Пробой газа, закон Паше

Воздух служит внешней изоляцией электроизоляционных узлов трансформаторов, высоковольтных выключателей, изоляторов ЛЭП и другие. Электрическая прочность воздуха невелика по сравнению с Е_ПР большинства жидких и твердых диэлектриков.

Небольшое число содержащихся в газе положительных и отрицательных ионов и электронов при наложении поля получает некоторую добавочную скорость и начинает перемещаться в направлении поля или в противоположном в зависимости от знака заряда. При этом заряженная

частица газа приобретает дополнительную энергию:

, (3.26)

достаточную для ионизации молекул газа. W W_И (W_И - энергия ионизации, e - заряд электрона, l - длина свободного пробега). В результате при столкновении порождаются новые электроны. Число электронов в газовом промежутке лавинообразно нарастает.

Интенсивность данного процесса определяется коэффициентом ударной ионизации a, равным числу ионизаций, производимых движущимся электроном на единицу длины пути в направлении поля.

При лавинно-стриммерном механизме на развитие пробоя существенно влияет совместное действие поля пространственного заряда лавины и фотоионизация в объеме газа. Благодаря этим вторичным процессам электронная лавина создает повышенную концентрацию носителей заряда, которая достаточна для непосредственного преобразования ее в стример. Стример - скопление ионизованных частиц сильно превосходящее лавину по степени ионизации. После распространения стримеров (+^го и -^го) на весь промежуток происходит пробой газа.

Электрическая прочность Е_ПР газов сильно зависит от давления (рис. 3.10).

При высоких Р увеличение Е_ПР связано с уменьшением длины пробега электронов, а при малых Р - с уменьшением вероятности столкновений электронов с молекулами газа (вакуумные конденсаторы, кабели, заполненные газом под высоким давлением и другие).

Закономерность, известная как закон Паше, заключается в следующем: если длина разрядного промежутка h и давление газа Р изменяются так, что их произведение остается постоянным, то величина пробивного напряжения не меняется, т.е. V_ПР является функцией произведения Ph.

На электрическую прочность заметно влияет химический состав газа.

Рисунок 3.10 - Зависимость Е_пр от Р

В неоднородном поле (в отличии от описанных выше) закономерности, которым подчиняется пробой газов заметно отличаются. Неоднородное поле возникает между двумя остриями, острием и плоскостью, между проводами ЛЭП и т.д.

Особенностью пробоя газа в неоднородном поле является возникновение частичного разряда в виде короны в местах, где напряженность поля достигает критических значений, с дальнейшим переходом в искровой разряд и дугу при возрастании напряжения.

Разряд в воздухе у поверхности твердого диэлектрика - поверхностный разряд (перекрытие) - возникает обычно при более низких напряжениях, чем в том случае, когда между электродами имеется только воздух. На разрядное напряжение влияют форма электрического поля, обусловленная конфигурацией электродов и диэлектрика, частота поля, состояние поверхности диэлектрика, давление воздуха.

Относительная влажность сильно влияет на разрядные напряжения изоляторов при низкой частоте и постоянном напряжении и мало сказывается при радиочастотах. При частоте 50 Гц повышение относительной влажности воздуха с 60 до 80-90 %, например, сжимает почти вдвое разрядные напряжения керамических изоляторов бочоночного типа.