Визначення рівнів ізоляції повітряних проміжків при імпульсній напрузі

Мета роботи - дослідити рівні ізоляції повітряних проміжків при імпульсній напрузі у випадку позитивної та негативної полярності імпульсів для різних відстаней між електродами в однорідних і неоднорідних електричних полях.

Теоретичні положення

 

Якщо на газовий проміжок діє імпульсна напруга, необхідно враховувати час запізнення запалювання розряду. Він складається із статистичного часу чекання t_S та часу формування розряду t_A, які додаються до часу t₀, коли досягається рівень напруги U₀, за якого напруженість поля дорівнює критичній напруженості E₀. При цій напруженості виконується умова самостійності розряду в газі (рис.6.1).

 

Рис. 6.1. Запізнення розряду у разі плавно наростаючого імпульсу

 

Для формування первинної лавини потрібний принаймні один початковий електрон, що може з'явитись, наприклад, внаслідок природної зовнішньої іонізації. Ці явища мають статистичну природу. Тому проходить деякий час t_S, що має великий статистичний розкид, поки в проміжку з’явиться початковий електрон. Потім розпочинається формування розряду. (Залежно від виду електронної системи та роду газу існує кілька стадій формування розряду). Для цього необхідний час формування t_A який також мас значний розкид, особливо у випадку лідерного розряду. Якщо розряд суто стримерний, то можна приблизно вважати час t_A сталою величиною. У цьому разі інтервал t_A являє собою час формування стримерного розряду t_AS і час подальшого формування іскрового каналу. Запізнення пробою, коли діє напруга, суттєво впливає на рівень ізоляції газових проміжків. Запізненням визначається залежність розрядної напруги від форми напруги, що діє. Рівень ізоляції пристрою відображає вольт-секундна характеристика, яка будується так: на проміжок подаються імпульси напруги стандартної форми, але з різними амплітудами. Для обробки результатів використовуються експерименти, що призвели до пробою. Найбільше значення напруги і час пробою дають робочу точку вольт-секундної характеристики. Якщо пробій на фронті імпульсу, фіксуються точки початку зрізу напруги, якщо на спаді імпульсу, - максимальне значення напруги. Так одержується вольт-секундна характеристика, яка дає уяву про пробій проміжку від дії імпульсів однієї форми.

Внаслідок того, що часу запізнення властивий статистичний розкид, вольт-секундні характеристики являють собою області, зображені на рис.6.2. Нижня границя області є вольт-секундною характеристикою 0% розрядної напруги (U_0%), верхня – 100% (U_100%). Для одержання граничних характеристик необхідна дуже велика кількість дослідів. Через це часто задовольняються 95% (U_95%) і 5% (U_5%) розрядними напругами.

багатьох випадках розподіл розрядних напруг описується нормальним (гаусовським) законом. Верхня та нижня границі розрядних напруг часто

 

Рис. 6.2. Використання об’ємно-часового закону та критерію Кінда для побудови вольт-секундної характеристики

 

характеризуються потроєним значенням середньоквадратичного відхилення напруги від 50% значення. Розрядні напруги залежно від вибору границь розміщені, як правило, повністю або більшою частиною у цих границях.

Щоб одержати вольт-секундну характеристику конкретної електродної системи, необхідно визначити час формування розряду t_A і час статистичного чекання t_S .

Якщо обмежитись тільки стримерним пробоєм, який спостерігається в однорідному і слабконеоднорідному полях, а також у сильнонеоднорідному полі при відстанях між електродами до 1м, то вольт-секундну характеристику можна отримати шляхом розрахунків. Для цього використовують, наприклад, об’ємночасовий закон для визначення часу статистичного запізнення та критерій площі вольт-секундної характеристики для визначення часу формування стримера.

Нижня границя розрядних напруг має велике значення при конструюванні ізоляції, тому що за її допомогою можна досить надійно запобігти пробою.

 

Експериментальна установка і методика виконання роботи

 

Імпульсні розрядні напруги повітряних проміжків досліджують за допомогою ГІН 500 TUR з периферійними пристроями, який описано в лабораторній роботі № 1.

Завдання

 

1. Вивчити схему експериментальної установки і методику роботи на ній при визначенні 50% розрядних напруг повітряних проміжків.

2. Визначити величину U_0,5 проміжків голка - площина, голка - голка для різних відстаней d між електродами. Одержані дані порівняти з тими, що є в лабораторній роботі № 5, і визначити коефіцієнт імпульсу β.

1. Побудувати графіки залежності U_0,5 = f(d) для досліджених проміжків.

 

Контрольні запитання

1. Від чого залежить час запізнення розряду при імпульсних напругах?

2. Як визначаються часові параметри імпульсу?

3. Яку інформацію несе вольт-секундна характеристика повітряного проміжку?

4. Як визначити коефіцієнт імпульсу β?

5. Як впливає полярність напруги на U_0,5?