Экспериментальные исследования зависимости электрической прочности от давления и расстояния в воздушном промежутке

Цель работы. Исследовать зависимость разрядного напряжения в воздухе от расстояния между электродами при различном давлении.

Программа работ. Ознакомиться с испытательной установкой и правилами безопасной работы.

Задание 1. Экспериментально определить разрядные напряжения воздушных промежутков при изменении расстояния между электродами (P=const, t=const)

Задание 2. Экспериментально определить разрядные напряжения воздушных промежутков при изменении давления (s=const, t=const).

Задание 3. Освоить методику приведения результатов измерений к стандартным атмосферным условиям. Определить Unp с учетом δ.

Задание 4. По данным табл. построить график зависимости U'np=f(S)

Задание 5. По данным табл. построить график зависимости U'np=f(P)

Задание 6. Результаты измерений по пунктам 4 и 5 нанести на один график зависимости Unp=(P*S). На этом же графике построить кривую закона Пашена. Сопоставить эти графики и объяснить расхождение.

Теоретические сведения

Каждый диэлектрик, находясь в электрическом поле, теряет свойства электроизоляционного материала, если напряженность электрического поля превысит некоторое критическое значение. Это явление носит название пробоя диэлектрика, или нарушения его электрической прочности. Значение напряжения, .при котором происходит пробой диэлектрика, называется пробивным напряжением (Unp), а соответствующее значение напряженности поля - пробивной напряженностью (Епр), или электрической прочностью диэлектрика

Eпp=Unp/S, кВ/см,                      где S - расстояние между электродами, см.

Пробой газа обусловлен в основном элементарными процессами: ударной ионизацией и фотоионизацией молекул и атомов. Процесс ударной ионизации возникает при условии, что кинетическая энергия электронов (V/к) будет равна или больше энергии ионизации (V/ц) атомов или молекул

Wк=eλE=eU>Wк,                            где е - заряд электрона, λ - длина свободного пробега электрона, определяемая как путь, пройденный электроном между двумя последующими столкновениями.

Зависимость электрической прочности воздуха от расстояния между электродами при постоянном давлении. Возрастание Епр при малых расстояниях между электродами объясняется трудностью формирования разряда при столь малых расстояниях между электродами. Обычно повышение Епр начинается при расстояниях между электродами, сопоставленных с длиной свободного пробега электронов. При постоянном давлении с увеличением расстояния между электродами пробивное напряжение (Uпp) будет расти.

Пробивные напряженности и напряжения в газах сильно зависят от давления. Экспериментально установлено, что если расстояние между электродами и давление меняются так, что произведение остается неизменным, то величина пробивного напряжения Unp также остается неизменной. Эта закономерность была изучена Пашеном.

Зависимость пробивного напряжения от величины произведения давления газа (Р) на расстояние (S) между электродами Unp=f(P S) получила название закона Пашена. Кривая Пашена для разрядного напряжения воздушного промежутка в однородном поле Unp=f(PS) при t=20 °C дана на рис. 6.3, а, а для элегаза на рис. 6.3, б.

Если при постоянной температуре в однородном электрическом поле увеличивать давление (вправо от минимума), то пробой газа произойдет при более высокой напряженности. Это происходит потому, что при увеличении давления плотность газа увеличивается, а следовательно, уменьшается длина свободного пробега электронов (λ), что ведет к увеличению разрядного напряжения согласно соотношения