Пробой газов

Напряжение, при котором происходит электрический пробой промежутка называется электрической прочностью промежутка. Пробой воздуха, как и других газов, происходит вследствие развития процесса ударной ионизации. Рис.9.1. Зависимость тока в газе от напряжения. Следовательно, и пробивное напряжение изоляции в несколько раз больше номинального (рабочего) напряжения установки.


7,5·10−6. Это 327 вольт в воздухе при атмосферном давлении и расстоянии между электродами 7,5 микрометров. Состав газа влияет и на минимальное значение напряжения пробоя, и на расстояние между электродами, при котором этот пробой может случиться. В случае сильных электрических полей физические процессы в воздухе происходят при нормальном атмосферном давлении.

Пробивная напряженность воздуха в нормальных условиях невелика по сравнению с большинством жидких и твердых диэлектриков. Чем больше напряжение, приложенное к газовому промежутку, тем быстрее развивается пробой. На рис. 3.5 представлена зависимость пробивного (начального) напряжения от произведения давления газа на расстоянии между электродами при неизменной температуре. При высоком вакууме пробой можно объяснить явлением «вырывания» электронов из поверхности электрода (холодная эмиссия).

Большую электрическую прочность вакуума используют в технике при конструировании высокочастотных вакуумных конденсаторов, предназначенных для повышенных напряжений. Пробивное напряжение газа в однородном поле меняется в зависимости от частоты, особенно при радиочастотах.

Уменьшение пробивного напряжения с ростом частоты объясняется искажением поля, обусловленным образованием объемных зарядов в газе вследствие различной подвижности положительных ионов и электронов. Накопление объемного положительного заряда увеличивает напряженность электрического поля, что облегчает дальнейшую ионизацию и снижает напряжение пробоя.

Пробой газа в неоднородном и однородном полях заметно различается. Поэтому дальнейшая ионизация газа возможна лишь при более высоком напряжении на электродах. Риск получения электротравмы в результате пробоя воздушного промежутка.

При нормальных условиях, для создания пробоя потребуется приложить порядка 3-4 кВ на каждый миллиметр расстояния. Равномерное электрическое поле поддерживается между поверхностью землю и проводами ВЛ и/или оборудованием ПС при обычных условиях эксплуатации.

Технические приемы защиты от пробоя изоляции воздуха сводятся к применению быстродействующих защит оборудования и поднятию на большую высоту токоведущих высоковольтных частей. Однако, они не способны гарантированно исключить вероятность травм людей от действия пробоя промежутка воздуха. Напряженность электрического поля в диэлектрике увеличивается также при уменьшении расстояния между проводниками.

По той же причине опасность возникновения пробоя увеличивается при образовании в изоляции воздушных пузырей. Напряженность электрического поля в воздушной прослойке в этом случае больше, чем в первом, без стекла. При повышении напряжения, приложенного к диэлектрику, может наступить пробой — потеря диэлектриком его электроизоляционных свойств с образованием токопроводящего канала высокой проводимости.

Пробивное напряжение зависит не только от изоляционного материала, но и от конфигурации проводников, между которыми проложена изоляция. Через токопроводящий канал, при пробое происходит концентрированный электрический разряд с образованием дуги и частичным сгоранием материала диэлектрика. Процесс и развитие пробоя в газообразных, жидких и твердых диэлектриках имеют свои особенности.

Пробой твердых диэлектриков может происходить по различным физическим причинам. Вследствие неоднородности электрического поля и структуры диэлектрика разрушение может произойти не по всей поверхности, а в одной или нескольких точках. Причиной электрического пробоя твердых диэлектриков является ударная ионизация молекул.

Моя профессия электрик

Это явление называется перекрытием изоляции, или поверхностным разрядом (см. рис. 354, а). Обычно перекрытие наступает при значительно меньшей напряженности, чем пробой. Напряжение, при котором наступает перекрытие, в значительной степени зависит от расстояния между токоведущими частями и состояния поверхности Диэлектрика (влажность, загрязненность, шероховатость).

Изоляция электрического оборудования, установленного на э.п.с. и тепловозах, работает в особо тяжелых условиях. В зимнее время изоляция электрических машин и аппаратов часто увлажняется, особенно при постановке холодного локомотива в теплое помещение. В электрических кабелях, наоборот, большая емкость во многих случаях является нежелательной и изоляция их должна иметь возможно меньшую диэлектрическую проницаемость.

При повышении напряженности электрического поля в любом диэлектрике, после достижения определенного уровня возникает новое физическое явление — электрический пробой промежутка. Электрический пробой- образование под действием высокого напряженияэлектропроводного плазменного канала в диэлектрике между электродами изоляционного промежутка.

Появление дуги происходит довольно нерегулярно и на протяжении достаточно большого диапазона, а не при минимальном расстоянии между электродами. Воздух является изоляционной средой для различной электронной аппаратуры. Однако в радиоэлектронике приходится иметь дело с пробоем при значительном разрежении и повышенном давлении.

Кроме того электроны по сравнению с ионами обладают в 100 — 1000 раз большей подвижностью. Поэтому за одинаковый промежуток времени они пройдут в 100-1000 раз большее расстояние и, соответственно, произведут большее число актов ионизации. В ряде случаев электрон, разогнанный полем, может не ионизировать молекулу, а привести ее в «возбужденное состояние» – вызвать изменение в движении электронов, связанных с молекулой.

Напряжение Uпр, при котором наступает пробой, называется пробивным

При поглощении фотона, обладающего большой энергией, другой молекулой возможна ее ионизация. На этом рисунке лавины условно показаны в виде заштрихованных конусов, а линиями изображены пути фотонов. Выбитые электроны, разгоняемые полем, ионизируют встречаемые ими частицы газа. Так лавинообразно нарастает число электронов, движущихся к аноду, и число положительных ионов, направляющихся к катоду.

Это напряжение называется испытательным, и при его приложении не должен наступать пробой изоляции. Такая напряженность превышает электрическую прочность воздуха (32 кВ/см), и есть опасность возникновения пробоя.