Теоретичні положення. Як ізоляція між проводами й опорами повітряних ліній електропередачі, зовнішньої ізоляції трансформаторів і електричних апаратів широко використовуються

Як ізоляція між проводами й опорами повітряних ліній електропередачі, зовнішньої ізоляції трансформаторів і електричних апаратів широко використовуються повітряні проміжки. Знання основних закономірностей виникнення електричних розрядів у повітрі, врахування впливу різних факторів на електричну міцність повітряних проміжків є необхідними при проектуванні та експлуатації високовольтного устаткування і високовольтних конструкцій.

Явище електричного пробою в газах пояснюється на основі фізичних уявлень про утворення і розвиток електронної лавини у процесі іонізації атомів або молекул газу електронами в електричному полі. Інтенсивність процесу іонізації характеризується коефіцієнтом ударної іонізації α, що визначається як кількість іонізацій, які чинить один електрон на шляху в 1 см уздовж силових ліній електричного поля.

У повітрі, як і в інших електронегативних газах, основним процесом, що перешкоджає розвитку ударної іонізації, є прилипання електронів до нейтральних часток з утворенням негативних іонів. Характеристикою цього процесу є коефіцієнт прилипання , що залежить від співвідношення Е/р (напруженості електричного поля до тиску в газі)і виду газу й отримується з експериментальних даних.

Розвиток ударної іонізації в електронегативних газах з урахуванням процесів втрат електронів описується за допомогою ефективного коефіцієнта ударної іонізації:

α_еф=α – η. (1.1)

Для виникнення електричного розряду в газі необхідно, щоб у міжелектродному проміжку з'явився хоча б один електрон у результаті дії природних іонізаторів. У цьому випадку в сильних електричних полях зіткнення електрона з нейтральною часткою викликає ударну іонізацію – утворяться два вільних електрони, кожний з яких робить нові акти іонізації, тобто виникає лавина електронів. Кількість електронів у лавині.

, (1.2)

де – кількість початкових електронів;

– шлях, пройдений лавиною вздовж силових ліній електричного поля.

Виникнення електронної лавини супроводжується утворенням позитивних іонів і фотонів, які, взаємодіючи з поверхнею катода, викликають появу вторинних електронів, що емітуються катодом. Такий розряд підтримуватиметься самостійно без участі зовнішніх іонізаторів, якщо позитивні іони і лавина, що розвиваються в міжелектродному проміжку, своїм випромінюванням викликатимуть появу не менш одного нового електрона, що, у свою чергу, створюватиме нову лавину з більшою кількістю електронів.

При підвищеному тиску газу розряд розвивається у виді канала-стримера. Напруга, при якій у міжелектродному проміжку виконується умова самостійності розряду, називається початковою . У неоднорідних електричних полях повному електричному пробою проміжку передує виникнення корони – одного з видів самостійного розряду. Тому в неоднорідних полях початкова напруга відповідає напрузі виникнення корони, а в однорідних – електричному пробою.

Початкові і пробивні напруги (амплітудні значення) для двох однакових електродів найпростіших геометричних форм можна визначити з емпіричних виразів.

Для плоских електродів:

, (1.3)

де –відносна щільність повітря;

р₀,, Т₀ – відповідно тиск і температура повітря при нормальних умовах (р₀ = 101300 Па, Т₀ = 293 К);

р, Т– відповідно тиск і температура повітря в умовах експерименту;

d – відстань між електродами, см.

При електродах за формою сфера – сфера:

, (1.4)

де – геометричний фактор;

– радіус сфери.

При симетрично включеній напрузі

. (1.5)

Якщо одна зі сфер заземлена, величина f визначається з табл.1.1.