Електрическа повреда. Пробив на газообразни диелектрици

Сега ще разгледаме качествено някои от характеристиките на полетата около проводниците. Нека заредим проводник с електричество, но този път не сферичен, а такъв, който има връх или ръб (например във формата, показана на фиг. 6.14). Тогава полето на това място ще бъде много по-силно, отколкото на други места. Причината е общ контурсе състои в това, че зарядите се стремят да се разпространят възможно най-широко по повърхността на проводника, а върхът на върха винаги е най-отдалечен от останалата повърхност. Следователно, част от зарядите на плочата тече към върха. Сравнително малък количествозаряд върху него може да създаде голяма повърхност плътност,А висока плътност
означава силно поле в близост до проводника на това място.

Фиг. 6.14. Електрическото поле на острия ръб на проводника е много високо.

По принцип в онези места на проводника, където радиусът на кривината е по-малък, полето е по-силно. За да видите това, помислете за комбинация от голяма и малка сфера, свързани с жица, както е показано на фиг. 6.15. Самият проводник няма да повлияе значително на външните полета; неговата работа е да изравни потенциалите на сферите. Близо до коя топка полето ще бъде по-напрегнато? Ако радиусът на лявата топка е a и зарядът е Q, тогава нейният потенциал е приблизително равен на

(Разбира се, наличието на една топка ще повлияе на разпределението на зарядите върху другата, така че всъщност нито една от тях няма да има заряди, разпределени симетрично. Но ако се интересуваме само от приблизителната величина на полето, тогава можем да използваме формулата за потенциала на сферичен заряд.) Ако по-малко топка с радиус b има такса q,тогава неговият потенциал е приблизително равен

Но j 1 =j 2, така че

От друга страна, полето близо до повърхността [вж уравнение (5.8)] е пропорционално повърхностна плътностзаряд, който от своя страна е пропорционален на общия заряд, разделен на квадрата на радиуса. Оказва се, че

Фиг. 6.15. Полето на заострен обект може приблизително да се разглежда като поле на две сфери с еднакъв потенциал.

Това означава, че повърхността на по-малката сфера има по-голямо поле. Полетата са обратно пропорционални на радиусите.

Този резултат е много важен от техническа гледна точка, защото се получава срив във въздуха, ако полето е твърде голямо. Всеки свободен заряд във въздуха (електрон или йон) се ускорява от това поле и ако е много силно, тогава зарядът може да набере такава скорост, преди да се сблъска с атом, че да избие нов електрон от атома . В резултат на това се появяват все повече йони. Тяхното движение представлява искра или разряд. Ако искате да заредите тяло с висок потенциал, без то да се разреди във въздуха, трябва да сте сигурни, че повърхността на тялото е гладка и че няма места, където полето е твърде високо.

Край на работата -

Тази тема принадлежи към раздела:

Файнман чете лекции по физика

С този брой започваме да отпечатваме превода на втория том от лекции, изнесени от Р. Файнман за второкурсници. " Файнман изнася лекциипо физика”, постепенно ще се запознаете с живата, развиваща се наука....

Ако се нуждаеш допълнителен материалпо тази тема или не сте намерили това, което търсите, препоръчваме да използвате търсенето в нашата база данни с произведения:

Какво ще правим с получения материал:

Ако този материал е бил полезен за вас, можете да го запазите на страницата си в социалните мрежи:

Tweet

Всички теми в този раздел:

Прав проводник
Като първи пример, нека отново изчислим полето на прав проводник, което намерихме в предишния параграф, използвайки уравнение (14.2) и съображения за симетрия. Вземете дълъг прав радиационен проводник

Дълъг соленоид
Друг пример. Нека отново разгледаме безкрайно дълъг соленоид с периферен ток, равен на nI на единица дължина. (Предполагаме, че има n навивки тел на единица дължина, носещи всяка

Малко петлево поле; магнитен дипол
Нека използваме метода на векторния потенциал, за да намерим магнитното поле на малка верига с ток. Както обикновено, под „малък“ просто имаме предвид, че се интересуваме само от големи полета

Потенциал на векторна верига
Често се интересуваме от магнитното поле, създадено от верига от проводници, в които диаметърът на проводника е много малък в сравнение с размера на цялата система. В такива случаи можем да опростим уравненията за магнитни

Законът на Био-Савар
В хода на изучаване на електростатиката открихме, че електрическите

Сега ще разгледаме качествено някои от характеристиките на полетата около проводниците. Нека заредим проводник с електричество, но този път не сферичен, а такъв, който има връх или ръб (например във формата, показана на фиг. 6.14). Тогава полето на това място ще бъде много по-силно, отколкото на други места. Причината, най-общо казано, е, че зарядите се стремят да се разпространяват възможно най-широко по повърхността на проводника и върхът на върха винаги е най-отдалечен от останалата повърхност. Следователно, част от зарядите на плочата тече към върха. Сравнително малък количествозаряд върху него може да създаде голяма повърхност плътност,а високата плътност означава силно поле в близост до проводника на това място.

По принцип в онези места на проводника, където радиусът на кривината е по-малък, полето е по-силно. За да видите това, помислете за комбинация от голяма и малка сфера, свързани с жица, както е показано на фиг. 6.15. Самият проводник няма да повлияе значително на външните полета; неговата работа е да изравни потенциалите на сферите. Близо до коя топка полето ще бъде по-напрегнато? Ако радиусът на лявата топка а,и таксата Q,

(Разбира се, наличието на една топка ще повлияе на разпределението на зарядите върху другата, така че всъщност нито една от тях няма да има заряди, разпределени симетрично. Но ако се интересуваме само от приблизителната величина на полето, тогава можем да използваме формулата за потенциала на сферичен заряд.) Ако по-малък радиус на топката bима такса р, тогава неговият потенциал е приблизително равен

Но φ 1 =φ 2 така

От друга страна, полето близо до повърхността [вж уравнение (5.8)] е пропорционална на повърхностната плътност на заряда, която от своя страна е пропорционална на общия заряд, разделен на квадрата на радиуса. Оказва се, че

Това означава, че повърхността на по-малката сфера има по-голямо поле. Полетата са обратно пропорционални на радиусите.

Този резултат е много важен от техническа гледна точка, защото се получава срив във въздуха, ако полето е твърде голямо. Всеки свободен заряд във въздуха (електрон или йон) се ускорява от това поле и ако е много силно, тогава зарядът може да набере такава скорост, преди да се сблъска с атом, че да избие нов електрон от атома . В резултат на това се появяват все повече йони. Тяхното движение представлява искра или разряд. Ако искате да заредите тяло с висок потенциал, без то да се разреди във въздуха, трябва да сте сигурни, че повърхността на тялото е гладка и че няма места, където полето е твърде високо.

Сега ще разгледаме качествено някои от характеристиките на полетата около проводниците. Нека заредим проводник с електричество, но този път не сферичен, а такъв, който има връх или ръб (например във формата, показана на фиг. 6.14). Тогава полето на това място ще бъде много по-силно, отколкото на други места. Причината, най-общо казано, е, че зарядите се стремят да се разпространяват възможно най-широко по повърхността на проводника и върхът на върха винаги е най-отдалечен от останалата повърхност. Следователно, част от зарядите на плочата тече към върха. Сравнително малко количество заряд върху него може да създаде висока повърхностна плътност, а високата плътност означава силно поле близо до проводника на това място.

Фиг. 6.14. Електрическото поле на острия ръб на проводника е много високо.

По принцип в онези места на проводника, където радиусът на кривината е по-малък, полето е по-силно. За да видите това, помислете за комбинация от голяма и малка сфера, свързани с жица, както е показано на фиг. 6.15. Самият проводник няма да повлияе значително на външните полета; неговата работа е да изравни потенциалите на сферите. Близо до коя топка полето ще бъде по-напрегнато? Ако радиусът на лявата топка е a и зарядът е Q, тогава нейният потенциал е приблизително равен на

(Разбира се, наличието на една топка ще повлияе на разпределението на зарядите върху другата, така че всъщност нито една от тях няма да има заряди, разпределени симетрично. Но ако се интересуваме само от приблизителната величина на полето, тогава можем да използваме формулата за потенциала на сферичен заряд.) Ако топка с радиус b има заряд q, тогава нейният потенциал е приблизително равен на

Но j1=j2, така че

От друга страна, полето близо до повърхността [вж уравнение (5.8)] е пропорционална на повърхностната плътност на заряда, която от своя страна е пропорционална на общия заряд, разделен на квадрата на радиуса. Оказва се, че

Фиг. 6.15. Полето на заострен обект може приблизително да се счита за полето на две сфери с еднакъв потенциал.

Това означава, че повърхността на по-малката сфера има по-голямо поле. Полетата са обратно пропорционални на радиусите.
Този резултат е много важен от техническа гледна точка, защото се получава срив във въздуха, ако полето е твърде голямо. Всеки свободен заряд във въздуха (електрон или йон) се ускорява от това поле и ако е много силно, тогава зарядът може да набере такава скорост, преди да се сблъска с атом, че да избие нов електрон от атома . В резултат на това се появяват все повече йони. Тяхното движение представлява искра или разряд. Ако искате да заредите тяло с висок потенциал, без то да се разреди във въздуха, трябва да сте сигурни, че повърхността на тялото е гладка и че няма места, където полето е твърде високо.

При газовете се наблюдава само електрически пробив.

В газообразните диелектрици има определен брой свободни йони и електрони, които под въздействието на електрическо полезапочват да се движат към анода. Важна роляпо време на разпадане, особено в началния етап, принадлежи на електроните като частици, които имат много по-голяма подвижност от йоните. Когато електрон се сблъска с молекула, той предава част от енергията си към нея, след което са възможни два сценария, които могат да бъдат описани опростено по следния начин:

1. молекулата се йонизира, излъчвайки електрон, като по този начин два електрона се движат (ускоряват се в полето), което може да йонизира две други молекули и сега четири се движат свободен електрон, който може да йонизира следващите четири молекули – в резултат се наблюдава ударна йонизация, водеща до възникване на електронна лавина;

2. молекулата преминава във възбудено състояние и отдава излишна енергия под формата на лъчение - фотон, който може да йонизира друга молекула, като по този начин възниква фотонна йонизация, което води до появата на канал с повишена проводимост (стример).

Фотони, движещи се със скоростта на светлината (3 10 8 m/s), изпреварват електронните лавини и когато се „сблъскат“ с неутрални молекули, ги йонизират, пораждайки нови електронни („дъщерни“) лавини.

Основните и дъщерните лавини, движещи се към анода, растат, настигат се, сливат се и образуват електроотрицателен стример - верига от електронни лавини, които се сливат в едно цяло. Образува се и поток от положителни йони, който се придвижва обратна посока, образувайки електроположителен стример. Приближавайки се до катода, положителните йони, удрящи повърхността му, образуват светещо катодно петно, излъчващо „вторични“ електрони. Положителният стример, запълнен с вторични електрони и електрони, образувани в резултат на йонизация с електронен удар и фотойонизация, се превръща в проходен канал от газоразрядна плазма. Електрическата проводимост на този канал е много висока и през него протича ток на късо съединение азкъсо съединение.

Фигура 5.9 показва диаграма, обясняваща развитието на електрически срив, където лавините обикновено са показани като защриховани конуси и вълнообразни линииса изобразени фотонни пътища. Произходът на вълнообразните линии идва от атоми, които са били възбудени от електрон и след това са излъчили фотон.

Ориз. 5.9. Схематично представяне на електронна лавина и образуването на електроотрицателен стример по време на разпадане на газ

Образуването на плазмен газоразряден канал (Фигура 5.10) всъщност е разпад на газове. Възникване азкъсо съединение- следствие от повреда. В зависимост от размера азкъсо съединениеповредата се проявява под формата на искра или електрическа дъга.

Ориз. 5.10. Схематично представяне на образуването на газоразряден плазмен канал

Разпадането на газ в постоянно равномерно поле се характеризира със зависимостта дв зависимост от налягането (Фигура 5.11.а). При стойности на налягането над нормалното газът се компресира и следователно средният свободен път на електрона намалява. Следователно, за да се изпълни условието за възможността за пробив, е необходимо да се увеличи напрегнатостта на електрическото поле д. Когато газът се разреди, средният свободен път на електрона се увеличава и в същото време електроните могат да придобият допълнителна енергия дори при по-ниска сила на полето. В областта на висок вакуум E prсе увеличава, тъй като в резултат на силното разреждане на газа броят на молекулите на единица обем намалява и вероятността от сблъсък на електрони с молекули намалява. Налягане от 0,1 MPa съответства на нормалното атмосферно налягане.

двъздух в равномерно поле се увеличава, както е показано на фигура 5.11 b), с намаляване на разстоянието между електродите поради намаляване на вероятността от сблъсъци на електрони с газови молекули. Увеличаване на електрическата якост в в такъв случайпричинени от трудността при образуване на разряд поради малкото разстояние между електродите.

Пробивното напрежение на газовете е значително намалено в нееднородни полета, например, за въздух при д=1 cm от 30 kV до 9 kV.

Ориз. 5.11. Зависимост на електрическата якост на газа от налягането

Законът на Пашен. Законът на Пашен показва зависимостта U np газообразни диелектрици в специфичен дизайн от продукта на налягането Ргаз на разстояние чмежду електродите (фиг. 5.12). Законът установява, че всеки газ има своя минимална стойност на пробивното напрежение U np.минв зависимост от работата Ph. За газове, състоящи се от двуатомни и многоатомни молекули, Uпр.минлежи в диапазона от 280 V (H 2) до 420 V (CO 2). При честота 50 Hz в нейонизиран въздух в еднородно електрическо поле Uпр.мин~ 326 V. За инертни газове (газове, състоящи се от едноатомни молекули) Uпр.мин, по-ниска от тази на газове, направени от многоатомни молекули (например чист аргон Uпр.мин≈195 V, а за аргон с примес на натриеви пари ~ 95 V, за неон с натриеви пари ~ 85 V). Следователно, за намаляване Uпр.мининертни газове, използвани в газоразрядни устройства, електродите са направени (или поне покрити) от метали с добавки от алкални или алкалоземни метали, имащи малко работаосвобождаване на електрони.

В нееднородно поле на UПолярността на електродите също влияе. По този начин, за електроди с малък радиус на кривина U pr с положителна полярност са по-ниски, отколкото с отрицателна полярност. Това се дължи на образуването на положителен пространствен заряд на върха в резултат на развитието на коронен разряд, което води до увеличаване на напрегнатостта на полето в останалата част от празнината.

Ориз. 5.12. Зависимост на пробивното напрежение Uпр.максвъздух (1) и неон (2) от продукта на газовото налягане Рспрямо разстоянието между електродите ч

Когато достатъчно високи честотисвободните електрони имат време да се движат на големи разстояния и да достигнат електродите. Йоните с голяма маса по време на полуцикъла на трептенията нямат време да се изместят на значителни разстояния и концентрацията на положителни йони в междуелектродното пространство се увеличава, което води до появата на така наречения „пространствен заряд“. Следователно, като се започне от честоти, надвишаващи десетки килохерца, вероятността от сблъсъци на йони с молекули се увеличава и електрическата якост на газовете намалява (Фигура 5.13). По-нататъшното увеличаване на честотата на електрическото поле води до факта, че по време на полупериода не само положителните йони нямат време да се движат на значителни разстояния, но и електроните нямат време да излетят от междуелектродното пространство. . Вероятността за рекомбинация на заредени частици се увеличава и концентрацията им намалява. В допълнение, намаляването на времето на полуцикъла изисква увеличаване на силата, действаща върху йоните, така че кинетична енергиядостатъчно за йонизиране на молекулите. Следователно при честоти над един мегахерц електрическата якост на газовете се увеличава.

Ориз. 5.13. Зависимост на електрическата якост на газа от честотата на електрическото поле

Разпадане на газ (въздух) в неравномерно полепредшестван коp йонен разрядили корона, което е непълна повреда. Корона възниква при стрес U до, което е по-ниско от U np (Великобритания< U np), близо до електрод с малък радиус на кривина, върху остри метални ръбове и др.; наблюдава се под формата на прекъсващо синкаво сияние и е придружено от характерен звук (жужене или пукане). С увеличаване на напрежението коронният разряд се превръща в искраи след това, с достатъчна мощност на източника на напрежение - в дъгаосвобождаване от отговорност.

В случай на електроди тип пръчка-равнина, създавайки рязко нехомогенно поле, U prгазовете ще бъдат най-малки с положителна полярност на пръта и най-големи с отрицателна полярност на пръта (Фигура 5.14). Това се обяснява по следния начин. Както беше отбелязано по-горе, разрушаването на въздушната междина се предшества от коронен разряд. Образуваните в този случай електрони, имащи по-голяма (~ 1000 пъти) подвижност от положителните йони, бързо напускат коронния слой и се появява обемен обем. положителен заряд. Обемният положителен заряд, образуван близо до върха на електрода, има различен ефект върху напрежението на въздушната междина. Ако има положителен потенциал на пръчковиден електрод, тогава положителният обемен заряд ще доведе до увеличаване на силата на полето във външната област на короната и ще настъпи разбивка при по-ниска стойност U pr. Ако има отрицателен потенциал на пръта, тогава положителният обемен заряд ще намали силата на полето във външната област на короната и разрушаването на въздушната междина ще настъпи при по-висока стойност U ave.С намаляване на продължителността на импулса (увеличаване на честотата на напрежението), разликата между стойностите U prнамалява в зависимост от полярността на пръта. величина U prпо време на пробив на газ при високи честоти в нееднородно поле (за разлика от пробив в еднородно поле) е значително по-нисък от U prпри постоянно напрежение или напрежение на захранващата честота.

Ориз. 5.14. Зависимост на пробивното напрежение Uи т.нвъздух от разстояние ч

между електродите (неравномерно поле)

В нехомогенни полета с нарастваща влажност на въздуха, пробивно напрежение U prсе увеличава. Това може да се обясни с повишената способност на водните молекули да улавят свободни електрони и да се превръщат в нископодвижни отрицателни йони. В резултат на това броят на йонизиращите електрони в междуелектродното пространство намалява, следователно напрежението на разряда се увеличава приблизително, когато абсолютната влажност на въздуха се удвои U npпри честота 50 Hz се увеличава с 10%.

Повърхностен разряд.Ако електрическото поле в междуелектродното пространство е равномерно, тогава повреда може да възникне навсякъде и най-много високо напрежение. Ако твърд диелектрик се въведе в еднообразно поле, както е показано на фигура 5.15.a, тогава във въздуха ще възникне електрически разряд по повърхността на твърдия диелектрик и при равни други условия при по-ниско напрежение. В този случай, разрядното напрежение U стрще зависи от редица фактори и на първо място от физикохимичните свойства на твърдия диелектрик, състоянието на повърхността на пробата и нейното местоположение спрямо силовите линии, влажността на въздуха, формата и честотата на приложеното поле, плътност на електродите към твърдия диелектрик и разстоянието между тях.

Ориз. 5.15 Разпределение на векторни линии дв електрическа изолационна структура, състояща се от твърд диелектрик (1) и въздух (2):

А - електропроводиполетата са насочени успоредно,

b - перпендикулярно на диелектричния интерфейс

Криви на зависимост U строт разстояние Лмежду електроди в хомогенни и нехомогенни електрически полета, в зависимост от природата на твърдия диелектрик (стойност диелектрична константаε и специфичната повърхностна електрическа проводимост g s) са представени на фигура 5.16. Фигурата показва, че с увеличаване на разстоянието между електродите U стрнараства неравномерно твърди диелектрицис различен химичен характер. Най-високата U стрнаблюдавани по време на разряд по повърхността на неполярни твърди диелектрици молекулярна структура. За полярни диелектрици U стрпо-ниски, отколкото при неполярните, и колкото по-ниски, толкова по-големи са ε и g s на твърдия диелектрик и толкова по-малък е контактният му ъгъл. За диелектрици с йонна структура (виж Фигура 5.16. а), криви 3 и 4), които съдържат йони алкални металии следователно имат по-висока повърхностна електрическа проводимост, U стрдори по-ниска от тази на полярните диелектрици с молекулярна структура. Особено значително U стрнамалява с лошо прилепване на електродите към повърхносттатвърд диелектрик (крива 5). В този случай електрическото поле в междуелектродното пространство става по-нехомогенно, в резултат на което разрядното напрежение намалява.

Установено е, че върху повърхността на твърд диелектрик се образува непрекъснат или прекъснат филм от кондензирана от въздуха влага с дебелина на мономолекулен слой или повече, което нарушава равномерността на полето и следователно U стрнамалява. В този случай електрическият разряд всъщност се случва в нееднородно поле. Освен това, колкото по-голяма е електропроводимостта на водния филм, толкова по-ниска е U стр.

Ориз. 5.16. Зависимост на разрядното напрежение U стрвъв въздуха по повърхността на диелектриците от разстояние Лмежду електроди в еднородно поле (а) и нееднородно поле (б) и от стойността на диелектричната константа ε( аз) и специфична повърхностна електрическа проводимост γ s (II) на твърд диелектрик (c):

a, b - диаметър на пробата 50 mm; 1 - парафин, 2 - бакелит, 3 - порцелан, 4 - стъкло, 5 - порцелан и стъкло с лош контакт на електрода, 6 - въздушна междина;

в - плоскопаралелни електроди със заоблени ръбове, диаметър на пробата 45 mm, височина 30 mm, T=20°C; U - PTFE, 2- PE, 3- PS, 4- PMMA, 5- винилова пластмаса, b - дърво, 7- гетинакс, 8- въздушна междина

Ако повърхността на твърд диелектрик е много грапава и съдържа пукнатини, тогава на тези места се образуват въздушни микропроцепи, които са свързани последователно с твърдия диелектрик. Поради различните стойности на диелектричната константа на въздуха и твърдия диелектрик, силата на полето в микропропуските се увеличава и, достигайки първоначалната якост, причинява йонизация на въздушни включвания. Йонизацията от своя страна става допълнителен факторувеличаване на нехомогенността на полето и намаляване U стр. Да откажеш U стрвлияят и други фактори. Известно е, че във въздуха винаги има свободни положителни и отрицателни йони. Следователно на повърхността на твърдите диелектрици, дори при много сух въздух, се образува слой от йони със същия знак, а над него, във въздуха, се образува слой от йони с противоположен знак. Под действието на приложено напрежение тези йони заедно с водните йони се изместват към противоположно заредени електроди, участвайки в образуването на пространствени заряди. Величината на пространствените заряди, образувани на електродите, се влияе не само от повърхностната електрическа проводимост, но и от продължителността на напрежението. При къси импулси и високи честоти (ƒ> 50 kHz), малък брой йони имат време да се изместят, така че електрическото поле е леко изкривено и, следователно, U стрлеко намалява.

Страница 27 от 62

Отсъствието на частични разряди (PD, PPR), както и пробиви във въздуха и по повърхността при високи честоти, в сравнение с липсата им при индустриални честоти, е по-важно за изолационните конструкции. Възникването на PD води до образуване на радиосмущения, както и до развитие на PD във факелна форма на разряд, което е изключително опасно за оборудването.
Напрежение на формиране на VCR в удобно за аналитична дефиницияформа може да се изчисли с помощта на формулата

Ориз. 3.5. Зависимост на напрежението на пробив от разстоянието между електродите сферична равнина (криви 1...3) и хиперболоидна равнина (криви 4 и 5) при честоти 50 и 1000 kHz
1- r= 1,4 mm; 2 - r=3 mm; 3 - r=5,5 mm; 4 - r=2 mm; 5 - r= 10 mm
където I е разстоянието между електродите; r0 е най-малкият радиус на кривина на електродите; kH - коефициент на неравномерност на електричното поле; c е коефициент, зависещ от формата на импулса на напрежението и коефициента на неравномерност на електрическото поле; δ - относителна плътноствъздух.
Необходимостта от изследване на пробив във въздуха при високи честоти, в допълнение към добре известните причини, възниква за конструкции с твърда изолация в случай на използване на неустойчиви на корона полимерни материали (PE, PP, F-4 и др.) в за да се създаде изолационна система, която гарантира липсата на пробив по повърхността на тялото на изолатора.
С увеличаване на честотата се наблюдава намаляване на разрядните напрежения в сравнение с постоянно напрежениеи индустриални честотни напрежения.
От фиг. Фигура 3.5 показва естеството на промяната на напрежението с увеличаване на междуелектродното разстояние и промяна на радиусите на кривината на електродите.
Зависимостта на напрежението на пробив от честотата за посочените електроди е ясно разкрита само в криви 1 и 2, където напрежението при честота 50 kHz е приблизително 6% по-високо от това при честота 1000 kHz. При други интервали на разреждане разликата е 1...2% и не може да се отчете ясно. Това намаление се дължи на натрупването на пространствен заряд от положителни йони в разрядната междина, което изкривява електрическото поле и го увеличава в активната област близо до катода.
Работата на групата на А. А. Жуков установи, че образуването на отрицателни и положителни йонни токове при високи честоти при ниски стойности на напрежението показва началото на образуването на пространствен заряд до стойностите на напрежението преди разрушаването и само преди разпадането бързото му нарастване започвам. Освен това в слабо нееднородни полета напрежението на пробив в изследвания честотен диапазон от 0,05...5 MHz зависи от честотата, но в рязко нееднородно поле такава зависимост не се наблюдава.

< 3 ... 4. Характерным размером разрядного промежутка в этом случае считают длину промежутка.
При K > 4 амплитудата на трептенията на йони и електрони може да бъде по-малка от дължината на празнината много преди честотата да достигне първата критична стойност. Характерният размер на празнината тук се счита за дължината на активната зона, т.е. зоната, където ефективният коефициент на йонизация чрез електронен удар aeff> 0
Таблица 3.5


В табл 3.5 показва стойностите на разрядните напрежения на постоянно разстояние от 30 mm в нормални условия. Данните в таблицата показват намаляване на напрежението с нарастваща честота със 7 ... 35%, тъй като коефициентът на неравномерност на електрическото поле се увеличава.

Освен това в слабо неравномерни полета напрежението на пробив в изследвания честотен диапазон от 0,05...5 MHz зависи от честотата, но в рязко неравномерно поле такава зависимост не се наблюдава.
Натрупването на пространствен заряд става възможно, когато амплитудата на дрейфовите колебания на йони в променливо електрическо поле стане по-малък размерразрядна междина. Честотата, при която започва намаляването на напрежението, се нарича първа критична честота. Смисъл критична честотаза изолационни конструкции зависи от коефициента на неравномерност на електрическото поле, характерния размер на дължината на междината, от вида и налягането на газа. С по-нататъшно увеличаване на честотата намаляването на разрядното напрежение се забавя. Ново рязко намаляване на разрядното напрежение с нарастваща честота се наблюдава, когато амплитудата на колебанията на електронен дрейф стане по-малка от характерния размер на разрядната междина. Съответната честота се нарича втора критична честота. Появата му обикновено се открива в честотния диапазон, съответстващ на мегахерца.
Описаната зависимост на разрядните напрежения от честотата се наблюдава ясно в междини с коефициент на неравномерност kH< 3 ... 4. Характерным размером разрядного промежутка в этом случае считают длину промежутка.
При k> 4 амплитудата на трептенията на йони и електрони може да бъде по-малка от дължината на празнината много преди честотата да достигне първата критична стойност. Характерният размер на празнината тук се счита за дължината на активната зона, т.е. зоната, където ефективният коефициент на йонизация чрез електронен удар aeff > 0.
Таблица 3.5


В табл Таблица 3.5 показва стойностите на разрядните напрежения на постоянно разстояние от 30 mm при нормални условия. Данните от таблицата показват намаляване на напрежението с увеличаване на честотата със 7... 35%, тъй като коефициентът на неравномерност на електрическото поле се увеличава.

За практически цели можете да използвате стойностите на разрядните напрежения при нормални условия за коефициента на неравномерност на електрическото поле k< 4 при частотах 150 КГц (в числителе) и 1500 кГц (в знаменателе), приведенных в табл. 3.6.
Таблица 3.6

При слабо нееднородни електрически полета има монотонно намаляване на разрядното напрежение с нарастваща честота.
Таблица 3.7


Коефициентите на неравномерност на електрическото поле и интензитетът на образуване на PD могат да бъдат определени от уравненията, дадени в табл. 3.7, където I е разстоянието между електродите;

r - радиус на кривина; r = r/l; δ - относителна плътност на въздуха.
За експерименталните данни за разрядни напрежения между електродите топка-топка, топка-равнина, хиперболоид на въртене - хиперболоид на въртене, хиперболоид на въртене - равнина и за коаксиални системи, стойностите на максималните напрежения са определени с помощта на програмата AXIAL , които бяха сравнени със стойностите, определени от Бенинг за честоти до 20 MHz.
Таблица 3.8
Характеристики на разряд за електроди топка-топка (амплитудни стойности)


Характеристики, дадени в табл. 3.8... 3.10, може да се използва за приблизителни изчисления на стойностите на k и l за структури с подобни геометрии.
Изчислено по табл. 3.7 стойностите на kn за междуелектродни разстояния от 5... 20 mm са съответно равни на 1,18; 1,37;
1,57; 1,78.

Таблица 3.9
Разрядни характеристики за електроди топка - равнина при r0 = 10 mm
(стойности на амплитудата)


Анализирайки експерименталните стойности на разпадането на въздушни междини топка-топка с радиус 10 mm (Таблица 3.8), може да се наблюдава, че когато същата формаелектроди, с увеличаване на изолационната междина, в допълнение към известното намаляване на Ecp, стойността на Emax се увеличава значително.
Стойностите на Emax, изчислени според Bening и Peak, имат значителни несъответствия. Разликата в стойностите се увеличава с увеличаване на разстоянието между електродите, което също е типично за електродите със сферична равнина (Таблица 3-9).
Таблица 3.10
Характеристики на разряд за електроди топка - равнина при r = 3 mm и f = 5-103..1-106 Hz (амплитудни стойности)


Стойностите на Etax, определени от програмата AXIAL и от Bening, са практически еднакви и могат да се използват за определяне на изолационните междини и избор на геометрията на електродите.

Сравнение на табл 3.8 и 3.9 показва, че при едни и същи радиуси на кривина на топките и разстоянията между електродите, възникват по-големи напрежения на пробив за електроди топка към топка, което очевидно се дължи на по-равномерно електрическо поле и следователно по-равномерно разпределение на заряда по повърхността на електрода. От сравнението също така става ясно, че при разстояния, по-големи от 15 mm, големите стойности на Emax не показват по-висока стойностпробивно напрежение. Поради това е препоръчително да се направи предварителен избор на формата и размера на изолационните междини не по стойността Emax, а по k. Стойностите на Emax не са абсолютен критерий за избор на изолационна система, докато намаляването на k винаги осигурява значително. предимства пред неравни полета.
За електроди със сферична равнина с радиус 3 mm (Таблица 3.10) напреженията на пробив за честотния диапазон 5 103... 106 Hz са близки по своите стойности.
Стойностите на Emax са 1,5 пъти по-високи от напрежението за електроди от тип топка с радиус 10 mm, но напрежението на пробив е 1,5... 2 пъти по-малко. Следователно, при еднакви междуелектродни междини, стойностите за топка с радиус 3 mm са почти 2 пъти по-високи от k за топка с радиус 10 mm. Това е допълнително доказателство за универсалността на избора на геометрия на полето, като се вземе предвид коефициентът kH.
Характеристиките на разряда (стойностите на амплитудата) за различни разстояния между хиперболоидите на въртене и r0= 10 mm са дадени в табл. 3.11.
Таблица 3.11

Таблица 3.12


Таблица 3.13

За електроди на въртене хиперболоид - равнина и хиперболоид - хиперболоид (Таблица 3.11) с радиуси на кривина 10 mm, намаляването на стойностите на Ecp и Emax е характерно с увеличаване на разстоянието между електродите и съответно с увеличаване на kH. | Повече ▼ високи стойности Upr и, съответно, Emax, Esr, с еднакви радиуси на кривина и разстояния между електродите, хиперболоид - хиперболоид възниква за електродите.
Въз основа на данните, дадени в табл. 3.8... 3.11, следва, че при избора на високочестотни изолационни междини с електроди равен радиускривина, препоръчително е да се използват в следния ред: хиперболоид-хиперболоид, топка-топка, топка-равнина, хиперболоид-равнина, които осигуряват по-голяма електрическа якост при равни други условия.
При избора на едни и същи изолационни междини въз основа на напрежението на образуване на PD, предимствата ще намалеят за електроди топка към равнина, топка към топка, хиперболоид-хиперболоид и хиперболоид към равнина.
Характеристиките на разряда за коаксиална система с външен диаметър 40 mm са дадени в таблица. 3.12.
Както се вижда от табл. 3.12, коаксиалната система се характеризира със същите зависимости като другите елементи - увеличаване на напрежението на пробив с намаляване на kH и намаляване на него с увеличаване на честотата.
Характеристики на разряда на коаксиалната система за различни значенияВътрешният и външният радиус на кривина при честота 100 kHz (амплитудни стойности) са дадени в табл. 3.13.
Таблица данни 3.13 показват, че с увеличаване на радиуса на външния електрод при постоянна стойност на радиуса на кривината на вътрешния, т.е. с увеличаване на междуелектродното разстояние, напрежението на разряда и максималната напрегнатост на електрическото поле се увеличават. При постоянно разстояние между електродите и увеличаване на радиусите на вътрешния и външния електрод, т.е. с намаляване на коефициента на неравномерност на електрическото поле, има увеличение на разрядното напрежение и намаляване на стойността на максималната интензивност.
Факелният или едноелектроден разряд е вид високочестотен разряд и се появява при честоти от няколко мегахерца в области на електрода с максимален интензитет и максимални градиенти на температурното поле. Йонизацията и повишаването на температурата на въздуха в тези зони води до появата на стълб от йонизиран въздух, който се издига, приемайки формата на факла. Полученият факел (Таблица 3.14) се движи с движението на въздуха, разрушавайки изолацията и други структурни елементи, тъй като температурата му надвишава 2000 ° C.
Веднъж в зоната на ниска сила на електрическото поле, фенерът изгасва.

Наред с влиянието на температурата на йонизирания въздух върху разряда на факела, топлопроводимостта на проводника, площта на неговата охлаждаща повърхност и критичната честота също могат да повлияят на праговото напрежение и критичната честота. климатични фактори(влажност, прах).
Създаването на условия, които изключват създаването на разряд на факла върху изолационна конструкция, среща трудности поради влиянието на случайни фактори върху нейното формиране, което води до възникване на локални напрежения или температурно излъчване, натрупване на прах или влага, образуване на късо съединение или прекомерни пренапрежения, например по време на превключване. Има случаи на образуване на факелен разряд, когато насекоми се появят върху високочестотни проводници.
Наличието на разряд на факла е неприемливо поради риска от изгаряне на проводника, значителни загуби на енергия и намаляване на формата на предавания сигнал.

Намаляване на напрежението на пробив по повърхността на изолацията до 20...25% с увеличаване на честотата за структури с леко неравномерно поле се наблюдава вече при 10...20 kHz. По-ранното постигане на първата критична честота, в сравнение с пропадането на въздушните междини, може да се обясни с увеличаване на напрегнатостта на електрическото поле на диелектричната граница, наличието на макро- и микронехомогенности на повърхността поради недостатъчна чистота на диелектрична повърхностна обработка, отлагане на прах, влага и т.н. Намаляването на повърхностното напрежение, в сравнение с разреждането на въздуха, също се дължи на увеличаване на капацитивните токове и процеса на обемна йонизация на въздуха с увеличаване на диелектричната константа на твърдата изолация . Това води до специални изисквания за намаляване на капацитета, наложени на високочестотни изолационни структури - намаляване на площта на армировката, увеличаване на изолационната междина, намаляване на диелектричната проницаемост на материала и др.
Тестовете, проведени от групата на А. А. Жуков върху цилиндрични проби от миполон, флуоропласт-4 и стеатит клас В-17, поставени между електродите на Роговски в диапазона 1-5 MHz, показаха:

1. в сравнение с подобна въздушна междина с разбивка при напрежение 9,4 kV, напрежението на разрушаване по повърхността на миполона е 8,5 kV, за F-4 е 8,75 kV, а за B-17 намалява до 5 kV;
2. За разлика от пробив във въздуха, след пробив по повърхността при липса на високочестотно напрежение се наблюдава бавно (до 5 минути) намаляване на токовете на положителните и отрицателните йони.

Предполага се, че причината за тези явления е зарядът, натрупващ се върху повърхността на диелектрика. Повърхностният пробив възниква при наличието на променливо високочестотно поле и постоянен компонент на пространствения заряд, който не се отчита от измервателната апаратура.