Файл: Техника высоких напряжений учеб. пособие.pdf

На рисунке: Ci = Ejd— удельная емкость поверхности твердого ди­ электрика относительно нижнего электрода Эг\ C2=ke2— эквивалент­ ная (с учетом влияния других элементов) взаимная удельная емкость соседних поверхностей твердого диэлектрика (единичной площади) относительно друг друга; сі— толщина диэлектрика; Pi = рvd — со­ противление столба диэлектрика высотой d с единичной площадьюповерхности; р3 = ps — удельное поверхностное сопротивление диэлек­ трика Іе,, е2, рѵ— диэлектрические проницаемости твердого диэлек­ трика и среды (газообразный или жидкий диэлектрик) и удельное объ­ емное сопротивление диэлектрика].

Если к электродам приложено напряжение Ü, то зависимость на­

пряжения Üx=f(x) рассматриваемой цепной схемы может быть пред­ ставлена в виде

Коронный разряд возникает при достижении на поверхности электрода начальной напряжености короны Ен. Поэтому начальное напряжение короны

к большим величинам р2 (р2 > ІО12 ом), можно пренебречь величиной 1/р2 по сравнению с соС2. Кроме того, для всех технических диэлект­ риков 1/р2-^SCÜCJ. При этом параметр у оказывается вещественным и равным

У — \/Ге1/ke3d.

При р2< 1012 ом можно пренебречь величиной соС2. Тогда

У= V ІРІ(£>С1= (1 — /) V P tw e ^ d .

Далее, при уг1> 10 величина th уі fa 1. Поэтому, переходя в фор­

Формулы аналогичной структуры справедливы и для начального напряжения скользящего разряда в рассматриваемой системе элек­

56

тродов, несколько превосходящего начальное напряжение короны. Экспериментальные исследования подтверждают это соотношение; оно соответствует также изложенному выше качественному анализу явления.

В системе электродов (см. рис. 2.25, 6) соотношение (2.29) окажется справедливым, если вместо толщины сі твердого диэлектрика подста­ вить удвоенную величину, так как в этом случае напряжение распре­ деляется равномерно по двум промежуткам: Э1— Э3 и Э2—■Э3.

Появление скользящего разряда на изоляционной конструкции при рабочем напряжении недопустимо, особенно для органических диэлектриков, вследствие неблагоприятного воздействия на них по­ вышенной температуры, коротковолнового излучения, а также хими­ чески активных продуктов разряда, образующихся в результате иони­ зационных процессов (в воздухе—■озона, окислов азота), что приво­ дит к ускоренному старению и разрушению диэлектриков.

§ 2.12. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ДУГА

Электрической дугой заканчивается развитие пробоя в диэлектрике при достаточной мощности и токе источника напряжения. Характер­ ными особенностями дугового разряда являются большая плотность тока, малое катодное падение напряжения (5-f-20 в), высокая темпе­

жающего пространства. Для достаточно длинной дуги, когда можно не учитывать теплоотвода с электродов, условие теплового баланса на единицу длины стационарной дуги может быть записано в виде

При увеличении подводимой мощности ЕІ, например при увеличе­ нии тока в дуге, увеличиваются температура ствола и диаметр дуги, что приводит к увеличению рассеиваемой энергии. При увеличении температуры ствола дуги увеличивается концентрация заряженных частиц согласно уравнению Саха (1.18). Увеличение концентрации за­ ряженных частиц при увеличении диаметра дуги приводит к уменьше­ нию падения напряжения на дуге и соответственно напряженности поля в стволе дуги. Поэтому дуга имеет падающую вольтамперную характеристику: увеличение тока приводит к уменьшению падения на-

57

пряжения на дуге. Для стационарной дуги зависимость между током и напряженностью поля может быть выражена формулой

диапазоне изменения тока. Например, при / д»0,1 а, пты0,6-р0,7, при 10 а, /і=0,5, при токе более 10 а, п—0,35-^0,25.

При быстром изменении тока в дуге соотношение между Ел и I,л может отличаться от имеющего место в стационарном режиме. Вслед­

Предельная длина дуги при заданном напряжении U и сопро­ тивлении 2 источника может быть найдена из следующих соображений.

где 1K,3= U / R —ток при металлическом замыкании.

58

Таким образом, при заданном токе п сопротивлении может су­ ществовать дуга лишь определенной длины. При большей длине нарушается баланс подводимой к дуге и рассеиваемой ею энергии, что приводит к остыванию канала и погасанию дуги при одном из переходов тока через нуль. При увеличении тока согласно (2.34) длина дуги устойчивого горения /л сначала увеличивается (вслед­ ствие увеличения множителя /"), а затем уменьшается (вследствие уменьшения множителя в скобках). Дуга не может существовать вообще -как при / = О (/д = 0), так и при / = / к з (/д= 0) из-за умень­ шения до нуля напряжения на дуге. В связи с таким характером зависимости la = f{I) интересно выяснить значение тока / экс, при котором длина дуги максимальна, и оценить максимальную длину

дуги.

Беря производную длины дуги по-току согласно (2.33) и при­ равнивая ее нулю, получаем

Сравнивая формулы (2.36) и (2.39), видим, что выражения для максимальной длины дуги при чисто активном и чисто индуктивном сопротивлениях цепи различаются только множителями с различной комбинацией показателей степени я. Например, при я = 0,5

59