Пробой диэлектриков. Элементарные процессы при разряде в газе. Электрическая прочность электроизоляционных материалов. Основные виды пробоя, страница 5

Подобная зависимость наблюдается для всех газов и носит название законом подобия , относя такую зависимость не только к однородным, но и к неоднородным полям.

Uпр(ps)

Uпр.мин

ps

Рис.5.4. Экспериментальная зависимость закона Пашена

(Uпр.мин=280-420В для разных газов)

В области больших ps величины Uпр отклоняются обычно в меньшую сторону от закона Пашена, т.к. начинает сказываться неоднородность поверхности электродов (ее микроструктуры).В области малых ps→0 рост Uпр также не беспределен, т.к. растет автоэлектронная эмиссия, которая ограничивает электрическую прочность при вакууме. Обе ветви Uпр(ps) (при больших и малых ps) находят практическое применение при конструировании электротехнического оборудования.

Большую электрическую прочность вакуума используют в технике при конструировании высокочастотных вакуумных конденсаторов, предназначенных для повышенных напряжений.

Образование и разрушение отрицательных ионов. Атомы или молекулы некоторых газов, у которых на внешних оболочках есть вакансии, способны присоединять электроны. При этом энергия возникающего отрицательного иона меньше, чем сумма энергий частиц до их взаимодействия Энергию, необходимую для отрыва электрона от отрицательного иона, называют сродством атома или молекулы к электрону. Газы, обладающие сродством к электрону, называются электроотрицательными (О₂, SF₆ и др.), в противном случае - электроположительными (Н, N_e, N₃ и др.). Присоединение (прилипание) электронов к нейтральной частице происходит, как правило, если энергия электрона меньше сродства частицы к электрону W_с. Выделяющаяся при прилипании энергия в многоатомных молекулах может пойти на возбуждение колебательных и вращательных уровней энергий этой же молекулы. В атомарных газах избыточная энергия, образующегося иона, передается атомам при столкновении.

При захвате молекулой газа SF₆ электрона в первый момент образования иона сродство с электроном невелико (W_c =0,05-0,1 эВ), но за время нескольких микросекунд происходит перестройка структуры молекулы и сродство увеличивается до 1,5-1,7 эВ. Приведем значения сродства с электроном для ряда газов:

Наряду с процессом прилипания возможен и обратный процесс - разрушение отрицательных ионов. Наиболее вероятными механизмами отрыва электрона при давлениях газа, близких к атмосферному, можно считать разрушение иона при столкновении с фотонами, электронами, возбужденными молекулами или в результате диссоциации. Разрушение ионов при непосредственном воздействии электрического поля может произойти только в очень сильных электрических полях.

Возникающие после прилипания электронов отрицательные ионы, при атмосферном давлении газа обладают малой энергией и не способны производить ионизацию. Следовательно, число электронов, возникающих на единице длины (эффективный коэффициент ударной ионизации а*), равно числу актов ионизации, совершаемых одним электроном на единице длины за вычетом числа захваченных нейтральными молекулами а*=а- h.

Рис 5.5. Зависимость коэффициента прилипания электронов к молекулам

от напряженности электрического поля.

Зависимость отношения а*/р от Е/р при различных парциальных давлениях паров воды приведена на рис. 5.5. Напряженность электрического поля при которой а*>0 называют напряженностью ионизации Е_и. Как видно из рис. 5.5. в сухом воздухе при нормальном атмосферном давлении Е_и=24,5 кВ/см.

У электроотрицательного газа SF₆ (элегаза) коэффициент прилипания существенно, примерно в 4 раза больше, чем у воздуха, поэтому при нормальном атмосферном давлении для SF₆ Е_И = 89 кВ/см, что приблизительно в три раза выше, чем для воздуха.

5.4. Пробой жидких диэлектриков