Краткие теоретические сведения. Изучение поверхностного заряда в неоднородном поле и влияния удельной поверхностной

Цель работы

Изучение поверхностного заряда в неоднородном поле и влияния удельной поверхностной емкости на развитие разряда

Краткие теоретические сведения

Разряд в газе или в жидком диэлектрике вдоль поверхности твердого диэлектрика называется поверхностным разрядом. Разрядное напряжение по поверхности твердого диэлектрика зависит от рода диэлектрика, состояния его поверхности и формы электрического поля в промежутке между электродами. Многообразие изоляционных конструкций с твердым диэлектриком может быть сведено к трем характерным случаям:

1)диэлектрик в однородном поле;

2)диэлектрик в неоднородном поле с преобладанием тангенциальной оставляющей напряженности поля;

3)диэлектрик в неоднородном поле с преобладанием нормальной составляющей напряженности поля.

Поверхность раздела диэлектрика и воздуха расположена вдоль силовых линий электрического поля. Диэлектрик, помещенный в однородном поле, казалось бы, не нарушает постоянства напряженности поля, и поэтому естественно было бы предположить, что пробой такого промежутка может произойти в любом месте и разрядное напряжение окажется таким же, как и для чисто воздушного промежутка.

В действительности разряд происходит по поверхности диэлектрика и при напряжении более низком, чем в воздушном промежутке, что объясняется влиянием воздушных прослоек между диэлектриком и электродом. Так как ε_В < ε_Д напряженность в воздушной прослойке выше средней напряженности промежутка, то возникает ионизация, частицы выходят на поверхность диэлектрика и способствуют развитию разряда.

Даже при плотном прилегании электродов к диэлектрику разрядное напряжение по поверхности остается более низким, чем в чисто воздушном промежутке, чему способствует адсорбированная диэлектриком влага. Материалы, обладающие большей поверхностной гигроскопичностью (например, стекло, бакелизированная бумага), дают большее снижение разрядных напряжений, чем малогигроскопичные материалы (например, парафин, винипласт).

Вследствие гигроскопичности материала в диэлектрике всегда существует некоторый поверхностный слой адсорбированной влаги, имеющий очень большое, но все же конечное сопротивление. Так как вода обладает ионной проводимостью, то под действием электрического поля ионы начинают перемещаться к электродам. Движение ионов в микроскопически тонком поверхностном слое происходит весьма медленно.

В первую очередь на электроды уйдут заряды с непосредственно прилегающих к ним участков поверхности. В результате вблизи каждого электрода создается избыточное скопление ионов того же знака, что и заряд электрода, это усиливает поле вблизи электрода, и разрядное напряжение уменьшается. Так происходит при длительном воздействии напряжения, т. е. при постоянном или переменном напряжении. Приимпульсах электрическое поле в промежутке не успевает существенно исказиться, и поэтому разрядное напряжение снижается в меньшей мере.

В реальных изоляционных конструкциях твердый диэлектрик очень редко располагается в однородном поле, что используется для исследования характеристик разряда по поверхности диэлектрика при различной длительности приложения напряжения.

При одинаковых приложенных напряжениях ток в канале будет тем значительнее, чем больше величина этой емкости. Значит, при одинаковом расстоянии между электродами чем больше емкость, тем ниже должно быть разрядное напряжение по поверхности диэлектрика. В качестве величины, характеризующей емкость канала, принимается удельная поверхностная емкость, то есть емкость единицы поверхности, по которой развивается разряд, по отношению к противоположному электроду.

Емкость С₁ обратно пропорциональна толщине диэлектрика:

,

где ε₁ – диэлектрическая проницаемость твердого диэлектрика; d- толщина диэлектрика.

Емкость С₂ определяется по формуле

,

где ε₂ – диэлектрическая проницаемость воздуха.

Сопротивление ρ₁ определяется по формуле

,

где ρ_ν – удельное объемное сопротивление диэлектрика.

Поскольку удельная поверхностная емкость обратно пропорциональна толщине диэлектрика, разрядное напряжение при постоянном расстоянии между электродами находится оп формуле

.

Если толщина диэлектрика постоянная, а расстояние между электродами изменяется, разрядное напряжение:

.

В общем случае при переменных d и l

.

Множители k₁, k₂, k₃, k₄ и показатели степени m,n- постоянные величины для рассматриваемой изоляционной конструкции.

Ход работы

Рисунок 1 - Принципиальная электрическая схема установки

Полученные данные занесем в таблицы.

Таблица 1

Таблица 2

Таблица 3

По данным таблица построим график ,

Рисунок 2 – График зависимостей

Рисунок 3 – График зависимостей

Рисунок 4 – График зависимостей

Вывод

Разрядное напряжение по поверхности твердого диэлектрика зависит от рода диэлектрика, состояния его поверхности и формы электрического поля в промежутке между электродами.

Из первого опыта для опорного изолятора разрядное напряжение будет больше, чем у проходного, соответственно и значения напряженности будут больше, чем у проходного изолятора. Но для конструкции макета проходного изолятора можно сделать вывод, что с увеличением расстояния меду электродами разрядные напряжения по поверхности диэлектрика увеличиваются, а напряженность уменьшается.

Из второго графика видно, что с увеличением расстояния между электродами, но при постоянной толщине диэлектрика, напряжение возникновения короны, напряжение возникновения скользящих разрядов и разрядное напряжение увеличивается, а напряженность уменьшается.

По полученным данным из третьего опыта, можно сделать вывод, что с увеличением толщины диэлектрика, но при постоянном расстоянии между электродами, напряжение возникновения короны, напряжение возникновения скользящих разрядов и разрядное напряжение почти не изменяются, а напряженность уменьшается с увеличением толщины диэлектрика.

Поиск по сайту: