Одним из основных параметров воздуха, влияющих на свойства электрической аппаратуры и ее элементов, является напряжение пробоя. Пробивное напряжение воздуха при нормальном давлении 760 мм рт. ст. и расстоянии между плоскими электродами в 1 см составляет примерно 33 кВ. Оно определяется проводимостью воздуха, создаваемой носителями электрических зарядов - заряженными частицами, свободными электронами и ионами. Заряженными могут быть как частицы самого газа, так и находящиеся в нем во взвешенном состоянии частицы примесей твердых и жидких веществ. Известно, что в 1 см. воздуха при нормальных условиях насчитывается от 500 до 1000 пар положительно и отрицательно заряженных ионов.
Образование заряженных частиц в газе может вызываться различными внешними и внутренними ионизаторами. К основным внешним ионизаторам относятся радиоактивные излучения из глубин Земли; солнечная радиация, особенно ее ультрафиолетовая часть спектра; и действие космических лучей.
Основными источниками внутренней ионизации может являться: нагрев соответствующих материалов до температуры, при которой начинается электронная эмиссия; воздействие энергии квантов света, приводящее к выбиванию электронов из материала, и т. д. Одновременно с процессами ионизации происходит процесс деионизации (воссоединения или рекомбинации положительно и отрицательно заряженных частиц газа).
Если к данному объему воздуха
приложить электрическое напряжение, то перемещение ионов и электронов создает
электрический ток, плотность которого будет зависеть от числа ионов,
образующихся в единицу времени, и скорости их перемещения. В свою очередь
скорость движущихся частиц (v) зависит от
напряженности электрического поля (Е): v~_E.
Рассмотрим изменение плотности тока j в зависимости от напряженности однородного электрического поля Е, воздействующего на воздух (газ) в трубке сечением 1 см. На графике (рисунок ІІІ.5-6.8.) показано, что в области слабых электрических полей (область I) изменение плотности тока подчиняется закону Ома. По мере увеличения электрического поля наступает область насыщения (область II), в которой ток практически не увеличивается. Дальнейшее повышение напряженности (область III) характеризуется тем, что заряженные частицы приобретают все возрастающие скорости и, сталкиваясь с нейтральными молекулами, имеют энергию, достаточную для их ионизации. Возникающий процесс называют ударной ионизацией газа. При этом лавинообразно увеличивается количество новых заряженных частиц и ток в газе (воздухе) возрастает по экспоненциальному закону.
Плотность тока в области ударной ионизации описывают уравнением вида
где — коэффициент объемной ионизации электронами; d - расстояние между электродами в газе (воздухе), j0 — плотность тока у поверхности катода.
Коэффициент объемной ионизации газа α зависит от напряженности электрического поля Е и давления газа р -
где А и В константы, определяемые родом газа и температурой.
Установлено, что приведенная выше формула справедлива лишь при небольших расстояниях между электродами. Положительные ионы, получившиеся в результате ионизации газа, ускоряясь, полем, попадают на катод и выбивают из него один или несколько электронов. Таким образом, возникает явление самостоятельного разряда, при котором ток в воздухе (в газообразном диэлектрике) будет поддерживаться и после прекращения действия внешнего ионизатора.
Развитие самостоятельного разряда в равномерном электрическом поле приводит к электрическому пробою газа (воздуха). Напряжение, при котором возникает самостоятельный разряд, называется пробивным или разрядным.
Величина пробивного напряжения определяется формулой
где γ — коэффициент поверхностной ионизации ионами, т. е. число электронов, выбиваемых с катода одним положительным ионом.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.