Как рассчитать напряжение пробоя
Электрическое поле — это область пространства вокруг заряженной частицы, которая воздействует на другие заряженные частицы. Направление этого поля является направлением силы, которую поле будет оказывать на положительный пробный электрический заряд. Напряженность электрического поля составляет вольт на метр (В / м). Технически изоляторы не проводят электричество, но если электрическое поле достаточно велико, изолятор разрушается и проводит электричество.
Иногда это можно рассматривать как электрический разряд или дугу в воздухе между двумя электродами. Напряжение пробоя газа можно рассчитать по закону Пашена. Физика отличается для полупроводниковых диодов, где напряжение пробоя — это точка, в которой устройство начинает проводить в режиме обратного смещения.
Напряжение пробоя
Диоды и полупроводники
Диоды обычно изготавливаются из полупроводниковых кристаллов, обычно из кремния или германия. Примеси добавляются для создания области отрицательных носителей заряда (электронов) на одной стороне, создавая полупроводник n-типа, и положительных носителей заряда (дырок) для создания полупроводника p-типа на другой.
Когда материалы p-типа и n-типа сближаются, мгновенный поток заряда создает третью область или область обеднения, где нет носителей заряда. Ток течет, когда к р-стороне приложена достаточно большая разность потенциалов, чем к н-стороне.
Диод обычно имеет высокое сопротивление в обратном направлении и не позволяет электронам течь в этом режиме с обратным смещением. Когда обратное напряжение достигает определенного значения, это сопротивление падает, и диод проводит в режиме обратного смещения. Потенциал, при котором это происходит, называется напряжением пробоя.
Изоляторы
В отличие от проводников, у изоляторов есть электроны, которые тесно связаны с их атомами, которые сопротивляются свободному электронному потоку. Сила, удерживающая эти электроны на месте, не бесконечна, и при достаточном напряжении эти электроны могут получить достаточно энергии, чтобы преодолеть эти связи, и изолятор становится проводником. Пороговое напряжение, при котором это происходит, известно как напряжение пробоя или диэлектрическая прочность. В газе напряжение пробоя определяется законом Пашена.
Закон Пашена — это уравнение, которое дает напряжение пробоя как функцию атмосферного давления и длины зазора и записывается в виде
V b = Bpd /]
где V b — напряжение пробоя постоянного тока, p — давление газа, d — расстояние зазора в метрах, A и B — постоянные, которые зависят от окружающего газа, а γ se — коэффициент вторичной электронной эмиссии. Коэффициент эмиссии вторичных электронов — это точка, в которой падающие частицы обладают достаточной кинетической энергией, чтобы при столкновении с другими частицами они вызывали эмиссию вторичных частиц.
Расчет пробивного напряжения воздуха на дюйм
Таблица напряжений пробоя воздушного зазора может использоваться для поиска напряжения пробоя для любого газа. Если справочное руководство отсутствует, расчет диэлектрической прочности для двух электродов, разделенных одним дюймом (2, 54 см), можно рассчитать с использованием закона Пашена, где
A = 112.50 (кПакм) -1
B = 2737, 50 В / (кПа.см) -1
Включение этих значений в приведенное выше уравнение дает
V b = (2737, 50 × 101, 325 × 2, 54 × 10 -2 ) /
Это следует из того
Исходя из технических и физических таблиц, типичный диапазон напряжения пробоя в воздухе ожидается от 20 кВ до 75 кВ. Существуют и другие факторы, которые влияют на напряжение пробоя в воздухе, например, влажность, толщина и температура, следовательно, широкий диапазон.
Как рассчитать допустимое напряжение в стали
Стресс — это величина силы на область объекта. Максимальное напряжение, которое объект должен поддерживать, называется допустимым напряжением. Например, этажи в библиотеке могут иметь допустимое напряжение в 150 фунтов на квадратный фут. Допустимое напряжение определяется как фактором безопасности .
Как рассчитать осевое напряжение
Осевое напряжение описывает величину силы на единицу площади поперечного сечения, которая действует в продольном направлении балки или оси. Осевое напряжение может привести к сжатию, изгибу, удлинению или разрушению элемента. Некоторые части, которые могут испытывать осевое усилие, — это строительные балки, шпильки и различные типы валов. Простейший .
Испытание диэлектрического пробоя и сопротивления изоляции
Диэлектрик и изолятор относятся к электрической изоляции. Они предотвращают короткие замыкания и защищают людей от поражения электрическим током. Испытание на диэлектрическое разрушение и испытание на сопротивление изоляции имеют одни и те же основные цели доказательства эффективности изоляции, но они используют разные .
Случаи электрического пробоя воздушного промежутка
Замечательный пример инженерной ошибки. О пользе знания физики и применения измерительных приборов.
Замечательный он потому, что, во-первых, от этой ошибки никто не пострадал. Во-вторых, пример очень простой, но показательный — в нем есть полный набор: ошибка в постановке задачи, неправильный выбор модели процесса, расчет и проведение измерений в соответствии с ней.
Выставка «Связь-Экпокомм», год примерно 2005 … Мы привезли с собой прибор «Искра» ( история разработки
техническое описание
). На соседнем стенде среди антенн, разветвителей и антенных фильтров – коаксиальный «грозоразрядник», напряжение срабатывания по паспорту — 400 Вольт. «А давайте проверим нашим прибором» — «да проверяйте, конечно». «Грозоразрядник» не пробивается ни на 400 Вольтах, ни на 800 (предел измерения). «Прибор у вас неправильный, у нас точно всё посчитано». Выясняется, что внутри «грозоразрядника» между центральным проводником и корпусом сделан искровой промежуток 0,2 мм и выставлен он «прецизионно».
Ошибка в постановке задачи. Искровой воздушный разрядник для таких задач не подходит по многим причинам, которые здесь рассматривать не будем.
Типовая конструкция устройства коаксиальной защиты с применением газонаполненных разрядников описана здесь
.
Для узкополосных сигналов может быть использовано соединение внутреннего и внешнего (заземленного корпуса устройства) проводников через проводник с длиной, равной четверти длины волны сигнала.
Неправильно выбранная физическая модель. С этого момента становится уже интересно.
Коллеги исходили из значения электрической прочности (напряжения пробоя) сухого воздуха, которая составляет примерно 2 кВ/мм (см. например, инженерный справочник DVPA
). Следовательно, для того, чтобы получить напряжение пробоя 0,4 кВ, расстояние между электродами должно быть 0,2 мм.
Давайте посмотрим, что есть на эту тему в сети. На первой же странице поиска нашёл два подходящих графика.
Читайте также: Как правильно соединять провода опрессовочными гильзами
Как видим шкала в обеих измерениях линейная и порядок напряжения пробоя действительно составляет порядка 2 кВ/мм, обратите внимание на зависимость его значения от частоты. Понятно, что эти графики относятся к технике высоких напряжениях и высоковольтным электроустановкам (электрические машины, трансформаторы, высоковольтные ЛЭП). Нас же интересуют гораздо меньшие напряжения и масштабы.
Пробой газов
Для газов характерен чисто электрический пробой в сильных электрических полях, приводящий к внезапному резкому возрастанию плотности электрического тока к моменту пробоя. Данный вид пробоя происходит за очень короткое время (порядка 10–8 с). Примером явления чисто электрического пробоя является молния.
Газы состоят из нейтральных молекул, а обязательным условием возникновения разряда в газах является наличие в них свободных зарядов – электронов и ионов. Рассмотрим процесс возникновения и исчезновения заряженных частиц в газе.
Когда электроны находятся на орбитах, ближайших к ядру, то потенциальная энергия атома минимальна. Такое состояние атома является устойчивым и называется нормальным. Переход одного или нескольких электронов с нормальных орбит на более удаленные от ядра называется возбуждением
атома. Энергию, необходимую для возбуждения, атом (молекула) может получить при столкновении с электроном или при поглощении коротковолнового излучения. Энергия возбуждения (
Wв
) равна разнице энергий электрона на удаленной и нормальной орбитах.
Время пребывания атома в возбужденном состоянии составляет примерно 10–10 с. Возвращение атома в нормальное состояние происходит самопроизвольно и сопровождается излучением фотона. Чем большую энергию получает атом при столкновении с электроном или при поглощении фотона, тем на более удаленную орбиту переходит электрон. Когда электрон удаляется от ядра настолько, что взаимодействие его с ядром практически исчезает, то электрон становится свободным. Происходит ионизация
атома, в результате которой образуются две независимые частицы: электрон и положительно заряженный ион. Энергия, которую необходимо сообщить атому (молекуле) для осуществления ионизации, называется
энергией ионизации
(
Wи
).
Энергии возбуждения и ионизации принято выражать в электрон-вольтах. 1 эВ – это энергия, которую электрон получает от электрического поля, пройдя разность потенциалов в 1 В. Минимальные энергии возбуждения и ионизации некоторых газов приведены в табл. 3.
Минимальные энергии возбужденияи ионизации некоторых газов
| Газ | Минимальная энергия, эВ | |
| возбуждения (Wв ) |
ионизации (Wи ) |
|
| N2 N O2 O H2O He | 6,1 6,3 7,9 9,1 7,6 19,8 | 15,5 14,5 12,5 13,6 12,7 24,6 |
Одновременно с ионизацией атомов и молекул газа происходит процесс взаимной нейтрализации заряженных частиц – рекомбинация
С увеличением количества заряженных частиц возрастает частота встреч частиц с противоположными знаками и скорость рекомбинации возрастает. Вследствие действия двух противоположных факторов – ионизации и рекомбинации – устанавливается равновесное состояние, при котором в единицу времени возникает и рекомбинирует одинаковое количество заряженных частиц.
При воздействии естественных ионизаторов (ультрафиолетовое излучение, радиоактивное излучение, тепло) в воздухе ежесекундно образуется около одной пары зарядов в кубическом сантиметре. Небольшое количество в газе положительных ионов и электронов, как и нейтральные молекулы газа, находится в беспорядочном (хаотичном) тепловом движении.
Читайте также: Какой нужен конденсатор на асинхронный двигатель
Если к промежутку между электродами в газе приложено напряжение, то заряженные частицы кроме тепловой энергии, приобретают под действием электрического поля направленную скорость. При этом заряженная частица газа приобретает дополнительную (кинетическую) энергию:
– заряд частицы,
Ul
– падение напряжения на длине свободного пробега (
l
).
Длина свободного пробега – это расстояние, которое преодолевает заряженная частица под действием внешнего электрического поля от одного до другого столкновения с нейтральными молекулами. Ионизация молекул в результате столкновения с разогнанными электрическим полем заряженными частицами называется ударной
ионизацией, а за счет захвата фотонов –
фотонной
.
Так как скорость электронов значительно больше скорости ионов, то ударная ионизация ионами малоэффективна и определяющей является ударная ионизация электронами.
Случайно появившийся в промежутке электрон при достаточной напряженности электрического поля может при столкновении ионизировать молекулу газа. Образовавшийся при этом свободный электрон вместе с начальным ионизирует новые молекулы и т.д. Такой процесс нарастания числа электронов, движущихся в электрическом поле по направлению к аноду, получил название лавины электронов.
Подвижность ионов значительно меньше, чем электронов, и за время развития лавины они практически не успевают переместиться в промежутке. Таким образом, после прохождения лавины электронов в газе остаются положительные, а в электроотрицательных газах и отрицательные ионы, которые искажают (уменьшают или увеличивают) внешнее электрическое поле в промежутке. Под действием электрического поля ионы сравнительно медленно движутся к электродам.
Помимо ионизации электроны лавины производят возбуждение атомов и молекул газа. Поскольку энергия возбуждения существенно меньше энергии ионизации, то число возбужденных частиц значительно больше, чем ионизированных. Переход возбужденных частиц в нормальное состояние сопровождается излучением фотонов, что наблюдается в виде свечения газа. Часть излученных фотонов имеет достаточно высокую энергию и принадлежит ультрафиолетовой области спектра.
При столкновении электрона с нейтральным атомом или молекулой возможен захват ими электрона и образование отрицательного иона. Газы, в которых возможно образование отрицательных ионов, называются электроотрицательными (кислород, фтор, хлор).
Для возникновения ударной ионизации необходимо, чтобы энергия электрона была больше энергии ионизации или равнялась ей (условие ионизации):
Читайте также: Ремонт своими руками светильников и люстр
– энергия теплового движения частиц или собственная энергия молекулы или атома (обычно небольшая при нормальной температуре);
Wдоп
– дополнительная энергия, приобретенная электроном под действием внешнего электрического поля, определяемая по формуле (31).
Энергия ионизации для различных газов составляет 4÷25 эВ.
Падение напряжения на длине свободного пробега в однородном электрическом поле определяется по выражению:
– напряженность электрического поля, кВ/мм;
l
– длина свободного пробега электрона.
Тогда условие ионизации приобретает следующий вид:
– электрическая прочность газа, соответствующая напряженности электрического поля, при которой произошел пробой.
Пробой газа происходит практически мгновенно (при расстоянии между электродами 1 см время пробоя составляет порядка 10–8 с).
Электрическая прочность воздуха при нормальных атмосферных условиях (t
= 20 º
С
, относительная влажность
φ
= 60 %, давление
р
= 760 мм рт.ст.= 0,1 МПа) при расстоянии между электродами 10 мм в однородном электрическом поле составляет 3 кВ/мм. Следовательно, электрическая прочность воздуха не остается постоянной, т.к. зависит от температуры, влажности, давления, неоднородности электрического поля и расстояния между электродами.
С увеличением температуры энергия теплового движения молекул увеличивается и для их ионизации требуется меньшая дополнительная энергия. И хотя длина свободного пробега электронов уменьшается с возрастанием температуры вследствие увеличения скорости движения молекул, электрическая прочность воздуха снижается. Увеличение температуры на 3°С
приводит к уменьшению пробивного напряжения на 1 %.
Повышение влажности воздуха также приводит к уменьшению его электрической прочности. Увеличение абсолютной влажности воздуха в 1,5 раза приводит к уменьшению Uпрна 5 %.
Подъем на каждые 100 м над уровнем моря (уменьшение атмосферного давления) приводит к снижению пробивного напряжения на 1 %.
Следует отметить, что указанное влияние атмосферных условий на Uпр воздуха относится к межэлектродным расстояниям до одного метра. При расстоянии между электродами более 1 м влияние атмосферных условий снижается по мере увеличения расстояний.
Зависимость электрической прочности воздуха от давления приведена на рис. 29.
Рис.29. Зависимость электрической прочности воздуха от давления
Точкой отсчета для приведенной характеристики является нормальное атмосферное давление, равное 0,1 МПа (1 атм).
При давлениях, больших атмосферного, увеличивается плотность воздуха, следовательно, расстояние между молекулами становится меньше, что приводит к уменьшению длины свободного пробега электрона и дополнительной энергии, которую он приобретает до столкновения с молекулой. Поэтому электрическая прочность газов увеличивается при повышении давления, что делает эффективным использование сжатых газов в качестве изоляции в электрооборудовании (например, элегаза в высоковольтных выключателях).
При уменьшении давления вначале происходит уменьшение электрической прочности, что связано с увеличением длины свободного пробега электронов и, следовательно, увеличением их кинетической энергии, т.е. улучшаются условия возникновения ударной ионизации, а тем самым и условия пробоя.
При дальнейшем снижении давления и высокой степени разряжения Епр начинает возрастать. Это увеличение электрической прочности объясняется уменьшением числа молекул газа в единице объема и снижением вероятности столкновений электронов с молекулами.
«Полочка» в зависимости Епрот давления характеризует электрическую прочность вакуума. На первый взгляд кажется, что пробой вакуума не возможен, так как вакуум не содержит свободных носителей заряда, то есть является идеальным изоляционным материалом. В действительности, при достаточно большой напряженности электрического поля происходит пробой вакуума, что объясняется тем, что электрическое поле может вызвать холодную эмиссию электронов с поверхности металлических электродов. Поэтому электрическая прочность вакуума зависит от материала, из которого изготовлены электроды, и от состояния их поверхности. Высокие электроизоляционные свойства вакуума используются в вакуумных конденсаторах и вакуумных выключателях.
Читайте также: История транзисторов. Буревестники кремниевой революции
Явление пробоя воздуха зависит и от степени однородности электрического поля, в котором осуществляется пробой. Однородное электрическое поле можно получить между плоскими электродами с закругленными краями, а также между сферами при расстоянии между ними, соизмеримом с диаметром сферы.
В таком поле пробой наступает практически мгновенно при достижении напряжения строго определенной величины, зависящей от температуры и давления газа. Между электродами возникает искра, которая затем переходит в дугу, если источник напряжения имеет достаточную мощность.
Электрическая прочность также зависит от расстояния между электродами.
Электрическая прочность Епр увеличивается при уменьшении расстояния между электродами (h
= 0,1 мм и менее) (рис. 30). Это связано с тем, что при таких малых расстояниях свободные электроны и ионы не успевают приобрести энергию, достаточную для ударной ионизации молекул, и разряжаются, достигнув электродов.
Рис. 30. Зависимость электрической прочности воздуха при нормальном давлении в однородном электрическом поле от расстояния между электродами
Пробой газа в неоднородном электрическом поле отличается от пробоя в однородном электрическом поле как по величине пробивного напряжения Uпр, так, и по характеру развития самого процесса пробоя. Пробой газа в неоднородном поле, как правило, происходит при меньшем пробивном напряжении по сравнению с пробоем того же слоя газа в однородном электрическом поле. Неоднородное поле образуется между электродами, хоты бы один из которых имеет малую площадь, например, между острием и плоскостью, между проводами воздушных линий электропередач, между двумя остриями, между сферическими электродами при расстоянии между ними, превышающем диаметр сферы.
Особенностью пробоя газа в неоднородном электрическом поле является возникновение частичного разряда в виде короны в местах, где напряженность поля достигает критических значений, с дальнейшим переходом короны в искровой разряд и дугу при возрастании напряжения.
В газообразных электроизоляционных материалах в неоднородном постоянном электрическом поле проявляется эффект полярности. Это явление иллюстрирует рис. 31, на котором показана зависимость пробивного напряжения газа от расстояния между электродами типа «острие-плоскость». При прочих равных условиях, пробивное напряжение при положительной полярности острия существенно ниже, чем при отрицательной.
Рис. 31. Эффект полярности в газообразных диэлектриках: 1 – положительная полярность иглы; 2 – отрицательная полярность иглы.
Этот эффект вызван тем, что в неоднородном электрическом поле в месте наибольшей неоднородности, т.е. вблизи острия, возникают положительные объемные заряды. Эти заряды создают электрическое поле, напряженность которого при положительной полярности острия направлена согласно с напряженностью внешнего электрического поля (объемный положительный заряд является как бы продолжением острия) и пробой наступает при меньшем напряжении.
Вернуться к содержанию
Напряжение пробоя воздуха.
| Страница 1 из 2 | [ Сообщений: 25 ] | На страницу 1 , 2 След. |
| JLCPCB, всего $2 за прототип печатной платы! Цвет — любой! Зарегистрируйтесь и получите два купона по 5$ каждый:https://jlcpcb.com/cwc Сборка печатных плат от $30 + БЕСПЛАТНАЯ доставка по всему миру + трафарет Обобщив богатый опыт и ноу-хау в сфере силовой электроники, компания Infineon представляет CoolSiC™ MOSFET. Мы сделали подборку статей о технологии CoolSiC™, которая поможет вам вывести КПД и надёжность ваших устройств силовой электроники на высочайший уровень! SoC BlueNRG-LP — новая микросхема от STMicroelectronics со встроенным микроконтроллером Cortex®-M0+ и приемопередатчиком BLE. В данной статье мы рассмотрели режимы пониженного потребления и программную поддержку пониженного энергопотребления в программном пакете BlueNRG-LP DK, процедуру обновления прошивки по эфиру с помощью специального BLE-сервиса, особенности работы UART-загрузчика с функцией защиты памяти, и другое. Последний раз редактировалось Yarik9610 Пн фев 20, 2012 18:34:12, всего редактировалось 1 раз. Вообще, пробой воздуха довольно сложное явление, какие-либо количественные измерения ещё более сложны. Почитайте о том, какие бывают разновидности электрических разрядов в газах. Это довольно увлекательно и познавательно. И ты врёшь. © между острыми электродами напряжение нужно гораздо меньше. И ты врёшь. © Часовой пояс: UTC + 3 часа Пробой воздушного промежуткаПробой воздушного промежутка является следствием ударной ионизации. Напряженность электрического поля, при которой возникает ударная ионизация, приводящая к образованию электронных лавин, называется начальной напряженностью. Вследствие различной подвижности электронов и положительных ионов, образующихся под действием ударной ионизации, в промежутке возникает объемный заряд, который искажает электрическое поле. При дальнейшем повышении напряжения, приложенного к промежутку, происходит пробой, причем на пробивное напряжение существенное влияние оказывает степень неоднородности электрического поля. В случае электродов, образующих близкое к однородному электрическое поле при небольших разрядных промежутках, возникновение ударной ионизации мгновенно приводит к пробою промежутка, то есть пробой воздуха происходит без развития дополняющих пробой процессов. В таких условиях пробивное напряжение совпадает с начальной напряженностью поля. Для неоднородного электрического поля характерным является наличие трех стадий развития пробоя воздуха. По сравнению с однородным полем начальное напряжение здесь значительно ниже. В результате ударной ионизации в местах с максимальной напряженностью поля возникает коронный разряд (локальная ионизация), сопровождающийся свечением. С повышением напряжения коронный разряд переходит в кистевой, при котором свечение не концентрируется вокруг электрода, а распространяется в виде отдельных пучков, исходящих из одного электрода, но не доходящих до другого. При дальнейшем увеличении напряжения кистевой разряд замыкает оба электрода. Между электродами образуется искра, свидетельствующая о полном пробое воздушного промежутка. Если мощность источника напряжения достаточна, то искра переходит в электрическую дугу. Развитие указанных выше процессов приводит к заметному снижению пробивного напряжения воздушного промежутка по сравнению с однородным электрическим полем при прочих равных условиях. Электрическая прочность воздушных промежутков зависит не только от степени неоднородности электрического поля, но и от температуры, давления и влажности воздуха. Например, амплитудное значение пробивного напряжения Uпр воздуха при частоте 50 Гц в однородном поле, МВ, определяется по эмпирической формуле:
Наибольшая степень неоднородности электрического поля присуща системам стержень – плоскость и стержень – стержень. Твердая изоляция внутренних высоковольтных конструкций — Пробой в воздухе и вдоль поверхности при высокой частоте
Замечательный пример инженерной ошибки. О пользе знания физики и применения измерительных приборов.Замечательный он потому, что, во-первых, от этой ошибки никто не пострадал. Во-вторых, пример очень простой, но показательный — в нем есть полный набор: ошибка в постановке задачи, неправильный выбор модели процесса, расчет и проведение измерений в соответствии с ней. Ошибка в постановке задачи. Искровой воздушный разрядник для таких задач не подходит по многим причинам, которые здесь рассматривать не будем.Типовая конструкция устройства коаксиальной защиты с применением газонаполненных разрядников описана здесь Неправильно выбранная физическая модель. С этого момента становится уже интересно.Коллеги исходили из значения электрической прочности (напряжения пробоя) сухого воздуха, которая составляет примерно 2 кВ/мм (см. например, инженерный справочник DVPA ). Следовательно, для того, чтобы получить напряжение пробоя 0,4 кВ, расстояние между электродами должно быть 0,2 мм. Давайте посмотрим, что есть на эту тему в сети. На первой же странице поиска нашёл два подходящих графика. Читайте также: Приборы освещения, звуковой и световой сигнализации
Как видим шкала в обеих измерениях линейная и порядок напряжения пробоя действительно составляет порядка 2 кВ/мм, обратите внимание на зависимость его значения от частоты. Понятно, что эти графики относятся к технике высоких напряжениях и высоковольтным электроустановкам (электрические машины, трансформаторы, высоковольтные ЛЭП). Нас же интересуют гораздо меньшие напряжения и масштабы. 5.6. Зависимость пробивного напряжения газа от межэлектродного расстоянияПробивное напряжение газа зависит от степени неоднородности электрического поля. Однородное электрическое поле в пределах межэлектродного пространства обусловливают плоские электроды, загнутые на краях по определенному профилю. Если электроды строго параллельны друг другу, то пробивное напряжение U пр повторяется от пробоя к пробою с точностью до десятых долей процента. При этом для воздуха зависимость U пр от межэлектродного расстояния d выра- жается эмпирической формулой: U np = 24 . 55 d δ + 6 . 6 d δ , кВ, где δ – относительная плотность воздуха, d – в см. Соответственно, электрическая прочность воздуха Е пр = 24 . 55 δ + 6 . 6 δ d , кВ/см возрастает с уменьшением d , что характерно для механизма пробоя, вследствие ударной ионизации. Если взять условие самостоятельного разряда γ ( e α d − 1 ) = 1 и эмпирическое условие зарождения стримера α d = 20 , то видно, что с уменьшением d должны возрастать α и соответственно Е. Физическая сущность этой закономерности, названной электрическим упрочением, заключается в том, что для пробоя необходима электронная лавина определенных размеров для таунсендовского механизма с учетом коэффициента γ . В табл. 5.1 приведены экспериментально полученные значения электрической прочности воздуха ( Р= 760 мм рт.ст. и t =20 °С). Для технических расчетов при d в несколько сантиметров электрическая прочность воздуха принимается равной 30 кВ/см. Слабонеоднородное электрическое поле обусловливается коаксиальными и параллельными цилиндрическими электродами, шаровыми электродами и их комбинациями, когда межэлектродное расстояние существенно не превышает диаметра электродов. При этом U np также пропорционально δ . С уменьшением d при неизменном диаметре электродов D электрическое поле становится более однородным и напряженность поля при пробое в различных точках межэлектродного промежутка все бо- Читайте также: Сделать светодиодный ночник своими руками не только приятно, но и полезно! Часть I. Глава 5 Самостоятельные разряды в газах лее приближается к средней напряженности поля Е = U пр ственно, уменьшается разброс пробивных напряжений от пробоя к пробою. В практике лабораторных испытаний пробой между шаровыми электродами используется для измерения высокого напряжения. При d D ≤ 0 . 5 разброс пробивных напряжений, определяющий точность измерения, не превышает 3 %. Использование плоских электродов позволило бы повысить точность измерения, но необходимость установления строгой параллельности электродов сильно затрудняет измерения и значительно увеличивает время их проведения. Поэтому пробой между плоскими электродами для целей измерения практически не используется. Сильно неоднородное электрическое поле обусловливается электродами, когда радиус закругления обоих или одного из них значительно меньше межэлектродного расстояния. Типичными представителями таких электродов являются электроды: два острия и острие– плоскость. Как было показано выше, ионизационные процессы сосредоточены около электрода-острия. В случае электродов острие– плоскость положительный объемный заряд, образующийся в результате ударной ионизации, обусловливает более высокое напряжение пробоя при отрицательной полярности электрода-острия. Для воздуха при расстоянии в несколько сантиметров средние разрядные градиенты составляют 20 и 7.5 кВ/см, соответственно, для отрицательной и положительной полярности электрода-острия. При больших межэлектродных расстояниях (длинная искра) зависимость пробивного напряжения от полярности электрода-острия (эффект полярности) сохраняется, но получается менее выраженной с возрастанием d . Так, при пробое на импульсах микросекундной длительности и при d > 40 см зависимости U np = f ( d ) выражаются эмпирическими формулами: U np = 215 + 6 . 7 d Напряжение пробоя воздуха.
|
