между шаровыми электродами при h/r >1, между проводами, линейным проводом и землей, на заостренных краях, заусенцах и т.п. На практике мы чаще встречаемся с неоднородным электрическим полем.

Пробою газа (воздуха) в неоднородном поле предшествует коpонный разряд или корона, являющийся неполным пробоем. Корона возникает при Uк, которое ниже, чем Unp ( Uk < Unp), вблизи электрода с малым радиусом кривизны, на заостренных металлических кpаях и т.п.; она наблюдается в виде прерывистого голубоватого све­чения и сопровождается характерным звуком (жужжанием или по-трескиванием). С повышением напряжения коронный разряд переходит в искровой и затем при достаточной мощности источника напряжения — в дуго­вой разряд.

В случае электродов типа стер­жень—плоскость, создающих резко неодно­родное поле, Uпр газов будет наименьшим при положительной полярности стержня и наибольшим — при отрицательной поляр­ности стержня (рис. 5.8). Объясняется это следующим. Как

Рис. 5.8. Зависимость пробивного напряжения U воздуха от расстояния h

между электродами (поле неоднородное)

отмечено выше, пробою воздушного промежутка предшествует ко- ронный разряд. Образующиеся при этом электроны, имея болышую (в ~ 1000 раз) подвижность, чем положительные ионы, быстро уходят из коронирующего слоя, и возникает объемный положительный заряд. Образо­вавшийся около острия электрода объемный положительный заряд по-разному влияет на величину Um воздушно­го промежутка. Если на электроде в виде стержня будет положитель­ный потенциал, то объемный положительный заряд приведет к уве­личению напряженности поля во внешней области короны, и пробой произойдет при более низком значении Uпp. Если на стержне будет отрицательный потенциал, тогда объемный положительный за­ряд уменьшит напряженность поля во внешней области короны, и пробой воздушного промежутка наступит при большем значении Unp. С уменьшением длительности импульса (повышением частоты на­пряжения) различие между значениями Unp в зависимости от поляр­ности стержня уменьшается. Величина Uпр при пробое газа при вы­соких частотах в неоднородном поле (в отличие от пробоя в однородном поле) значительно ниже, чем Uпр при постоянном на­пряжении или напряжении промышленной частоты В неоднородных полях с увеличением влажности воздуха

про­бивное напряжение Unp возрастает. Это можно объяснить повышен­ной способностью молекул воды захватывать свободные электроны и превращаться в малоподвижные отрицательные ионы. В результате число ионизирующих электронов в межэлектродном пространстве уменьшается, поэтому разрядное напряжение" возрастает. Прибли­женно можно считать, что при увеличении абсолютной влажности воздуха в два раза Unp при частоте 50 Гц возрастает на 10%.

Из вышеизложенного вытекают три практических вывода.

Первый — радикальным и почти единственным методом повы­шения Up в реальных условиях, когда присутствие влаги в воздухе неизбежно, является удлинение пути смещения ионов по поверхно­сти изоляторов путем устройства ребер и юбок.

Второй — использование материалов с минимальной гигроско­пичностью, т.е. материалов с минимальной диэлектрической прони­цаемостью и максимальным краевым углом смачивания (например, политетрафторэтилен, кремнийорганическая резина).

Третий — недопустимость неплотного прилегания электродов к Диэлектрикам в электроизоляционных конструкциях, так как это ведет к существенному падению Up (см. уравнение (5.11) и рис. 5.11, а, Кривая 5). Эти дефекты устраняют с помощью цементирующих зама­зок, мягких токопроводящих прокладок или металлизацией поверх­ности диэлектрика, соприкасающейся с электродом.