книги / Техника высоких напряжений
..pdfи |
|
|
|
|
|
|
|
/ |
|
|
|
чески не зависит от частоты и опре |
||||||||||||||
|
s |
|
/ Ч |
|
|
|
у |
5=10см |
|
деляется рассмотренными |
в преды |
|||||||||||||||
/ |
. |
|
|
|
|
дущих параграфах |
элементарными |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
I |
|
процессами. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
/ / |
} |
|
|
|
|
|
|
|
СМ, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
При |
частоте |
/>/кр |
|
разрядное |
|||||||||||||
/ // |
s |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
напряжение с ростом частоты сни |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
жается, |
что |
связано |
с |
|
влиянием |
||||||||||||
/ / X |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
объемных зарядов. Как неоднократ |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
р |
но |
указывалось, |
ионизация |
|
в |
про |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
межутке |
происходит |
еще |
до |
воз |
|||||||||||
О |
|
4 |
|
|
8 |
12 |
|
16 |
am |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
никновения пробоя. При небольшой |
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
Рис. 6-14. Разрядные напряжения в азоте |
частоте ионы, возникшие в один |
|||||||||||||||||||||||||
при промышленной частоте (сплошные ли |
полупериод, |
в |
течение |
|
этого |
|
же |
|||||||||||||||||||
нии) и импульсах положительной полярно |
полупериода успевают дойти до |
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
сти |
(пунктир). |
|
|
|
|
||||||||||||||||||
П р о м еж у то к |
м е ж д у |
д в у м я |
стер ж н я м и |
с т а н д а р т |
электродов, и в последующий полу- |
|||||||||||||||||||||
ной ф орм ы . |
|
5 - 2 и 10 см . |
|
э л ек тр о д а м и |
период процесс начинается |
при |
от |
|||||||||||||||||||
Р а ссто я н и е |
м е ж д у |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
сутствии объемного заряда. Но при |
||||||||||||||
меньше. |
|
Это |
|
предположение |
под |
возрастании |
частоты |
до |
|
/кр |
часть |
|||||||||||||||
|
|
ионов не успевает |
дойти |
до |
элек |
|||||||||||||||||||||
тверждается также тем, что ма |
||||||||||||||||||||||||||
тродов, причем это в большинстве |
||||||||||||||||||||||||||
ксимум |
в |
кривой импульсного |
раз |
|||||||||||||||||||||||
рядного |
(напряжения |
является |
го |
случаев |
положительные |
ионы, |
|
так |
||||||||||||||||||
как скорость электронов значитель |
||||||||||||||||||||||||||
раздо |
менее ярко выраженным. |
|
||||||||||||||||||||||||
|
но больше, а число отрицательных |
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
6-4. РАЗРЯДНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ |
ионов меньше числа положительных |
|||||||||||||||||||||||||
(так как не |
все |
электроны |
|
присо |
||||||||||||||||||||||
|
ПРИ ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЕ |
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
единяются к молекулам газа). Ко |
||||||||||||||||||||||||
В |
последнее |
время |
в |
связи |
||||||||||||||||||||||
личество оставшихся |
в промежутке |
|||||||||||||||||||||||||
с развитием |
|
техники |
высоких и |
ионов от полупериода к полуперио- |
||||||||||||||||||||||
сверхвысоких |
|
частот, |
|
требующей |
ду |
возрастает, |
создается |
довольно |
||||||||||||||||||
зачастую |
применения |
высоких |
на |
значительный |
объемный |
|
заряд, |
|
ко |
|||||||||||||||||
пряжений, усилился интерес ^проч |
торый и приводит к снижению раз |
|||||||||||||||||||||||||
ности газовой изоляции при часто |
рядного |
напряжения. |
Критическая |
|||||||||||||||||||||||
тах, сильно отличающихся от про |
частота /кр зависит от давления га |
|||||||||||||||||||||||||
мышленной. |
Измерения |
разрядных |
за и расстояния между элёктрода- |
|||||||||||||||||||||||
напряжений |
в |
широком |
диапазоне |
ми. Например, в воздушном проме |
||||||||||||||||||||||
частот |
|
показывают, |
что |
|
имеется |
жутке |
с однородным |
полем |
|
при |
||||||||||||||||
пять диапазонов частот, в которых |
нормальных |
атмосферных условиях |
||||||||||||||||||||||||
зависимость |
разрядного |
напряже |
и s = 0,09 см |
|
критическая |
частота |
||||||||||||||||||||
ния от частоты имеет различный |
равна 1000 кгцу при 5 = 0,45 см она |
|||||||||||||||||||||||||
характер |
и |
определяется |
|
различ |
уменьшается |
|
до |
|
ПО |
кгцу |
а |
|
при |
|||||||||||||
ными |
|
физическими |
|
процессами |
5 = 2,5 см—до 20 кгцу т. е. изменяет |
|||||||||||||||||||||
(рис. 6-15). |
|
|
|
|
|
|
|
|
ся .приблизительно |
обратно |
пропор |
|||||||||||||||
При изменении частоты от 0 до |
ционально расстоянию. При |
увели |
||||||||||||||||||||||||
/кр разрядное |
напряжение |
|
практи- |
чении давления |
критическая |
часто |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
та должна уменьшаться. В резконе |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
однородных полях, где образование |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
объемных зарядов |
происходит |
|
го |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
раздо более |
интенсивно, |
|
критиче |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ская частота обычно меньше и раз |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
рядное |
напряжение снижается |
|
бо |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
лее значительно. В качестве иллю |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
страции на рис. 6-16 приведена |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
зависимость |
разрядного |
|
напряже |
|||||||||||
Рис. 6-15. Характер зависимости разрядно |
ния |
от |
расстояния |
для |
|
промежут |
||||||||||||||||||||
|
го |
напряжения |
от |
частоты. |
|
ков |
между |
двумя |
пластинами |
и |
/
KÛjUCUtс
°р
/ з
г —
i i
И
/// *' / __U -
//
// !
ч ^ 7**-г
11 |
/ |
/ |
У |
|
|
г/ |
|
|
|
|
|
I/ / |
|
|
|
|
|
//• |
|
|
|
|
S |
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
/6 |
24 |
32 см |
Рис. 6-16. Влияние частоты на разрядное напряжение в однородном (/, 2) и резко неоднородном (3, 4) поле при нормальных
атмосферных условиях.
Сплошные линии — частота 50 гц, пунктир — ча стота 500 кгц.
двумя иглами при частотах 50 гц и 500 кгц. Как видно, кривые для двух частот промежутка между двумя иглами начинают расходить ся при гораздо меньших расстояни ях между электродами.
Разрядное напряжение монотон но уменьшается при увеличении частоты от /кр До fi, дальнейшее увеличение частоты почти не при водит к снижению разрядного на
ир |
1 |
|
|
|
Юм.м |
|
/ |
|
" — • 1 |
/ |
|
|
1 |
||
|
6мм |
VJГ |
|
|
•щ |
/ |
|
|
h - |
-1/ |
|
|
|
\ |
t |
♦ — |
2м |
|
/У |
|
|
|
|
• |
|
|
t |
|
|
|
|
° 10 юг W3 |
to4 10s |
Ю* Ю?гц |
Рис. 6-17. Зависимость разрядного напря жения в воздухе от частоты / при различ ных расстояниях s, мм, между плоскими
электродами с закругленными краями. Нор мальные атмосферные условия.
пряжения, что, по-видимому, связа но с тем, что объемный заряд в промежутке перестает возрастать веледетеие наступающего равновесия между скоростью образования новых ионов и диффузией объемно го заряда на электроды.
Однако при частоте /2 возможно новое снижение разрядного напря жения. При этой частоте длитель ность полупериода напряжения ока зывается меньше времени пробега электронами межэлектродного про межутка. Поэтому часть электро нов не успевает уходить на элек троды, а оставаясь в промежутке, продолжает участвовать в осущест влении ионизации, благодаря чему напряжение, естественно, сни жается.
Наконец, при очень больших ча стотах /> /з начинается возрастание разрядного напряжения, которое может значительно превысить раз рядное напряжение при промыш ленной частоте. При таких частотах длительность полупериода напряже ния уменьшается настолько, что некоторые электроны за это время не успевают осуществить ни одного акта ионизации. Для того чтобы ионизация все же началась, необ ходимо увеличить приложенное на пряжение, благодаря чему время пробега электрона между двумя
Рис. 6-18. Зависимость разрядного напря жения в водороде от давления р при раз ных расстояниях 5 между двумя сфериче скими электродами. Частота /= 1 Мгц.
i —s - 51,1 мм\ 2 - $-29,5 мм\ 3 — 5-18,0 мм.
последовательными |
ионизирующи |
большинстве случаев влияние влаж |
|||||||||||||||||||||||||
ми столкновениями |
уменьшится. |
|
ности в однородном поле настолько |
||||||||||||||||||||||||
|
На рис. 6-17 приведены зависи |
мало, что его обычно не учиты |
|||||||||||||||||||||||||
мости от частоты разрядного напря |
вают. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
жения |
в |
воздухе |
при |
разных |
рас |
В резконеоднородных полях уве |
|||||||||||||||||||||
стояниях |
между |
электродами |
одно |
личение |
влажности |
воздуха |
также |
||||||||||||||||||||
родного поля. |
Из |
графика |
видно, |
приводит |
к |
возрастанию |
|
разрядно |
|||||||||||||||||||
что для расстояний s = 2—10 мм ча |
го напряжения, однако в этом слу |
||||||||||||||||||||||||||
стота, |
соответствующая |
|
минимуму |
чае влияние влажности значительно |
|||||||||||||||||||||||
разрядного |
напряжения, |
|
имеет |
по |
больше. Обычно влияние влажности |
||||||||||||||||||||||
рядок |
1—10 Мгц. |
|
|
|
|
|
|
|
воздуха |
определяется |
по |
отклоне |
|||||||||||||||
|
На |
рис. |
6-18 |
приведена |
зависи |
нию от разрядного напряжения при |
|||||||||||||||||||||
|
«стандартной» влажности, в качест |
||||||||||||||||||||||||||
мость |
от давления |
разрядного |
на |
||||||||||||||||||||||||
ве |
которой |
|
принимается |
наличие |
|||||||||||||||||||||||
пряжения |
при |
разных |
расстояниях |
|
|||||||||||||||||||||||
11 |
г |
паров |
воды |
в |
1 |
|
мъ |
воз |
|||||||||||||||||||
между |
электродами и |
|
частоте |
/= |
|
||||||||||||||||||||||
|
духа, чему соответствует |
|
парциаль |
||||||||||||||||||||||||
= 1 |
Мгц. |
Из |
кривых |
следует, |
что |
|
|||||||||||||||||||||
ное |
|
давление |
водяных |
паров |
|||||||||||||||||||||||
при высокой частоте закон Пашена |
|
||||||||||||||||||||||||||
8,7 мм рт. ст. В некоторых странах |
|||||||||||||||||||||||||||
не соблюдается, |
но U-образный |
ха |
|||||||||||||||||||||||||
за стандартную |
влажность |
прини |
|||||||||||||||||||||||||
рактер |
зависимости |
разрядного |
на |
||||||||||||||||||||||||
мается |
14,3 г/мг или |
11,3 мм рт. ст< |
|||||||||||||||||||||||||
пряжения |
от давления сохраняется. |
||||||||||||||||||||||||||
Графики определенного экспери |
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ментально коэффициента £, на ко |
|||||||||||||
6-5. ВЛИЯНИЕ ВЛАЖНОСТИ ВОЗДУХА |
торый |
следует |
умножить |
разряд |
|||||||||||||||||||||||
|
НА РАЗРЯДНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ |
|
ное напряжение при данной влаж |
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ности воздуха для того, чтобы по |
|||||||||||||
|
В |
однородном |
поле |
|
влажность |
лучить |
разрядное напряжение |
при |
|||||||||||||||||||
воздуха оказывает |
некоторое, прав |
нормальной |
влажности |
|
(14,3 г/мг) |
||||||||||||||||||||||
да |
очень |
незначительное, |
влияние |
приведены |
в |
гл. |
9 |
(рис. |
|
9-1). Так |
|||||||||||||||||
на |
величину |
разрядного |
напряже |
как |
увеличение |
влажности |
приво |
||||||||||||||||||||
ния. |
Так, |
например, |
|
по |
данным |
дит |
к |
возрастанию |
разрядного |
на |
|||||||||||||||||
Ритца |
при |
нормальном |
|
атмосфер |
пряжения, этот коэффициент с ро |
||||||||||||||||||||||
ном давлении в промежутке с рас |
стом влажности должен уменьшать |
||||||||||||||||||||||||||
стоянием |
между |
электродами |
1 см |
ся. Отдельные кривые на этом |
|||||||||||||||||||||||
увеличение |
абсолютной |
|
влажности |
графике |
соответствуют |
|
различным |
||||||||||||||||||||
воздуха от 10 до 25 мм рт. ст. |
по |
видам |
промежутков |
и |
|
различным |
|||||||||||||||||||||
вышает разрядное |
напряжение |
на |
формам приложенного напряжения. |
||||||||||||||||||||||||
2%. По всей вероятности, увеличе |
Графики справедливы также в слу |
||||||||||||||||||||||||||
ние разрядного напряжения в одно |
чае разряда в воздухе по |
поверх |
|||||||||||||||||||||||||
родном поле при возрастании влаж |
ности |
изоляторов, |
который |
будет |
|||||||||||||||||||||||
ности связано с тем, что пары воды |
подробно рассматриваться в гл. 7 |
||||||||||||||||||||||||||
являются |
|
электроотрицательньш |
раздела |
1 и в разделе 2 книги. |
|
||||||||||||||||||||||
газом. |
|
Увеличение |
|
содержания |
|
Следует отметить, что в дейст |
|||||||||||||||||||||
электроотрицательного |
газа |
приво |
вительности |
разрядные напряжения |
|||||||||||||||||||||||
дит к захвату большего количества |
в воздухе при различной влажности |
||||||||||||||||||||||||||
электронов с образованием |
отрица |
подвержены |
|
значительным |
разбро |
||||||||||||||||||||||
тельных ионов, в результате чего |
сам, поэтому кривые рис. 9-1 дают |
||||||||||||||||||||||||||
число ионизирующих частиц в про |
только порядок |
величин |
разрядных |
||||||||||||||||||||||||
межутке |
уменьшается |
и |
разрядное |
напряжений |
|
с |
учетом |
|
влажности |
||||||||||||||||||
напряжение |
возрастает. |
|
Однако в |
воздуха. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ГЛАВА СЕДЬМАЯ
РАЗРЯД В ГАЗЕ ВДОЛЬ ПОВЕРХНОСТИ ТВЕРДОГО ДИЭЛЕКТРИКА
|
|
7-1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ |
|
|
характерен, |
например, для опорных |
||||||||||||||||||||||
|
Внесение диэлектрика в воздуш |
изоляторов. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
ный промежуток существенно изме |
3. |
|
Диэлектрик расположен врез |
|||||||||||||||||||||||||
няет |
его |
|
разрядное |
напряжение. |
конеоднородном поле, причем прак |
|||||||||||||||||||||||
При |
этом |
значительное |
|
влияние |
тически |
на |
всей |
поверхности |
нор |
|||||||||||||||||||
оказывает как материал диэлектри |
мальная составляющая |
напряжен |
||||||||||||||||||||||||||
ка, так и состояние его |
поверхно |
ности |
«преобладает |
|
над |
|
танген |
|||||||||||||||||||||
сти, |
вдоль |
которой |
развивается |
циальной (рис. 7-1,в). Такая форма |
||||||||||||||||||||||||
разряд, а также форма электриче |
электрического |
поля |
|
имеет |
место |
|||||||||||||||||||||||
ского ноля в промежутке между |
главным образом в проходных изо |
|||||||||||||||||||||||||||
электродами. Можно выделить три |
ляторах. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
характерных |
расположения |
диэлек |
7-2. ПОВЕРХНОСТНЫЙ РАЗРЯД |
|||||||||||||||||||||||||
трика в электрическом поле: |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
1. Диэлектрик помещен в одно |
|
В ОДНОРОДНОМ ПОЛЕ |
|
|
|||||||||||||||||||||||
родное поле |
так, |
что |
его |
поверх |
Казалось |
|
бы, |
что |
|
диэлектрик, |
||||||||||||||||||
ность параллельна силовым линиям |
расположенный |
по |
рис. |
7-1,а, |
не |
|||||||||||||||||||||||
(рис. |
7-1,а). |
Этот |
случай |
|
редко |
искажает |
|
электрического |
|
поля |
||||||||||||||||||
встречается |
в реальных |
изоляцион |
|
|
||||||||||||||||||||||||
в воздухе, а следовательно, не дол |
||||||||||||||||||||||||||||
ных конструкциях, но часто исполь |
жен |
изменять |
разрядного |
напряже |
||||||||||||||||||||||||
зуется в |
лабораториях |
для |
иссле |
ния. |
Опыт, |
|
однако, |
|
показывает, |
|||||||||||||||||||
дования |
основных |
свойств |
разряда |
что разрядное напряжение по по |
||||||||||||||||||||||||
по поверхности диэлектрика. К это |
||||||||||||||||||||||||||||
верхности |
диэлектрика |
всегда |
зна |
|||||||||||||||||||||||||
му |
случаю |
приближается |
|
также |
чительно ниже |
разрядного |
напря |
|||||||||||||||||||||
расположение диэлектрика в слабо |
||||||||||||||||||||||||||||
жения чисто воздушного промежут |
||||||||||||||||||||||||||||
неоднородном |
поле, |
которое приме |
ка, причем иногда это снижение |
|||||||||||||||||||||||||
няется значительно |
чаще, |
особенно |
может |
быть |
весьма |
значительным |
||||||||||||||||||||||
в сложных |
изоляционных |
кострук- |
(в 2 и более раз). |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
циях. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
На величину |
разрядного |
напря |
|||||||||||||
|
2. Диэлектрик |
|
расположен |
в |
||||||||||||||||||||||||
|
|
жения по |
поверхности диэлектрика |
|||||||||||||||||||||||||
резконеоднородном |
поле, |
|
причем |
прежде |
всего |
оказывает |
влияние |
|||||||||||||||||||||
в |
большинстве |
точек |
поверхности |
наличие воздушных |
прослоек |
меж |
||||||||||||||||||||||
диэлектрика |
(за |
исключением |
не |
ду |
диэлектриком |
и |
электродами. |
|||||||||||||||||||||
больших |
участков, |
непосредственно |
Так как диэлектрическая |
проницае |
||||||||||||||||||||||||
примыкающих |
к |
электродам) |
со |
мость воздуха меньше диэлектриче |
||||||||||||||||||||||||
ставляющая |
напряженности |
поля, |
ской |
проницаемости |
|
твердого |
ди |
|||||||||||||||||||||
направленная |
|
вдоль |
поверхности |
электрика, |
|
|
напряженность |
|
поля |
|||||||||||||||||||
(тангенциальная |
|
составляющая), |
в воздушной прослойке в несколько |
|||||||||||||||||||||||||
преобладает |
над |
|
нормальной |
со |
раз превышает среднюю на«пряжен- |
|||||||||||||||||||||||
ставляющей. |
Этот |
случай, |
изобра |
ность, |
благодаря |
чему |
ионизация |
|||||||||||||||||||||
женный схематически на ри-с. 7-1,6, |
в воздушных |
прослойках |
возникает |
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
гораздо* раньше, |
чем |
|
в |
основном |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
воздушном |
промежутке. |
Продукты |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ионизации |
выходят |
из |
воздушных |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
щелей |
на |
поверхность |
диэлектрика |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
и способствуют более раннему за |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
жиганию |
разряда |
по |
поверхности. |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Поэтому в практических изоляцион |
||||||||||||||
Рис. 7-1. Различные случаи расположения |
ных конструкциях принимаются все |
|||||||||||||||||||||||||||
|
диэлектрика |
в |
электрическом |
|
поле. |
|
меры |
к |
тому, |
|
чтобы |
обеспечить |
|
~ /~ Z |
нии |
относительной влажности воз |
|
|
духа |
(при определении |
относитель |
|
|
' / 4/ |
ной влажности за единицу прини- |
||
|
мае/гся парциальное давление насы |
|||
|
/ |
щенного пара при тех же давлениях |
||
|
/ |
|||
|
/ / |
и температуре) разрядное напряже |
||
|
/ |
ние |
вначале несколько |
возрастает |
|
/ |
|||
/ |
/ |
в соответствии с кривыми рис. 6-19. |
||
___ |
При |
величине относительной влаж |
/>
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
ности, соответствующей конденсации |
|||||||||||
|
|
|
/ у |
|
|
|
|
|
|
|
влаги |
на |
поверхности |
диэлектрика |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(60—70% на рис. 7-3), происходит |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
резкое |
уменьшение |
разрядного на |
|||||||||
|
|
о |
|
|
|
г |
|
|
|
S |
|
пряжения. В этой области |
влажно |
||||||||||
|
|
|
1 |
|
|
г см |
|
сти |
имеют место значительные раз |
||||||||||||||
Рис. 7-2. Разрядные напряжения по по |
бросы разрядных напряжений, пока |
||||||||||||||||||||||
|
верхности стекла в однородном поле. |
занные на рис. 7-3 заштрихованной |
|||||||||||||||||||||
п р яж ен и е; |
|
3 — н ап р я ж ен и е |
п ром ы ш лен н ой |
ч а |
зоной. |
При |
относительной |
влаж |
|||||||||||||||
/ — и м п у л ь сн ая |
волн а |
1,5/40; 2 — п остоянн ое н а |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
П у н к ти р о м п о к азан о |
стоты |
|
н ап р я ж е н и е |
чи сто |
ности |
воздуха, |
близкой |
|
к |
100%, |
|||||||||||||
р азр я д н о е |
разбросы |
раз-рядных |
напряжений |
||||||||||||||||||||
|
|
|
во зд у ш н о го |
п р о м еж у тк а . |
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
уменьшаются, |
так |
как |
при |
этом |
|||||||
пл-0тное |
соеданение |
электр-одов |
практически |
.вся поверхность |
ока |
||||||||||||||||||
с твердым диэлектриком. С фарфо |
зывается смоченной водой и усло |
||||||||||||||||||||||
ровыми |
изоляторами |
с |
электроды |
вия |
развития |
разряда |
|
делаются |
|||||||||||||||
обычно |
|
скрепляются |
помощью |
достаточно |
стабильными. |
Случай |
|||||||||||||||||
цемента, обеспечивающего хорошую |
разряда |
|
по |
сильно |
увлажненной |
||||||||||||||||||
механическую |
прочность |
и отсутст |
поверхности диэлектрика будет рас |
||||||||||||||||||||
вие каких бы то ни было воздуш |
смотрен более подробно в § 7-5. |
||||||||||||||||||||||
ных включений. |
|
|
|
|
|
|
|
Однако |
даже |
при |
небольшой |
||||||||||||
|
Однако и при плотном прилега |
влажности |
воздуха |
поверхность |
|||||||||||||||||||
нии электродоъ к диэлектрику раз |
диэлектрика |
не остается |
абсолютно |
||||||||||||||||||||
рядное |
напряжение |
по поверхности |
сухой. Вследствие гигроскопичности |
||||||||||||||||||||
остается гораздо более низким, чем |
материала |
в |
диэлектрике всегда |
||||||||||||||||||||
в |
чисто |
воздушном |
промежутке. |
имеется |
|
некоторый |
поверхностный |
||||||||||||||||
На рис. 7-2 приведены разрядные |
слой |
адсорбированной |
влаги, |
обла |
|||||||||||||||||||
напряжения |
по поверхности |
стекла |
дающий очень большим, но все же |
||||||||||||||||||||
в однородном |
поле |
при |
различных |
конечным сопротивлением. Посколь |
|||||||||||||||||||
видах напряжения. Как видно, сни |
ку |
вода |
|
обладает ионной |
проводи- |
||||||||||||||||||
жение |
разрядного напряже |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
ния по |
сравнению |
с чисто |
|
Uo |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
воздушным |
|
промежутком |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
наиболее |
велико |
при |
дли |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
тельном |
воздействии |
(по |
|
|
|
V/M |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
стоянное |
напряжение |
и |
на |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
пряжение |
промышленной |
|
|
|
i |
m |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
частоты). |
значение |
имеет |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
Важное |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
зависимость |
разрядного |
на |
0 |
ZO |
40 |
60 |
80 |
юо |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
пряжения от влажности воз |
|
|
Относительная |
||||||||||||||||||||
|
Относительная |
|
|
|
|
||||||||||||||||||
духа. На рис. 7-3 -показаны |
|
Влажность, % |
|
|
|
|
Влажность,% |
||||||||||||||||
такие |
зависимости |
для |
об |
|
|
а) |
|
|
|
|
|
|
|
б> |
|
||||||||
разцов |
из стекла и бакелита |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
(диаметр |
образцов |
35 |
мм, |
Рис. 7-3. Зависимость разрядного напряжения в воз |
|||||||||||||||||||
высота |
30 мм). |
Как |
видно |
духе вдоль поверхности образца из стекла (а) и ба |
|||||||||||||||||||
|
келита |
(б) |
в однородном поле от относительной |
||||||||||||||||||||
из |
графиков, |
при |
увеличе |
|
|
|
|
влажности |
воздуха. |
|
|
|
|
Рис. 7-4. Распределение напряжения вдоль поверхности стекла при напряжении, близ ком к разрядному. Неосушенная поверх ность.
мостью, под действием электриче ского поля ионы начинают переме щаться к электродам. Движение ионов в микроскопически тонком поверхностном слое тграисходит весьма медленно, поэтому в пер вую очередь на электроды уйдут заряды с непоюредственно приле гающих к ним участков поверхно сти. В результате вблизи каждого электрода создается избыточное скопление ионов того же знака, что
изаряд электрода, которое ослаб ляет электрическое поле вблизи электрода. Распределение напряже ния вдоль поверхности искажается
иприобретает вид, показанный на рис. 7-4, т. е. поле делается неодно родным и разрядное напряжение снижается по сравнению с разряд ным напряжением чисто воздушно го промежутка. Поскольку скорость движения ионов в адсорбированном слое влаги мала, накопление заря дов вблизи электродов происходит относительно медленно и разрядное напряжение в сильной степени должно зависеть от времени воздей ствия, что и подтверждается кривы ми рис. 7-2.
Поскольку в развитии разряда по поверхности диэлектрика боль шое значение имеет адсорбирован ная влага, разрядное напряжение должно сильно зависеть от гигро скопичности диэлектрика. Это пред положение полностью подтверж дается кривыми .рис. 7-5, из котор-ы*
Рис. 7-5. Зависимость разрядного напряже ния по поверхности образцов из различных материалов в однородном поле от расстоя ния между электродами.
1 — п ар а ф и н ; 2 — ф ар ф о р ; 3 — ту р б о н и т; 4 — р а з
р я д н о е |
н а п р я ж е н и е |
при |
н еп лотн ом |
п р и л еган и и |
д и э л е к т р и к а к э л ек тр о д а м |
(ф ар ф о р , |
стек л о , т у р |
||
б о н и т); |
5 — р а зр я д н о е |
н ап р я ж е н и е чи сто в о зд у ш |
||
|
ного |
п р о м еж у тк а . |
|
следует, что образец из парафина, являющегося наименее гигроско пичным материалом, обладает на ибольшей электрической прочно стью. На этом же рисунке показа но также снижение разрядного напряжения гари наличии воздуш ных прослоек между диэлектриком и электродами.
П,ри разряде вдоль поверхности
диэлектрика значительно умень шается влияние давления газа. На рис. 7-6 приведены зависимости от давления разрядного напряжения в воздухе вдоль поверхности стек лянного цилиндра гари различных расстояниях между электродамиКак видно, при малых расстояниях после достижения определенного давления разрядные напряжения практически перестают увеличивать ся, а при больших расстояниях меж ду электродами даже наблюдается максимум в кривой разрядного на пряжения.
Значительного увеличения раз рядного напряжения можно добить ся, если поверхность диэлектрики
Рис. 7-6. Разрядные напряжения вдоль по верхности фарфора в зависимости от дав ления воздуха при промышленной частоте.
Ц и ф р ы у кр и вы х о зн ач аю т |
р ассто я н и е м е ж д у |
э л ек тр о д а м и , |
мм. |
сделать ребристой и, таким обра зом, увеличить ггуть поверхностного перекрытия, В качестве примера на рис. 7-7 приведены зависимости от давления разрядных напряжений в азоте вдоль поверхности гладкого и ребристого текстолитовых цилин дров при различных расстояниях между электродами.
7-3. ПОВЕРХНОСТНЫЙ РАЗРЯД
ВРЕЗКОНЕОДНОРОДНОМ ПОЛЕ
СПРЕОБЛАДАЮЩЕЙ ТАНГЕНЦИАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ
НАПРЯЖЕННОСТИ
Вконструкции, изображенной на рис. 7-1,6, разрядные напряже ния, естественно, снижаются по
сравнению с рассмотренным выше случаем однородно-го поля, однако основные закономерности сохраня ются. На рис. 7-8 приведены зави симости разрядного напряжения от расстоя;ния между цилиндрическими электродами, укрепленными на поверхности цилиндров из различ ных изолирующих материалов. Наименынее снижение разрядного напряжения по сравнению с чисто воздушным промежутком имеет ме сто у диэлектрика с наименьшей гигроскопичностью (парафин), при чем абсолютная величина этого снижения несколько меньше, чем в случае однородного поля. Этот
Рис. 7-7. Разрядное напряжение вдоль по верхности текстолитовых образцов, поме щенных между дисками с закругленными краями. Постоянное напряжение.
результат является вполне естест венным, так как в рассматриваемом случае неравномерная проводи мость поверхностного слоя влаги лишь несколько увеличивает неод нородность поля, и следовательно,
.маке
Рис. 7-8. Разрядное напряжение по по верхности различных диэлектриков в не однородном поле.
/ — пробой |
чи сто |
в о зд у ш н о го |
п р о м еж у тк а; |
2 — |
п ар аф и н , |
д е р ево |
и ту р б о н и т; |
3 — б ак е л и т; |
4 — |
|
ф а р ф о р и стекл о . |
|
Рис. 7-9. Зависимость 50%-ного импульсно го разрядного напряжения по поверхности опорного изолятора от длины I экранирую
щего электрода (по Лебедеву).
/ — во л н а + 1.5/40; 2 |
волн а — 1,5/40. |
не должна оказывать столь сильно го влияния на разрядное натряжение.
В неоднородном поле наиболь шая напряженность имеет место вблизи электродов. В опорных изо ляторах один из электродов часто бывает соединен с заземленными конструкциями, имеющими значи тельные размеры. В таких случаях напряженность поля на этом элек-
Рис. 7-10. Влияние давления воздуха на средние разрядные напряженности для опорных изоляторов.
/, |
5—п р о м ы ш л ен н ая ч асто та; |
3, rf— и м п ульсЧ -1.5/40; |
|
/ , |
3 — н о р м альн ы й |
оп орны й |
и зо л я то р ; 2, 4 — о п о р |
|
ны й и зо л я то р с |
экр ан и р у ю щ и м эл ек тр о д о м . |
троде уменьшается и разряд начи нается с электрода, находящегося под высоким потенциалом. Можно существенно увеличить разрядное напряжение по поверхности такого изолятора с помощью внутреннего экрана (-рис. 7-9), уменьшающего напряженность поля на электроде, находящемся под напряжением.
На рис. 7-9 приведена зависи мость разрядного напряжения от длины I внутреннего экрана три импульсных напряжениях обеих полярностей. При положительной полярадости разрядное нагоряжение монотонно увеличивается по мере увеличения длины /, что непосред ственно связано с уменьшением на пряженности поля на незаземленном электроде. При отрицательной полярности разрядное напряжение, напротив, снижается, сначала от носительно медленно, а затем зна чительно быстрее. Дело в том, что в резшнеод'нородном поле, как это было указано в гл. 4, развитие раз ряда с отрицательного электрода оильно затруднено. Поэтому разряд начинает развиваться с положи тельного электрода, даже если на пряженность поля на нем значи тельно меньше, чем на катоде. В данном случае при отрицатель ном импульсе анодом является заземленный электрод. По мере углубления внутреннего экрана в толщу диэлектрика напряжен ность поля на заземленном элек
троде |
постепенно |
возрастает |
за |
||||
счет сокращения |
расстояния |
между |
|||||
электродами, |
а |
в |
связи |
с |
этим- и |
||
уменьшается |
разрядное |
напряже |
|||||
ние. Очевидно, что |
целесообразная |
||||||
длина |
внутреннего |
экрана |
опреде |
||||
ляется |
равенством |
разрядных |
на |
пряжений при положительной и от рицательной полярностях.
На рис. 7-10 приведена зависи мость разрядных напряженностей вдоль поверхности изоляторов двух типов от давления воздуха. Как видно, при экранировке незаземленносо электрода внутренним экраном влияние давления оказывается зна чительно большим.
ле> |
Так же как и в однородном ио- |
щих разрядов», так как действи |
|||||||||||||||||||||||
устройство ребер |
на поверхно |
тельно |
|
каналы |
разрядов |
как |
бы |
||||||||||||||||||
сти диэлектрика может значительно |
прилипают |
к |
поверхности |
диэлек |
|||||||||||||||||||||
увеличить разрядное наиряжение. |
трика, не отрываясь от нее на всем |
||||||||||||||||||||||||
При |
этом |
наибольшее |
значение |
пути между электродами. |
|
разря |
|||||||||||||||||||
имеют ребра, расположенные в об |
Образование скользящих |
||||||||||||||||||||||||
ласти |
сильного |
поля, |
т. е. у неза- |
дов |
можно |
объяснить |
следующим |
||||||||||||||||||
земленного электрода опорного |
образом. Во второй стадии разряда |
||||||||||||||||||||||||
изолятора. Помимо |
увеличения пу |
вдоль |
|
каналов |
отдельных |
нитей |
|||||||||||||||||||
ти перекрытия по поверхности, эти |
двигаются ионы, созданные ударной |
||||||||||||||||||||||||
ребра играют роль барьеров, ана |
ионизацией. Из-за большой |
|
нор |
||||||||||||||||||||||
логичных барьерам |
в |
чисто |
газо |
мальной составляющей |
напр яжен- |
||||||||||||||||||||
вых промежутках |
(ом. гл. |
4). При |
ноети |
|
электрического |
поля |
эти |
||||||||||||||||||
менение |
ребер |
широко использует |
ионы непрерывно бомбардируют |
||||||||||||||||||||||
ся |
при |
конструировании |
изолято |
поверхность дизлектрика, |
приводя |
||||||||||||||||||||
ров различных типов. |
|
|
|
|
к местным |
повышениям температу |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ры. По |
мере |
увеличения |
напряже |
||||||||||
|
7-4. ПОВЕРХНОСТНЫЙ РАЗРЯД |
ния |
число |
ионов, |
перемещающихся |
||||||||||||||||||||
|
по нитям |
разряда, увеличивается, |
|||||||||||||||||||||||
|
В РЕЗКОНЕОДНОРОДНОМ ПОЛЕ |
||||||||||||||||||||||||
|
благодаря |
чему |
возрастает |
темпе |
|||||||||||||||||||||
С ПРЕОБЛАДАЮЩЕЙ НОРМАЛЬНОЙ |
ратура в отдельных точках поверх |
||||||||||||||||||||||||
СОСТАВЛЯЮЩЕЙ |
НАПРЯЖЕННОСТИ |
||||||||||||||||||||||||
ности. При |
определенном |
напряже |
|||||||||||||||||||||||
|
Наличие |
большой |
нормальной |
нии |
эта |
|
температура |
|
оказывается |
||||||||||||||||
составляющей напряженное™ элек- |
достаточной для возникновения тер |
||||||||||||||||||||||||
1рического |
поля |
|
на |
поверхности |
мической ионизации, под действием |
||||||||||||||||||||
диэлектрика |
приводит |
к значитель |
которой |
|
число |
ионов |
в |
каналах |
|||||||||||||||||
ному |
снижению |
разрядного |
напря |
резко |
возрастает. |
В |
связи с этим |
||||||||||||||||||
жения и изменению характера раз |
резко |
уменьшается |
сопротивление |
||||||||||||||||||||||
ряда. |
Ионизация |
во |
всех |
|
случаях |
каналов, |
уменьшается |
падение |
на |
||||||||||||||||
начинается в точке А рис. 7-1,<з, где |
пряжения в каналах, а на концах |
||||||||||||||||||||||||
абсолютная величюна |
напряж енно- |
каналов |
|
увеличивается |
напряжен |
||||||||||||||||||||
сти поля весьма велика благодаря |
ность поля, способствуя их интен |
||||||||||||||||||||||||
малому расстоянию между электро |
сивному |
|
удлинению. |
Таким |
обра |
||||||||||||||||||||
дами. Поэтому уже при относитель |
зом, |
образование |
скользящих |
раз- |
|||||||||||||||||||||
но |
небольших |
|
напряжениях |
на |
рядов |
|
|
непосредственно |
связано |
||||||||||||||||
краю |
электрода |
возникает |
светя |
с |
возникновением |
|
термической |
||||||||||||||||||
щаяся полоска |
коронного |
разряда. |
ионизации |
на |
поверхности диэлек |
||||||||||||||||||||
При |
увеличении |
напряжения |
раз |
трика. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
ряд приобретает форму слабо све |
Протекающий |
по |
каналу |
разря |
|||||||||||||||||||||
тящихся |
нитей, |
распространяющих |
да ток затем замыкается через ем |
||||||||||||||||||||||
ся по направлению к противопо |
кость канала относительно противо |
||||||||||||||||||||||||
ложному |
электроду. |
Длина |
этих |
положного |
|
электрода. |
Поэтому |
||||||||||||||||||
нитей |
растет приблизительно |
про |
величина |
тока, число |
двигающихся |
||||||||||||||||||||
порционально |
приложенному |
на |
ионов |
и |
создаваемый |
ими |
нагрей |
||||||||||||||||||
пряжению. При |
некотором |
|
опреде |
поверхности |
диэлектрика |
в |
силь |
||||||||||||||||||
ленном |
значении |
напряжения |
ка |
ной степени должны зависеть от |
|||||||||||||||||||||
налы |
|
разряда |
|
преобразуются, |
величины этой емкости |
и от скоро |
делаются гораздо более яркими их сти изменения во времени прило
длина их начинает расти значи |
женного |
напряжения. |
Емкость |
||||
тельно быстрее |
приложенного на |
канала разряда пропорциональна |
|||||
пряжения, так что вскоре они пере |
величине емкости |
единицы |
поверх |
||||
крывают все |
расстояние |
между |
ности диэлектрика |
относительно |
|||
электродами и |
происходит |
полный |
протювополОЖ1НОГО |
электрода (так |
|||
пробой промежутка. Эта последняя |
называемая |
удельная |
поверхност |
||||
стадия получила название «скользя |
ная емкость). |
|
|
|
При промышленной частоте на пряжение появления скользящих разрядов может определяться по следующей эмпирической формуле:
£/c„ = ç # - 1 0 - 4 квдейств, (7-1)
где С — удельная поверхностная емкость, ф/см2. Формула дает хоро шее совладение с опытом при С> >0,25-10-12 ф/см2.
Длина канала скользящего раз ряда, помимо приложенного напря жения, зависит от скорости его изменения во времени и от удель ной поверхностной емкости. Эта зависимость приблизительно может характеризоваться предложенной Теплером формулой
/ск= К Л /‘ ^ § |
, |
(7-2) |
|
где /ск —длина канала |
скользящего |
||
разряда, |
см; |
напряжение, |
|
U — приложенное |
|||
кв (амплитудное значение); |
|||
С — удельная |
поверхностная |
||
емкость, |
ф/см2\ |
|
du
-£t— максимальная скорость из менения приложенного на пряжения, кв!мксек\
k = 39 • 1015 для положитель ных импульсов и 33-1015 для отрицательных импуль сов.
Если вместо /с« подставить рас стояние между электродами по по верхности диэлектрика, то форму ла (7-2) позволит определить вели чину разрядного напряжения.
При постоянном напряжении ток в каналах разряда не может замы каться через поверхностную ем кость, в результате заряды оседают на поверхности диэлектрика, посте пенно выравнивая распределение напряжения. Таким образом, иони зационный ток не достигает вели чины, достаточной для образования термической ионизации. Удельная поверхностная емкость перестает играть определяющую роль, и вели чина разрядного напряжения сохра-
Рис. 7-11. Зависимость длины скользящих разрядов от напряжения при импульсах.
/ — |
с т ек л я н н а я |
т р у б к а |
с н ар у ж н ы м |
д и ам етр о м |
|
0,95 |
см и вн утрен н и м д и ам етр о м |
0,79 |
см (0,95/0.79); |
||
2 — с т ек л я н н а я |
т р у б к а |
0.9/0.63: |
3 — с т е к л я н н а я |
||
|
|
т р у б к а |
1.01/0,6. |
|
|
няется высокой, приближаясь к раз рядному напряжению воздушного промежутка.
В качестве иллюстрации на рис. 7-11 и 7-12 приведены зависи мости разрядных напряжений от расстояния между электродами при импульсах и при постоянном напря
жении. |
Прн |
импульсах |
толщина |
|
диэлектрика |
(а |
следовательно, и |
||
удельная |
поверхностная |
емкость) |
||
оказывает очень |
сильное |
влияние |
||
на величину |
разрядного |
напряже |
ния по поверхности, при постоянном же напряжении влияние толщины диэлектрика ничтожно мало.
Рис. 7-12. Зависимость напряжения пере крытия по поверхности бакелитового обраоца от длины. Постоянное напряжение (по Лебедеву).
Î — э л ек тр о д а п о ло ж и тел ь н ы й ; 2 — э л ек тр о д а о тр и ц ател ьн ы й .