Влияние диэлектрического барьера на пробивные напряжения резконеоднородного промежутка
Влияние диэлектрического барьера на пробивные напряжения резконеоднородного промежутка.
Барьером называется диэлектрик (например, бумага), который помещается между электродами перпендикулярно центральной силовой линии электрического поля (для промежутка стержень - плоскость, который и будет рассматриваться ниже, центральная силовая линия совпадает с осью симметрии электрического поля промежутка). Изменение пробивного напряжения промежутка при наличии барьера вызвано изменением картины поля в промежутке в следствие осаждения ионов на поверхность барьера.
Если в качестве барьера использовать изоляционный материал, пробивное напряжение которого соизмеримо с пробивным напряжением промежутка, то за счет электрической прочности барьера суммарная электрическая прочность промежутка повышается. Пробивное напряжение промежутка при наличии барьера зависит от полярности электрода и расположения барьера в промежутке.
Рис. 3. Зависимость пробивного напряжения от положения барьера для промежутка стержень - плоскость с барьером.
1 - положительный стержень; 2 - отрицательный стержень. S1 - расстояние от стержня до барьера.
Соответствующие зависимости для промежутка стержень - плоскость приведены на рис. 3. Пунктиром показаны пробивные напряжения при отсутствии барьера.
Если барьер расположен у стержня и касается его, от, т. к. барьер имеет хотя и малую, но конечную толщину, ионизация в области наибольшей напряженности поля, занятой барьером, будет невозможна. Следовательно, для возникновения коронного разряда и последующего пробоя промежутка требуется увеличить напряжение. Увеличение пробивного напряжения зависит от толщины карьера.
Обратите внимание на лекцию "Лекция №17 Обеспечение бжд при авариях на радиационно-опасных объектах".
Если барьер установлен на некотором расстоянии от стержня, то он не повлияет на напряжение возникновения коронного разряда. Коронный разряд, возникающий у стержня, приводит к появлению между стержнем и барьером объемного заряда (электронов и положительных ионов), причем заряды, имеющие знак, противоположный знаку стержня, движутся к нему и нейтрализуются на нем, а заряды того же знака движутся к барьеру и осаждаются на его поверхности. Заряды, осевшие на барьере, снижают напряженность электрического поля у стержня, и если напряжение на промежутке не увеличивается, то коронный разряд прекращается. При увеличении напряжения величина заряда на барьере будет возрастать, а следовательно, будет увеличиваться напряженность электрического поля между барьером и плоскостью, что приведет к пробою между ними, а значит и к пробою всего промежутка.
Наибольшая напряженность электрического поля и наибольшее количество зарядов в лавинах будут на центральной силовой линии. Вследствие этого наибольшая плотность осевшего на поверхность барьера заряда будет в точке пересечения центральной силовой линии поля с барьером. Поле , создаваемое осевшим на барьер зарядом, в этом случае можно в первом приближении приравнять эквивалентным полю шара с радиусом S1 , равным расстоянию от стержня до барьера (рис. 3).
Таким образом, пробивное напряжение промежутка стержень - плоскость длиной S
с барьером может быть определено как сумма двух напряжений: напряжения между стержнем и барьером и пробивного напряжения промежутка эквивалентный шар радиусом S1 - плоскость при длине промежутка S2 , равной расстоянию между барьером и плоскостью. напряжение между стержнем и барьером практически не отличается от начального напряжения этого промежутка, т. к. заряд, осевший на поверхность барьера, снижает напряженность у стержня до начальной. Следовательно, пробивное напряжение промежутка стержень - плоскость с барьером определяется главным образом электрической прочностью промежутка барьер - плоскость (эквивалентный шар - плоскость).
Поле промежутка шар - плоскость более однородно, поэтому его пробивное напряжение будет выше, чем у исходного промежутка стержень - плоскость. С удалением барьера от стержня радиус шара эквивалентного промежутка шар - плоскость возрастает, что приводит к увеличению однородности поля и возрастанию пробивного напряжения. Возрастание пробивного напряжения будет происходить примерно до тех пор, пока поле эквивалентного промежутка шар - плоскость не станет слабонеоднородным, что соответствует S2 / S1 < 7. При дальнейшем увеличении расстояния S1 поле эквивалентного промежутка шар - плоскость будет слабонеоднородным, а следовательно, пробивные напряжения будут слабо зависеть от радиуса шара и полярности напряжения и мало отличаться от пробивного напряжения промежутка с однородным полем длиной S2 . Так как с увеличением расстояния между барьером и стержнем промежуток S2 уменьшается, то и пробивное напряжение снижается.
Если барьер расположен близко от плоскости, то пробивное напряжение определяется уже не прочностью эквивалентного промежутка шар - плоскость, а прочностью промежутка стержень - барьер, поэтому по мере приближения барьера к плоскости его влияние постепенно уменьшается.
