Лабы / Матвед 2

ионизации, что связано с уменьшением длины свободного пробега электрона. Это приводит к росту Епр . При понижении плотности Епр поначалу уменьшается, но при

достижении высокой степени разряжения вновь начинает возрастать, что объясняется уменьшением числа молекул воздуха в единицах объема и снижением вероятности столкновений электронов с молекулами. Для точных расчетов можно пользоваться эмпирической формулой

Eпр = 24,5δ 1+0,28 , δ α

где δ = 0,386 TP ,

Р – давление, мм рт. ст.; Т – температура воздуха при проведении испытания, °К,

Uпр =Uпр.н δ,

где Uпр – пробивное напряжение при нормальных атмосферных условиях, кВ.

Пробой воздушного зазора в неравномерном электрическом поле протекает иначе, чем в равномерном. Здесь напряженность поля для разных точек различна, поэтому наблюдается постепенное прорастание разряда вглубь воздушного промежутка из точек, где Е имеет наибольшие значения. При этом помимо ударной ионизации имеет место фотонная ионизация, способствующая более быстрому распространению электропроводящего канала – стримера. Постепенное разрушение воздуха равносильно перемещению точек с потенциалами электродов вглубь воздушного промежутка, так как разрушенный воздух представляет собой проводник со сравнительно малым падением напряжения в нем, т. е. прорастание разряда равносильно уменьшению длины промежутка при сохранении неизменной величины приложенного напряжения.

Следовательно, при одинаковых по длине разрядных промежутках с равномерным и неравномерным полями промежуток с неравномерным полем пробивается при меньшем напряжении, чем промежуток такой же длины с равномерным полем.

В резко неравномерных полях на значение Uпр влияет также влажность воздуха. С

учетом поправки на влажность воздуха

Uпр = UКпр ,

где К = 1,2–0,2µ (µ – относительная влажность воздуха, определяемая по гигрометру).

7

На разрядное напряжение влияет способ приложения напряжения к электродам (рис. 6). При заземлении одного из электродов часть силовых линий поля замыкается на расположенные вокруг заземленные части. К емкости между электродами С12 добавляется емкость незаземленного электрода относительно земли C1з, и суммарная емкость системы возрастает. Поскольку Q =C U , то при U = const на первом электроде накапливается больший заряд, а на втором заряд распределяется более неравномерно, чем при симметричной схеме. В результате неравномерность электрического поля возрастает, а пробивное напряжение снижается.

Рис. 1. Электрическое поле между электродами с учетом влияния земли. Между разными по форме электродами образуется неравномерное и несимметричное

поле. В таком поле электрическая прочность воздуха в значительной степени зависит от полярности электродов. Наиболее ярко эффект полярности проявляется при электродах игла – плоскость (рис. 2).

Рис. 2. Схема, иллюстрирующая эффект полярности электродов

В обоих случаях ионизация начинается вблизи иглы, где напряженность электрического поля максимальная. При положительной игле объемный положительный заряд уменьшает поле вблизи стержня и несколько усиливает его во внешнем пространстве. Электроны, движущиеся от отрицательно заряженной плоскости к положительной игле, будут разгоняться объемным зарядом, и ударная ионизация усилится.

8

При отрицательной игле объемный заряд усилит поле вблизи иглы, но ослабит поле в остальной части промежутка. Ударная ионизация на большей части промежутка ослабнет, так как движущиеся к положительной плоскости электроны будут тормозиться объемным зарядом. Поэтому в первом случае разрядное напряжение значительно меньше, чем во втором.

Оценка электрической прочности ЭИМ при воздействии на них импульсного напряжения производится по вольт секундным характеристикам (ВСХ). ВСХ – зависимость времени пробоя ЭИМ от воздействующего импульсного напряжения.

Расчетная формула для ВСХ:

Uпр.имп (tр ) =Uпр.min 1+ tT ,

р

Программа работы

1.Снять разрядные характеристики при переменном напряжении промышленной частоты для электродов:

а) плоскость – плоскость; б) игла – плоскость;

в) игла – заземленная плоскость; г) игла – игла; д) шар – шар.

2.Исследовать влияние полярности электродов «игла – заземленная плоскость».

3.Определить ВСХ воздушного зазора.

Указания к выполнению работы

По п. 1, 2 программы работы. Принципиальные схемы испытательных установок приведены на рабочем месте, в лаборатории. Опыты проводятся при симметричном или несимметричном включении электродов. Результаты измерений и вычислений занести в табл. 1.

9

Для расчета Uпр и Епр следует пользоваться эмпирическими соотношениями:

плоскость – плоскость: Uпр = 6,66 δ α +24,55δ α, кВ; игла – заземленная плоскость: Uпр = 6,3(2l)0,85 , l ≤ 6 см; игла – игла Uпр = 20 +5α, α ≥8 см;

Uпр =12,6α0,85 ,кВ, α ≤ 6 см;

шар – шар Uпр = Eпр αf ,

где f – коэффициент неравномерности поля

f = 0,25 αr +1+ αr +1 2 +8 ;

r – радиус сферы, см;

зависимости Uпр = f (α) и Eпр = f (α) .

Для сравнения результатов рекомендуется строить зависимости в одинаковом масштабе.

По п. 3 программы работы. Схема генератора апериодических импульсов напряжения приведена на рабочем месте в лаборатории. Объектом испытания служит искровой промежуток разрядника. От генератора (рис. 8) импульсы напряжения соответствующей крутизны, амплитуды и частоты следования подаются на испытуемый

10

образец. По осциллограммам следует фиксировать у напряжения Unp.имп и соответствующее ему разрядное время tp. Момент пробоя образца фиксируется по резкому спаду напряжения. Для статистически достоверного результата при каждом разряде следует снимать несколько точек, оценивая разброс величин Unp и tp. BCX необходимо построить по пяти-шести точкам. Данные измерений занести в табл. 2.

Рис. 3. Схема для исследования ВСХ:

ГИН – генератор импульсных напряжений; ИО – испытуемый образец; ДН – делитель напряжения; N – регистрирующий прибор (осциллограф)

Содержание отчета

1.Программа работы.

2.Принципиальные электрические схемы испытаний.

3.Таблицы измеренных и вычисленных величин.

4.Расчетные формулы.

5.Графические зависимости Uпр = f (α) , Eпр = f (α) , Uпр = f (tp ) для опытных и расчетных данных.

6.Выводы.

11