3.1 Газообразные диэлектрики

Теоретическая часть

К газообразным диэлектрикам относятся все газы и воздух, представляющий собой смесь газов и паров воды. Основными характеристиками газообразных диэлектриков являются электропроводность, напряжение пробоя в однородном электрическом поле, напряжение пробоя в неоднородном электрическом поле.

Преимуществами газов являются высокое удельное сопротивление, (малый тангенс угла диэлектрических потерь, малая (~1) диэлектрическая проницаемость). Наиболее важное свойство - востановление электрической прочности после разряда.

Кроме воздуха в качестве электрической изоляции широко используют двух- и трехатомные газы - азот, водород, углекислый газ. Электрическая

прочность у них примерно одинакова и близка к прочности воздуха.

В учебнике Богородицкого Н.П. на стр. 91 (табл. 6-1) приведены свойства воздуха и некоторых широко применяемых в технике газов, а также свойства тех же газов в сжиженном состоянии.

Лучше всего требованиям к газам, применяемым в электроизоляционных конструкциях, удовлетворяют элегаз SF6 (гексафторид серы) и фреон CCl2F2 (дихлорфторэтан). Гексафторэтан нельзя использовать при повышенных давлениях из-за низких критических параметров (PКР = 3,3 МПа, Т= -24 0С).

Азот применяется часто вместо воздуха для заполнения газовых конденсаторов и др., так как не содержит кислород, который является окислителем.

Водород имеет весьма высокий коэффициент теплопроводности, несмотря на его меньшую электрическую прочность по сравнению с воздухом и применяется в качестве электроизоляционной и охлаждающей среды в крупных турбогенераторах.

Элегаз и гексафторид серы (SF6) имеют электрическую прочность примерно в 2,5 раза больше чем у воздуха. Поскольку элегаз обладает низкой температурой кипения и высокой плотностью (примерно в 5,1 раза тяжелее воздуха), он может быть сжат до давления 2 МПа без сжижения. Он нетоксичен, химически стоек, не разлагается при нагреве до 800 0C. При повышенных давлениях он обладает существенно более высокой дугогасящей способностью. Применение: элегазовые выключатели, распредустройства в которые входят разъединители, короткозамыкатели, трансформаторы тока и напряжения, элегазовые кабели (высоковольтные).

Гелий - обладает уникальными свойствами: самая низкая температура сжижения; диэлектрическая проницаемость жидкого гелия весьма мала (того же порядка, что и газов); мало различие коэффициентов теплопроводности жидкого и газообразного гелия. Теплота испарения жидкого гелия чрезвычайно низка, что существенно для криогенной техники. Сжиженный гелий применяют в качестве низкотемпературного хладагента, в частности для устройств, в которых используется явление сверхпроводимости.

Иногда в качестве криогенного хладагента применяют жидкий неон (инертный газ, невзрывоопасен), но стоимость его очень высока (в 15000 раз дороже жидкого водорода).

Выполните задания

3.1. Заполните табл. 3.1 и среди перечисленных газов выберите обладающий наилучшими изоляционными свойствами. Укажите область его применения.

Таблица 3.1 - Основные характеристики газообразных диэлектриков

Газообразный диэлектрик	Плотность, г/см3	Диэлектрическая проницаемость	Электрическая прочность, МВ/м	Удельная теплоемкость, Дж/(кг-К)
Воздух
Азот
Водород
Углекислый газ
Элегаз

Ответ:

3.2. Почему в области малых расстояний между электродами (h < 0,1 мм) пробой газа происходит при повышенных значениях пробивного напряжения?

3.3. В чем отличие однородного электрического поля от неоднородного?

3.4. Как однородность электрического поля влияет на пробой газа?

Выберите правильный ответ

3.5. Иногда в слое воздуха, непосредственно соприкасающемся с поверхностью проводов высокого напряжения, наблюдается светлое фиолетовое свечение — электрическая корона. Причиной ее возникновения является:

A. Ухудшение электроизоляционных свойств воздуха;

B. Воздействие на воздух повышенного напряжения;

C. Обе перечисленные причины;

D. Причина, не указанная в предыдущих ответах.

3.6. В нормальных условиях работы газообразных диэлектриков их проводимость:

A. Высокая;

B. Низкая;

C. Не зависит от условий работы;

D. Не соответствует ни одному из предыдущих ответов.

3.7. Изменение тока в зависимости от напряжения, приложенного к объему газа, выражается в виде кривой, называемой:

A. Газовой характеристикой;

B. Характеристикой электрической проводимости;

C. Вольт-амперной характеристикой;

D. Характеристикой с иным названием, чем перечисленные.

3.8. В момент пробоя газа напряжение и ток в нем ведут себя следующим образом:

A. Ток резко возрастает, а напряжение стремится к нулю;

B. Ток уменьшается, а напряжение увеличивается;

C. Ток и напряжение остаются неизменными, а изменяется давление газа;

3.9. Большое влияние на пробой газа в неоднородном поле оказывает:

A. Полярность электродов;

B. Наличие ионизированных частиц в газе;

C. Напряженность электрического поля;

D. Все перечисленные факторы.

3.10. Чтобы избежать возникновения электрической короны и повысить величину пробивного напряжения газообразного диэлектрика, необходимо:

A. Закруглить острые кромки электродов или закрыть их металличе скими колпаками (экранами) большего диаметра;

B. Изменить полярность электродов;

C. Заземлить электроды;

D. Выполнить все перечисленные действия.