ответы ЭТМ. Роль электротехнических материалов

• Название: Роль электротехнических материалов
• Дата: 17.06.2021
• Размер: 1.55 Mb.
• Имя файла: ответы ЭТМ.docx
• Тип: Документы; #218593
• страница: 9 из 13

38. Электропроводность жидких диэлектриков.

Электропроводность в жидких диэлектриках происходит в основном за счет движения положительных и отрицательных ионов, возникающих в результате диссоциации примесей или продуктов старения жидкости, а также наличия электронов, возникающих в результате эмиссии из катода при высоких значениях на- пряженности электрического поля. К ионной проводимости добавляется электрофоретическая, если жидкости содержат примеси в виде суспензии или эмульсии. Частицы этих примесей могут заряжаться от окружающей среды и участвовать в переносе электрического заряда.

Электропроводность жидких диэлектриков.У жидких диэлектриков электропроводность сильно зависит от двух основных причин:

1) наличия примесей;

2) строения молекул (неполярная или полярная).

В неполярных жидкостях число носителей заряда в единице объема невелико и проводимость мала, если в них нет примесей. Жидкие диэлектрики легко загрязняются. Вода –самое распространённое «загрязнение», которое увеличивает электропроводность жидкости. Она может быть в трёх состояниях:

а) в молекулярно-растворённом;

б) в виде эмульсии, т. е. в виде мельчайших капелек, находящихся в диэлектрике во взвешенном состоянии;

в) в виде избыточной воды (избыточная вода в трансформаторном масле собирается на дне, а в соволе – на поверхности).

Электропроводность жидкого диэлектрика, не имеющего никаких примесей и загрязнений, ионная.

Полярные жидкости всегда имеют повышенную проводимость по сравнению с неполярными жидкостями, причём, чем больше диэлектрическая проницаемость диэлектрика, тем выше диссоциация и проводимость. Сильно полярные жидкости (например, вода) отличаются настолько высокой проводимостью, что рассматриваются уже не как жидкие диэлектрики, а как проводники с ионной проводимостью.

Неполярные диэлектрики меньше подвержены диссоциации, у них меньше электропроводность.

Удельная проводимость любой жидкости зависит от температуры. Для узкого интервала температур с достаточной степенью точности может быть применена формула γ = γо exp(α·t), где γо и α – постоянные величины для данной жидкости.

До напряжённости Е > 100 – 1 000 кВ/см ток подчиняется закону Ома, а затем закон Ома нарушается, начинается процесс ионизации.

39. Пробой газов. Кривая Пашена.

Пробой газообразных диэлектриков

Пробой газов носит чисто электрический характер. Этот пробой развивается вследствие ударной и фотонной ионизации.

Развитие лавинообразного процесса:

1. 
   Незначительное количество свободных электронов и ионов под действием электрического поля получают добавочную скорость и начинают двигаться с приобретенной энергией , где U_λ – разность потенциалов на длине свободного пробега λ. Если поле однородно, то , где λ – среднее расстояние между двумя соударениями. Таким образом, .
   
2. 
   Если приобретенная энергия велика, то при соударении движущейся частицы с нейтральной происходит:
   

А) Возбуждение.

Б) Ионизация при энергии большей энергии ионизации, т.е. происходит расщепление молекул на электроны и положительные ионы.

3. 
   Одновременно развивается фотонная ионизация за счет поглощения нейтральными молекулами энергии фотонов, испускающих возбуждение, но не ионизированными атомами.
   
4. 
   Появившиеся свободные электроны ионизируют или возбуждают нейтральные молекулы. Положительные ионы выбивают электроны при ударах о катод.
   
5. 
   Число свободных носителей лавинообразно нарастает, образуются стримеры – проводящие каналы. Отрицательный стример содержит электроны и отрицательные ионы, движущиеся от катода к аноду. Положительный стример содержит положительные ионы, движущиеся от анода к катоду. На рис.1 представлена схема, поясняющая, почему рост электропроводящего канала(стримера) происходит быстрее, чем продвижение электронной лавины. На этом рисунке лавины условно показаны в виде заштрихованных конусов, а линиями изображены пути фотонов. Внутри каждого конуса газ ионизируется ударами электронов. Выбитые электроны, разгоняемые полем, ионизируют встречаемые ими частицы газа. Так лавинообразно нарастает число электронов, движущихся к аноду, ичисло положительных ионов, направляющихся к катоду. Начала линий исходят из атомов, которые были возбуждены ударом электрона и вслед за тем испустили фотон.
   

6. 
   На следующей стадии отдельные лавины в отрицательном стримере, нагоняя друг друга, сливаются, образуя сплошной канал ионизированного газа. Одновременно с ростом стримера, направленного от катода к аноду, начинается образование встречного лавинного потока положительно заряженных частиц, направленного к катоду.
   
7. 
   Стримеры мгновенно развиваются, происходит электрический пробой.
   

Электрическая прочность газа в нормальных условиях не велика и зависит от следующих факторов:

1. 
   Химический состав.
   

В однородном поле при нормальных условиях электрическая прочность воздуха 3 .

2. 
   Расстояние между электродами.
   

При малых расстояниях между электродами происходит значительное увеличение электрической прочности, связанное с малой длиной свободного пробега, т.е. затруднено формирование лавины. Так при промежутке
0,005 мм электрическая прочность воздуха 70 .

3. 
   Давление.
   

Зависимость электрической прочности от давления определяется кривой Пашена. При малых расстояниях между электродами электрическая прочность значительно увеличивается, что объясняется трудностью формирования разряда. На рис. представлена зависимость пробивного (начального) напряжения от произведения давления газа на расстоянии между электродами при неизменной температуре.

Следует отметить наличие минимума, отвечающего определенному для данного газа значению произведения ph. Минимальные значения пробивных напряжений для разных газов составляют 280 420 B − ; для воздуха – около 300 B . При неизменном расстоянии между электродами, равном единице, кривые рис. 3.5 могут характеризовать зависимость электрической прочности воздуха и водорода от давления, т. е. от плотности газа, если температура постоянна.

Рис. 3.5. Зависимость пробивного напряжения от произведения давления газа pна межэлектродное расстояние hдля воздуха и водорода При увеличении давления свыше 1 атм ( 0,1 МПа) и, соответственно, повышении плотности газа расстояние между отдельными молекулами становится меньше. В результате этого уменьшается длина свободного пробега электронов.



При низких давлениях, соответствующих вакууму (ρ→0), газы обладают достаточно высоким пробивным напряжением. Это объясняется малым количеством столкновений электронов, разгоняемых электрическим полем, с молекулами газа и соответственно малой вероятностью ионизации.

С увеличением давления возрастает число молекул газа в единице объема, увеличивается число столкновений электронов с молекулами, а в результате возрастает вероятность ударной ионизации. Это приводит к снижению U_пр, вплоть до значения U_пр.min.

При дальнейшем увеличении давления число молекул в единице объема становится настолько большим, что существенно сокращается длина пути свободного пробега электронов. Электроны, постоянно сталкиваясь с молекулами, не могут разогнаться электрическим полем и приобрести кинетическую энергию, необходимую для ударной ионизации. В результате вероятность ионизации уменьшается и U_пр возрастает.

Эффект увеличения электрической прочности при низких и высоких давлениях используется на практике при создании вакуумной изоляции и изоляции, работающей под давлением.

4. 
   Частота поля.
   

Падение электрической прочности с ростом частоты вызвано искажением поля вследствие образования положительных пространственных зарядов из-за малой подвижности положительных ионов, которые не успевают за половину периода достигнуть электродов.

Увеличение электрической прочности связано с затруднением развития пробоя за очень малое время полупериода.

5. 
   Влажность.
   

Электрическая прочность сильно зависит от влажности, т.к. у воды повышенная проводимость.

6. 
   Температура.
   

Электрическая прочность пропорциональна плотности газа, которая обратно пропорциональна температуре, следовательно, электрическая прочность обратно пропорциональна температуре.