Пробой диэлектриков. Элементарные процессы при разряде в газе. Электрическая прочность электроизоляционных материалов. Основные виды пробоя, страница 4

i

Uпр,кВ                                                          Епр,МВ/м

 

40                                                       20

30                                                       16

20                                                       12

	б

 

i

10                                                       8

 

0                                                         4

Рис. 5.3. Пробой и перекрытие твердого диэлектрика (схематически)

Рис. 5.2. Типичная зависимость пробивного напряжения Uпр и электрической прочности Епр от толщины для керамики. Частота  50 Гц по В.В. Пасынкову

1        2        3       4       5    мм

5.2.1. Влияние формы поля на электрическую прочность

Существенное различие в значениях электрической прочности при постоянном и переменном напряжении проявляется при всех типах пробоя, кроме чисто электрического. При чисто электрическом пробое эти значения электрической прочности мало различаются (однако при сравнении необходимо брать максимальное значение переменного напряжения, а не действующее, которым обычно оценивается электрическая прочность).

При тепловом пробое электрическая прочность на переменном напряжении существенно ниже, чем при постоянном. Различие вызвано, главным образом, тем, что при постоянном напряжении возникают только потери на электропроводность, а при переменном напряжении – также потери на поляризацию. Поэтому в переменном поле выделение теплоты больше и условия для теплового пробоя более благоприятны.

При электрохимическом пробое различие электрической прочности на постоянном и переменном напряжениях обусловлено тем, что условия для возникновения электрохимического старения на постоянном напряжении более благоприятны, чем при переменном.

При ионизационном пробое электрическая прочность при переменном напряжении ниже, чем на постоянном, так как ионизационное старение происходит интенсивнее при переменном поле. Потери на частичные разряды, которые при этом возникают, пропорциональны частоте переменного электрического поля.

Указанные замечания относятся к случаю однородного электрического поля. В неоднородном поле условия могут изменяться, так как при переменном поле высокой частоты могут существенно затрудняться условия для образования пространственного заряда.

5.3. Пробой газов

Сознательно исключены всякие особенности пробоя газов при неоднородном поле и на импульсах, а также пробой длинных газовых (воздушных) промежутков. Эти вопросы изучаются детально в курсе ТВН (Техника высоких напряжений).

Чтобы пробой газа в электрическом  поле состоялся, очевидно, нужно, чтобы каждый вновь образовавшийся электрон, перемещаясь в электрическом поле, оставил за собой след в виде (в среднем) хотя бы еще одного свободного электрона. Тогда процесс увеличения тока через диэлектрик будет нарастать лавинообразно и газ потеряет свои изоляционные свойства, т.е. состоится пробой. Очевидно, чем меньше плотность газа, тем легче электрону накопить энергию, достаточную для ударной ионизации. То есть с уменьшением давления величина Епр должна падать.

Однако, при некотором минимуме давления P уменьшается сама вероятность столкновения электрона с частицами газа, если расстояние S между электронами мало. Кроме того, на малом расстоянии электрон просто может не успеть при некотором напряжении накопить энергию, достаточную для ионизации. Эти два обстоятельства приводят к росту Uпр при очень малых S и P (рис.5.4).

Поэтому логически можно говорить о наличии некоторого минимума Uпр = f (p·s).  Эта зависимость впервые экспериментально наблюдалась Пашеном (закон Пашена). Для воздуха Uпр.мин ≈300 В.