Пробой газообразных диэлектриков в неоднородном поле

Особенности пробоя газообразных диэлектриков в однородном поле.

Поле является однородным, если вектор напряженности поля во всех его точках одинаков. На практике однородное поле встречается крайне редко. Электрическая прочность газов существенно зависит от большого числа разнообразных внешних факторов.

Зависимость электрической прочности газов от давления. Зависимость электрической прочности газа от давления объясняется изменением концентрации молекул в единице объема, приводящему к изменению длины свободного пробега электрона λ. В области атмосферных давления зависимость Eпр(р) является практически линейной и теряет линейность в областях, близких к вакууму.

Зависимость электрической прочности газов от расстояния между электродами. При уменьшении расстояния между электродами Eпр быстро возрастает, что объясняется трудностью формирования разряда в малом промежутке. Электроны не успевают набрать необходимую для ионизации энергию до столкновения с анодом.

Форма электродов существенно влияет на электрическую прочность газов, что объясняется в первую очередь неоднородностью электрического поля и появлением локальных перенапряжений.

Зависимость электрической прочности воздуха от частоты приложенного напряжения имеет место только в области ультразвуковых частот, радиочастот и СВЧ. В области промышленных частот электрическая прочность газа практически не зависит от частоты напряжения.

Неоднородное электрическое поле возникает между электродами типа стержень - плоскость, типа стержень – стержень, между проводами воздушных линий электропередач. Области с высокой напряженностью электрического поля часто образуются вследствие неоднородности электрического поля, возникающей:

1) При выборе неверных параметров в процессе конструирования

2) В результате загрязнений, возникающих в процессе работы

3) В результате механических повреждений и износа оборудования

На практике мы обычно имеем именно неоднородные электрические поля. Пробою газа в неоднородном поле предшествует возникновение коронного разряда, являющегося фактически неполным пробоем. Коронный разряд - это явление, связанное с ионизацией воздуха в электрическом поле с высокой напряженностью (свечение газов в неоднородном электрическом поле высокой напряжённости). Подобные поля формируются у электродов с очень большой кривизной поверхности (острия, тонкие провода). Когда напряженность поля достигает предельного значения для воздуха (около 30 кВ/см), вокруг электрода возникает свечение, имеющее вид оболочки или короны (отсюда название). Возникающие разряды вначале не достигают второго электрода. С повышением напряжения коронный разряд переходит в искровой, а затем – в дуговой разряд.

Условия возникновения короны и пробоя газа в неоднородном поле зависят от полярности напряжения, приложенного к стержневому электроду. При положительной полярности стержневого электрода корона появляется при более низких напряжениях. Увеличение влажности пробивное напряжение воздушного промежутка возрастает.

На линиях электропередачи возникновение коронного разряда нежелательно, так как вызывает значительные потери передаваемой энергии. С целью уменьшения относительной кривизны электродов применяются многопроводные линии (3, 5 или более определенным образом расположенных проводов).