Дослідження електричної міцності повітряних проміжків з електродами різної форми

Мета роботи: вивчення фізичних процесів, що відбуваються при пробої повітряного проміжку при змінному струмі; експериментальне дослідження залежності розрядних напруг повітряних проміжків від форми електродів, відстані між ними, а також впливу зовнішнього іонізатора на їх електричну міцність.

Основні теоретичні відомості.

Робота виконується на лабораторній установці №3 (рис.4.1).

Оскільки процес розвитку і формування розряду відбувається на декілька порядків швидше, ніж півперіод змінної напруги частотою 50 Гц, то величина розрядної напруги повітряних проміжків при змінній і постійній напрузі для однорідного поля практично однакова. При неоднорідному полі в міжелектродному проміжку, згідно з принципом найменшої дії, розряд відбувається (відповідно до ефекту полярності) в момент, коли на стержні ''плюс", ана площині - " мінус".

Електричні розряди, які можуть існувати тільки при наявності зовнішнього іонізатора, називають несамостійними газовими розрядами. Якщо носії струму, які потрібні для існування розряду, створюються самим розрядом у процесі його розвитку без впливу зовнішнього іонізатора, то такий газовий розряд є самостійним. Напруга, при якій виникає самостійний розряд, називається початковою напругою газового розряду.

У роботі слід визначити форму електродів, які створюють однорідне

Рис.4.1 - Схема лабораторної установки №3

при (К_н≤ 4), або різко неоднорідне при (К_н> 4) поля.

К_н=Е_max/Е_ср, (4.1)

де К_н - коефіцієнт неоднорідності електричного поля; Е_max, Е_ср - максимальне й середнє значення напруженості електричного поля у повітряному проміжку.

В однорідному полі залежність величини розрядних напруг від довжини проміжку L, тиску р та температури Т може бути отримана із умови існування самостійною розряду у вигляді

(4.2)

де α - число іонізаційних зіткнень; γ - коефіцієнт вторинної іонізації.

Якщо визначити α у вигляді і врахувати, що в однорідному полі Е=U/L, то для величини розрядної напруги отримаємо формулу:

(4.3)

де А, В, -коефіцієнти, що визначаються властивостями газу; δ - густина газу: ; р - тиск газу в кПа.

Формула (4.3) є аналітичним виразом закону Пашена, знайденого експериментально. Закон Пашена наголошує: при незмінній температурі розрядна напруга газу в проміжку з однорідним полем є функцією помноження величини тиску р на відстань між електродами L. Якщо в n раз збільшити відстань між електродами L і в стільки ж разів зменшити тиск газу p, то розрядна напруга залишиться незмінною.

Якщо провести апроксимацію виразу (4.3), можна отримати більш зручну формулу для розрахунку величини розрядних напруг:

(4.4)

У різко неоднорідних полях при виконанні умов самостійного розряду поблизу стержневого електрода виникає корона. При цьому величина розрядної напруги може значно перевищувати початкову напругу. Оскільки аналітичне визначення величини початкової і розрядної напруги в різко неоднорідних полях досить складне, його слід встановити експериментально, аналітично проаналізувати результати й зробити відповідні висновки.