Практическая работа №2
Тема: Испытание диэлектриков на электрическую прочность.
Учебная цель: Изучить механизмы пробивной напряженности твердого диэлектрика.
Учебные задачи:совершенствовать знания в области пробивного напряжения диэлектриков в зависимости от своего физического состояния.
Перечень учебного оборудования, учебно-наглядных пособий:
1 Аппарат АМИ-60.
1 Гуляев А.П., Гуляев А.А. Материаловедение. М.: ИД Альянс, 2012
2 Адаскин А.М.Издательство Юрайт, 2012
Задание: Изучить принцип работы аппарата АМИ-60, при испытаниях
твердых диэлектрических материалов.
Краткие теоретические сведения
В зависимости от своего физического состояния диэлектрики делятся на жидкие, твердые и газообразные. К материалам, являющимися твердыми диэлектриками относятся: керамика, стекло, слюда, кварц, асбест, пластмассы, каучук, лаки и др. Отношение пробивного напряжения Uпр к толщине диэлектрика в месте пробоя d равно напряженности поля при пробое, то есть электрической
Значения пробивной напряженности Епр (при нормальных условиях и в однородном постоянном поле) некоторых диэлектриков приведены в таблице 1. Для надежной работы напряженность Е была в несколько раз меньше электрической прочности диэлектрика. Отношение k=Eпр/Е называется запасом прочности.
При неправильной эксплуатации электротехнических устройств может произойти пробой их электрической изоляции.
Характер пробоя твердых диэлектриков может быть различным. Различают электрический,тепловой и электрохимическую пробой диэлектриков.
При электрическом электроны в диэлектрике под действием сил электрического поля достигают
критической скорости, достаточной для выбивания новых электронов из нейтральных атомов и молекул, так что возникает ударная ионизация, приводящая к пробою.
При электрохимическом приводит к необратимым физико-химическим изменениям в диэлектрике, к
увеличению электрической прочности.
При тепловом пробое происходит разогрев диэлектрика в электрическом поле, в результате которого возникает термическое повреждение и разрушение, например, растрескивание и обугливание изоляции. После пробоя в твердых диэлектриках образуется канал высокой проводимости, и они вновь не восстанавливаются. У твердых диэлектриков наблюдается высокая скорость развития канала пробоя.Для испытания на пробой используют специальный аппарат типа АМИ-60 (рис.1).
Аппарат АМИ-60 имеет фарфоровый сосуд. В нем укреплены латунные электроды диаметром 25 мм на расстоянии друг от друга 2,5 мм.
Пробой диэлектрика осуществляется в пространстве между двумя электродами, расположенными в съемной ячейке. При испытании твердого диэлектрика в ячейку между электродами помещают стеклянную пластину, касающуюся только одного из электродов (толщина пластины — 1,3 мм).
При постепенном увеличении напряжения U между проводниками, разделенными диэлектриком (изоляцией), например пластинами конденсатора или проводящими жилами кабеля, увеличивается интенсивность (напряженность) электрического поля в диэлектрике. Напряженность электрического поля в диэлектрике увеличивается также при уменьшении расстояния между проводниками.
При определенной напряженности поля в диэлектрике возникает пробой, образуется искра или дуга и в цепи появляется электрический ток. Напряженность электрического поля, при которой происходит пробой изоляции, называется электрической прочностью Eпр изоляции.
Электрическая прочность изоляции определяется как напряжение, приходящееся на 1 мм толщины изоляции, и измеряется в В/мм (кВ/мм) или кВ/см. Например, электрическая прочность воздуха между гладкими пластинами равна 32 кВ/см.
Напряженность электрического поля в диэлектрике для случая, когда проводники имеют форму пластин или лент, разделенных равномерным промежутком (например, в бумажном конденсаторе), рассчитывается по формуле
где U – напряжение между проводниками, В (кВ); d – толщина слоя диэлектрика, мм (см).
Примеры
1. Какова напряженность электрического поля в воздушном зазоре толщиной 3 см между пластинами, если напряжение между ними U=100 кВ (рис. 1)?
Напряженность электрического поля равна: E=U/d=100000/3=33333 В/см.
Такая напряженность превышает электрическую прочность воздуха (32 кВ/см), и есть опасность возникновения пробоя.
Опасность пробоя при неизменном напряжении можно предотвратить увеличением зазора, например, до 5 см или применением другой более прочной изоляции вместо воздуха, например электрокартона (рис. 2).
Электрокартон имеет диэлектрическую проницаемость ε=2 и электрическую прочность 80000 В/см. В нашем случае напряженность электрического поля в изоляции равна 33333 В. Эту напряженность воздух не выдерживает, в то время как электрокартон в этом случае имеет запас по электрической прочности 80000/33333=2,4, так как электрическая прочность электрокартона в 80000/32000=2,5 раза больше, чем воздуха.
2. Какова напряженность электрического поля в диэлектрике конденсатора толщиной 3 мм, если конденсатор включен на напряжение U=6 кВ?
3. Диэлектрик толщиной 2 мм пробило при напряжении 30 кВ. Какова была его электрическая прочность?
E=U/d=30000/0,2=150000 В/см =150 кВ/см. Такой электрической прочностью обладает стекло.
4. Зазор между пластинами конденсатора заполнен слоями электрокартона и слоем слюды одинаковой толщины (рис. 3). Напряжение между пластинами конденсатора U=10000 В. Электрокартон имеет диэлектрическую проницаемость ε1=2, а слюда ε2=8. Как распределится напряжение U между слоями изоляции и какую напряженность будет иметь электрическое поле в отдельных слоях?
Напряжения U1 и U2 на одинаковых по толщине слоях диэлектриков не будут равны. Напряжение конденсатора разделится на напряжения U1 и U2, которые будут обратно пропорциональны диэлектрическим проницаемостям:
U1/U2 =ε2/ε1 =8/2=4/1=4;
Так как U=U1+U2, то имеем два уравнения с двумя неизвестными.
Первое уравнение подставим во второе: U=4∙U2+U2=5∙U2.
Отсюда 10000 В =5∙U2; U2=2000 В; U1=4∙U2=8000 В.
Хотя слои диэлектриков имеют одинаковую толщину, нагружены они неодинаково. Диэлектрик с большей диэлектрической проницаемостью менее нагружен (U2=2000 В), и наоборот (U1=8000 В).
Напряженность электрического поля E в слоях диэлектриков равна:
E1=U1/d1 =8000/0,2=40000 В/см;
E2=U2/d2 =2000/0,2=10000 В/см.
Неодинаковость диэлектрической проницаемости приводит к увеличению напряженности электрического поля. Если бы весь зазор был заполнен только одним диэлектриком, например слюдой или электрокартоном, напряженность электрического поля была бы меньше, так как она была бы распределена по всему зазору совершенно равномерно:
E=U/d=(U1+U2)/(d1+d2 )=10000/0,4=25000 В/см.
Поэтому необходимо избегать применения сложной изоляции с сильно различающимися диэлектрическими проницаемостями. По той же причине опасность возникновения пробоя увеличивается при образовании в изоляции воздушных пузырей.
5. Определить напряженность электрического поля в диэлектрике конденсатора из предыдущего примера, если толщина слоев диэлектриков неодинакова. Электрокартон имеет толщину d1=0,2 мм, а слюда d2=3,8 мм (рис. 4).
Напряженность электрического поля распределится обратно пропорционально диэлектрическим проницаемостям:
Так как E1=U1/d1 =U1/0,2, а E2=U2/d2 =U2/3,8, то E1/E2 =(U1/0,2)/(U2/3,8)=(U1∙3,8)/(0,2∙U2 )=19∙U1/U2.
Отсюда E1/E2 =4=19∙U1/U2, или U1/U2 =4/19.
Сумма напряжений U1 и U2 на слоях диэлектриков равна напряжению источника U: U=U1+U2; 10000=U1+U2.
Так как U1=4/19∙U2, то 10000=4/10∙U2+U2=23/19∙U2; U2=190000/23=8260 В; U1=U-U2=1740 В.
Напряженность электрического поля в слюде E2∙8260/3,8≈2174 В/см.
Слюда обладает электрической прочностью 80000 В/мм и выдержит такую напряженность.
Напряженность электрического поля в электрокартоне E1=1740/0,2=8700 В/мм.
Электрокартон не выдержит такой напряженности, так как его электрическая прочность равна всего 8000 В/мм.
6. К двум металлическим пластинам, находящимся друг от друга на расстоянии 2 см, подключено напряжение 60000 В. Определить напряженность электрического поля в воздушном зазоре, а также напряженность электрического поля в воздухе и стекле, если в зазор введена стеклянная пластина толщиной 1 см (рис. 5).
Если между пластинами находится только воздух, напряженность электрического поля в нем равна: E=U/d=60000/2=30000 В/см.
Напряженность поля близка к электрической прочности воздуха. Если в зазор ввести стеклянную пластину толщиной 1 см (диэлектрическая проницаемость стекла ε2=7), то E1=U1/d1 =U1/1=U1; E2=U2/d2 =U2/1=U2; E1/E2 =ε2/ε1 =7/1=U1/U2 ;
U1=7∙U2; U1=60000-U2; 8∙U2=60000; U2=7500 В; E2=U2/d2 =7500 В/см.
Напряженность электрического поля в стекле E2=7,5 кВ/см, а его электрическая прочность 150 кВ/см.
В этом случае стекло имеет 20-кратный запас прочности.
Для воздушной прослойки имеем: U1=60000-7500=52500 В; E1=U1/d1 =52500 В/см.
Напряженность электрического поля в воздушной прослойке в этом случае больше, чем в первом, без стекла. После внесения стекла вся комбинация имеет меньшую прочность, чем один воздух.
Опасность пробоя возникает и тогда, когда толщина стеклянной пластины равна зазору между проводящими пластинами, т. е. 2 см, так как в зазоре неизбежно останутся тонкие промежутки воздуха, которые будут пробиты.
Электрическую прочность промежутка между проводниками, находящимися под высоким напряжением, следует усиливать материалами, имеющими малую диэлектрическую проницаемость и большую электрическую прочность, например, электрокартоном с ε=2. Следует избегать комбинаций из материалов с большой диэлектрической проницаемостью (стекло, фарфор) и воздуха, который следует заменять маслом.
Опыты с данным диэлектриком проводить только в присутствии преподавателя!
Для определения среднего значения электрической прочности необходимо провести не менее пяти опытов.
Порядок выполнения работы.
1 При всех операциях и испытаниях должно присутствовать не менее двух человек. Для высоковольтных испытаний необходимо иметь специальное помещение (камеру), ограниченную постоянным сетчатым ограждением с запирающимися дверями. На участок высоковольтных испытаний допускают лишь лиц, имеющих на это специальное разрешение. Пол должен быть покрыт
электроизоляционным материалом или резиновыми ковриками (дорожками). Все испытания можно проводить только в резиновых перчатках и галошах. На распределительном сигнальные приборы, оповещающие о нахождении установки под напряжением.
Такой же световой сигнал (красный) должен быть установлен над дверью камеры.
2 Напряжение, приложенное к электродам, индицируется с помощью киловольтметра.
3 Измерение пробивного напряжения производится в следующем порядке:
а) Открыть крышку и осторожно установить в аппарат сосуд с твердым диэлектриком. При этом: смену ячеек в процессе работы производить только при отключенном питании аппарата!
б) Закрыть крышку (при неплотно закрытой крышке защита не позволит произвести подачу высокого напряжения).
в) Включить кнопку питания аппарата, при этом должен загореться индикатор.
г) Подать напряжение.
е) Следя за показаниями прибора, медленно увеличивать напряжение с помощью регулятора напряжения до пробоя диэлектрика, сопровождающегося характерным треском и выключением аппарата.
ж) Зафиксировать значение подводимого высокого напряжения в момент пробоя диэлектрика, после чего регулятор напряжения установить в нулевое положение.
з) После пробоя диэлектрика выждать не менее 3 мин.
е) Провести не менее пяти измерений пробивного напряжения.
ё) Если для диэлектрика проведено пяти измерений, следует выключить питание аппарата и сменить ячейку.
3 Произвести расчет электрической прочности диэлектрика и сравнить со справочным.
1.Описание конструкции аппарата АМИ-60 и принцип испытания твердых диэлектриков.
2. Выводы в соответствии с поставленной целью.
Контрольные вопросы.
1 Как распределяются напряженности поля в двухслойном диэлектрике?
2 При каких условиях возникают частичные разряды в твёдом диэлектрике?
3 Что происходит при электрохимическом пробое?
4 Что такое «тепловой пробой»?
5.Как определяется электрическая прочность изоляции?
Источник
Лабораторная работа 1 Исследование электрической прочности диэлектриков. Лабораторная работа 1 электротехнические материал. Исследование электрической прочности диэлектриков
| Название | Исследование электрической прочности диэлектриков |
| Анкор | Лабораторная работа 1 Исследование электрической прочности диэлектриков |
| Дата | 22.01.2021 |
| Размер | 214.5 Kb. |
| Формат файла |  |
| Имя файла | Лабораторная работа 1 электротехнические материал.doc |
| Тип | Исследование #170532 |
| Подборка по базе: Правоведение лабораторная.docx, Маркетинговое исследование рынка зеркальных фотоаппаратов.docx, Технико-экономический исследование предприятия — StudentLib.com., Ямалеева Руфина Лабораторная.pdf, ЛР4 Исследование однофазного мостового выпрямителя с корректором, Python ч1 Лабораторная работа №1. Линейные алгоритмы, математиче, Гражданское право Лабораторная работа.docx, №13 лабораторная работа.docx, лабор раб Исследование запыленности воздушной среды.pdf, Исправление Лабораторная работа №1 Водородный показатель Шатерни федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова» Кафедра электроэнергетики и электротехники Проверила: Калиничева О.А., к.т.н., доцент Лабораторная работа № 1 ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ ДИЭЛЕКТРИКОВЦель работы – ознакомление с основными представлениями о пробое и с методикой экспериментального определения электрической прочности газообразных, жидких и твёрдых диэлектриков. Рисунок — Принципиальная схема установки АИМ Таблица 1 — Результаты исследования электрических разрядов в воздухе. (указать материал)
Таблица 2 — Результаты исследования электрической прочности жидких диэлектриков. Жидкий диэлектрик: __Трансформаторное масло_________d = __2,56___ мм (указать материал)
Таблица 3 — Результаты исследования электрической прочности твёрдых диэлектриков. Твёрдый диэлектрик: ______Фторопласт 4 ______________d = __2,37___ мм
Рисунок 1 — График исследования электрических разрядов в воздухе при изменении температуры воздуха Рисунок 2 — График исследования электрических разрядов в воздухе при изменении давления Рисунок 3 — График исследования электрической прочности жидких диэлектриков. Рисунок 4 — График исследования электрической прочности твёрдого диэлектрика. Исходя из полученных данных можно сказать, что электрическая прочность воздуха при увеличении температуры понижается, при повышении давления электрическая прочность воздуха повышается, электрическая прочность трансформаторного масла при увеличении температуры уменьшается, электрическая прочность фторопласта 4 при повышении температуры уменьшается. ОТВЕТЫ НА ВОПРОСЫ 1 Цель и метод испытания диэлектриков на электрическую прочность. Влияние скорости подъема напряжения Целью испытания диэлектриков является выяснить какое напряжение выдержит то или иное диэлектрическое изделие. Напряжение, приложенное к электрической изоляции изделия, должно быть значительно ниже той величины, при которой наступает электрический пробой. Минимальное напряжение, при котором происходит пробой, называется пробивным напряжением Unp. Основной же характеристикой материала служит пробивная напряжённость (или электрическая прочность) Епр. Испытывают диэлектрики аппарат типа АИМ–80 (Рисунок 5) предназначен для испытания диэлектриков на электрическую прочность повышенным напряжением переменного тока частотой 50 Гц. Подъём испытательного напряжения на электродах производится автоматически с помощью электропривода с постоянной скоростью подъёма напряжения (3 кВ/с) до пробивного напряжения. Рисунок 5 — Схема АИМ-80 Если щётка вариатора AT находится в нулевом положении (контакты QS3 замкнуты), дверца, открывающая доступ к испытательному сосуду, закрыта (контакты дверной блокировки QS1 и QS2 замкнуты) и тумблер– выключатель S2 находится в положении «включено», то при нажатии кнопки SB1 срабатывает контактор KM – электродвигатель M начинает перемещать щётку вариатора AT. При этом на выводах вторичной обмотки трансформатора и электродах испытательного сосуда UA начинается равномерно повышаться напряжение. Величина испытательного напряжения контролируется прибором PV.В момент пробоя диэлектрика срабатывает максимальное реле тока КА, контактор КМ обесточивает трансформатор TI и отключает электродвигатель М при этом стрелки измерительного прибора фиксируются. Для возврата щетки вариатора АТ и стрелка измерительного прибора PV в нулевое положение необходимо нажать кнопку SB2 после чего осуществляется реверс электродвигателя М. Если тумблер s3 находится в положении «Авто», то установка нулевого положения щетки вариатора происходит автоматически после срабатывания реле максимального тока КА. При возвращении щетки вариатора и стрелки прибора в нулевое положение срабатывает блокировка вариатора QS3, отключается электродвигатель и загорается сигнальная лампа HLY (жёлтая), которая укажет на готовность схемы аппарата к повторному включению высокого напряжения. Сигнальная лампа HLG (зелёная) указывает на включение сети, лампа HLR (красная) – на включении высокого напряжения. Сигнальная лампа HLG (зелёная) указывает на включение сети, лампа HLR (красная) – на включении высокого напряжения. Существенное влияние на результаты пробоя при наличии краевых разрядов оказывает также скорость подъема напряжения . При небольшой скорости подъема напряжения, ниже чем 1 кВ в секунду примерно, возможно возникновение электротеплового пробоя. При таком пробое пробивное напряжение и прочность получаются ниже чем при большей скорости подъема напряжения, когда наблюдается только электрический пробой. 2. При высокой скорости подъема напряжения, свыше 10 кВ/мкс, существенное влияние на величину пробивного напряжения оказывает скорость развития процессов ионизации. С увеличением скорости нарастания напряжения пробивное напряжение увеличивается. Это описывается Вольт-секундной характеристикой (ВСХ). 2. Влияние полярности электродов системы игла–плоскость на пробой газообразного диэлектрика. Тело лавины электронов состоит из положительных ионов, подвижность которых намного меньше электронов, так как их масса примерно на 3 порядка больше электронов. Поэтому при движении лавины образуется «облако» положительного объемного заряда, расположенного вблизи стержня. Если полярность стержня положительная, то положительный объемный заряд, суммируясь с внешним электрическим полем источника питания, увеличивает результирующую напряженность поля вблизи стержня и приближает этот максимум к противоположному электроду и, как следствие, уменьшается пробивное напряжение промежутка стержень – плоскость. При отрицательной полярности стержня объемный заряд вычитается из внешнего поля. Результирующая напряженность уменьшается, а пробивное напряжение промежутка растет. Таким образом, пробивное напряжение газового промежутка при положительном стержне меньше, чем при отрицательном примерно в 2,5 раза. 3. Влияние частоты электрического поля на пробой газа. Взаимодействие ионов, ускоренных электрическим полем, с молекулами газа приводит к образованию дополнительного количества положительных ионов и электронов. Внешнее электрическое поле разносит ионы и электроны в разные стороны. Однако по мере движения ионы рекомбинируют с электронами. Таким образом, одновременно развиваются два процесса: а) размножение заряженных частиц за счет ионизации молекул и б) уменьшение количества заряженных частиц за счет их взаимной рекомбинации. В случае постоянного электрического поля концентрация заряженных частиц в межэлектродном пространстве зависит только от напряженности поля. При увеличении напряженности поля происходит преобладание процесса ионизации над процессом рекомбинации и при определенной напряженности поля происходит пробой. Процессы изменения концентрации ионов, происходящие в низкочастотных полях, аналогичны процессам в постоянном поле. Однако в высокочастотных полях концентрация заряженных частиц меняется. При достаточно высоких частотах подвижные электроны успевают сместиться на большие расстояния и достигают электродов. Малоподвижные положительные ионы с большой массой за время полу периода колебаний не успевают сместиться на сколь либо значительные расстояния и концентрация положительных ионов в межэлектродном пространстве растет. Появляется так называемый «объемный заряд». Поэтому, начиная с частот, превышающих десятки килогерц вероятность столкновения ионов с молекулами возрастает и электропрочность газов снижается. Дальнейший рост частоты электрического поля (или уменьшение его полу периода) приводит к тому, что за время полу периода не только положительные ионы не успевают сместиться на сколь либо значительные расстояния, но и электроны не успевают вылететь из межэлектродного пространства. Вероятность рекомбинации заряженных частиц растет и их концентрация падает. Кроме того, снижение времени полу периода требует увеличения силы, действующей на ионы, чтобы кинетической энергии хватило для ионизации молекул. Поэтому при частотах, превышающих мегагерц, электропрочность газов возрастает . 4. Изменение электрической прочности газа в функции давления При повышении давления выше атмосферного электропрочность газа растет. Это связано с уменьшением межмолекулярных расстоянием и снижением длины свободного пробега ионов. При снижении давления электрическая прочность газа уменьшается и даже под действием поля малой напряженности газ начинает светиться. Для случая воздуха, чем ниже давление, тем меньше длина волны испускаемого света, то есть по мере уменьшения давления цвет свечения меняется с красного до синего. При низких давлениях (менее 10 -4 торр.) воздух перестает светиться — «черный вакуум». Изменения длины светового излучения связано с тем, что по мере снижения давления длина пробега ионов возрастает и ионы набирают большую кинетическую энергию. Соответственно возбужденные столкновениями с ионами электроны атомов испускают кванты большей энергии или меньшей длины. При разряжении, соответствующем «черному вакууму» концентрация молекул в межэлектродном пространстве насколько мала, что длина пробега ионов сравнивается с межэлектродным промежутком. Поэтому вероятность ионизации молекул становится ничтожно малой и пробой наступает за счет вырывания электронов из электродов 5. Механизм пробоя газов. Процесс образования стримера. Механизм пробоя газообразных диэлектриков. Даже при нормальных условиях в газах всегда содержится некоторое количество свободных заряженных частиц (электронов и ионов). Они постоянно возникают за счет фотоионизации молекул под действием солнечного, космического и радиоактивного излучений. Предположим, что в какой-либо точке поля возник такой свободный электрон. Если напряженность поля между электродами достаточно велика, то свободный электрон, разгоняясь, приобретает кинетическую энергию, достаточную для ударной ионизации. При столкновении с молекулой он выбивает из нее положительный ион и еще один свободный электрон. Разгоняясь в электрическом поле, каждый из этих электронов в свою очередь ионизирует по молекуле, что приводит к образованию уже четырех свободных электронов. В процессе развития лавины непрерывно увеличивается число электронов и положительных ионов. С увеличением числа электронов в головке лавины возрастает напряженность на фронте лавины На хвосте лавины напряженность понижена. Электроны в головке лавины останавливаются и могут рекомбинировать с ионами. При рекомбинации излучаются фотоны, которые способны вблизи хвоста первичной лавины ионизировать нейтральные молекулы, образуя вторичные лавины. Вторичные лавины, следуя по силовым линиям и имея на головке избыточный отрицательный заряд (электроны), втягиваются в область положительного объемного заряда, оставленного первичной лавиной. Электроны вторичных лавин смешиваются с положительными ионами первичной лавины и образуют стример – область с наибольшей плотностью тока, которая, разогреваясь, начинает светиться, а наибольшая концентрация частиц (плотность тока) образуется вблизи катода. Картина образования стримера приведена на рис. 1.7. Для фотоионизации в объеме газа энергия фотонов должна быть больше энергии ионизации. Этот процесс успешно осуществляется в смесях газов, содержащих компоненты с относительно низкой энергией ионизации (в том числе и в воздухе). Бомбардировка катода положительными ионами эффективна при низких давлениях газа. Рисунок 6 — Механизм развития катодного стримера Критерием перехода лавинного разряда в стримерный является критическое число электронов в лавине. Расчеты показывают, что при числе электронов nкр ≥ 107–109 лавина переходит в стример. Для накопления такого количества электронов лавина должна пройти определенное критическое расстояние xкр. Следовательно, с увеличением расстояния между электродами (свыше xкр) лавина неизбежно перейдет в стримерную форму развития разряда. 6. Условие и сущность ударной ионизации. Понятие энергии ионизации Ионизация — процесс превращения нейтрального атома в положительный или отрицательный ион. В процессе пробоя большого промежутка в газовом диэлектрике, друг за другом следуют несколько стадий. В газовом промежутке, в результате фотоионизации молекулы газа, непосредственно из металлического электрода, или случайно, появляется свободный электрон. Появившийся в промежутке свободный электрон разгоняется электрическим полем, энергия электрона при этом растет, и в конце концов становится достаточной для ионизации нейтрального атома при соударении с ним. То есть происходит ударная ионизация. Вследствие, множества актов ударной ионизации образуется и развивается электронная лавина. Образуется стример — плазменный канал, сформированный положительными ионами, которые остались после прохождения лавины электронов, и отрицательными, которые теперь втягиваются в положительно заряженную плазму. Емкостный ток через стример вызывает термоионизацию, и стример преобразуется в лидер. При замыкании разрядного промежутка каналом разряда происходит главный разряд. Если разрядный промежуток достаточно мал, то процесс пробоя может закончиться уже на стадии лавинного пробоя или на стадии образования стримера — на стадии искры 7. Изменение электрической прочности газа в функции расстояния между электродами. Электрическую прочность газов определяют: -Расстояние между электродами; -Давление в пробиваемом газе; Сродство молекул газа к электрону, электроотрицательность газа. Связь с давлением объясняется так. С ростом давления в газе, расстояния между его молекулами уменьшаются. Электрону при разгоне необходимо на длине свободного пробега, гораздо меньшей, приобрести ту же энергию, которой хватит для ионизации атома. Данная энергия определяется скоростью электрона при соударении, а скорость развивается за счет ускорения силой, действующей на электрон со стороны электрического поля, то есть за счет его напряженности. При уменьшении расстояния между электродами электрическая прочность быстро возрастает, что объясняется трудностью формирования разряда в малом промежутке. Электроны не успевают набрать необходимую для ионизации энергию до столкновения с анодом. Форма электродовсущественно влияет на электрическую прочность газов, что объясняется в первую очередь неоднородностью электрического поля и появлением локальных перенапряжений. 8 Механизмы пробоя жидких диэлектриков. Влияние примесей на электрическую прочность жидкостей. Жидкие диэлектрики отличаются более высокими значениями электрической прочности, чем газы в нормальных условиях. Предельно чистые жидкости получить очень трудно. Постоянными примесями в жидкости являются вода, газы и мельчайшие механические частицы. Наличие примесей значительно усугубляет явление пробоя жидких диэлектриков и затрудняет выяснение механизмов пробоя. В максимально очищенных от примесей жидкостях при высоких значениях напряженности электрического поля может происходить вырывание электронов из металлических электродов и разрушение молекул самой жидкости за счет соударений с заряженными частицами, как и в случае пробоя газов. При этом повышенная электрическая прочность жидкого диэлектрика по сравнению с газообразным обусловлена значительно уменьшенной длиной свободного пробега электронов. Пробой технически чистых жидкостей объясняют частичным перегревом жидкости и вскипанием ее в местах наибольшего количества примесей, которое приводит к образованию газового мостика между электродами. Опыт свидетельствует о большом влиянии примесей на электрическую прочность жидкого диэлектрика. Влияние примесей в меньшей степени сказывается при пробое жидких диэлектриков импульсами. Пробой жидкости при радиочастотах обусловлен ее разогревом за счет диэлектрических потерь, что может приводить к термическому разрушению жидкости. Поэтому предельно допустимые рабочие напряженности поля для жидких диэлектриков на радиочастотах оказываются ниже, чем на промышленной частоте. 9. Механизм процесса теплового пробоя в твёрдых диэлектриках. Условие его возникновения. Факторы, влияющие на тепловой вид пробоя. Тепловой пробой возникает вследствие нарушения теплового равновесия между процессами тепловыделения и теплоотдачи в диэлектрике, диэлектрик нагревается что приводит к тепловому разрушению материала, и потере электрической прочности в результате чего происходит пробой.При электрическом пробое твердых диэлектриков практически не зависит от температуры. Однако в диэлектриках, которые имеют дефекты, образующие ловушки для электронов, при некоторой температуре возможна термическая ионизация ловушек, увеличение концентрации электронов и уменьшение электрической прочности. 10. Механизм электрохимического пробоя, условия его возникновения. Катализаторы электрохимического старения Электрохимический пробой возникает в результате электрического старения диэлектрика, под воздействием окружающей среды и электрического поля. Воздействие внешних факторов приводит к протеканию необратимых химических процессов в диэлектрике, в результате физико-химические сво-ва диэлектрика ухудшаются и его электрическая прочность снижается Катализаторами электрохимического старения являются поры в твердых диэлектриках которые заполнены влагой или газами они значительно искажают электрическое поле в результате чего происходит пробой диэлектрика, также катализатором является повышенная температура, и высокая влажность 11 Характерные признаки электрического вида пробоя. Условие его возникновения Пробой представляет собой процесс разрушения диэлектрика, в результате чего диэлектрик теряет электроизоляционные свойства в месте пробоя. В материале изоляции четко видно место пробоя в резине — это отверстие, в изоляторах например это темные точки, видно механическое изменение изоляции и др. Условие возникновения пробоя — это когда при напряженности электрического поля, превосходящей предел электрической прочности диэлектрика, наступает пробой. Источник  Специалисты, работающие в области электрики и электромонтажа | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
