1. Влияние на электрическую прочность воздуха его плотности и влажности
Воздушная изоляция во многих аппаратах играет существенную роль. В данном случае мы имеем в виду не изоляцию вдоль поверхности фарфора или другого изолирующего материала, а чистую воздушную изоляцию, которая имеется, например, между контактами вводов аппаратов одной или разных фаз, между ножом и неподвижным контактом разъединителя в разомкнутом положении и т.п. Вопрос об электрической прочности воздушной изоляции вдоль поверхности диэлектрика будет рассмотрен ниже, в § 4-6.
В большинстве случаев в аппаратах приходится иметь дело с такими формами электродов, электрическое поле между которыми очень неравномерно. Обычно пробивное напряжение между такими электродами приближается к пробивному напряжению между иглами (или стержнями небольшого поперечного сечения) и между иглой (стержнем) и плоскостью. Поэтому пробивное напряжение между этими формами электродов должно быть изучено особенно тщательно и должны быть всесторонне выяснены все влияющие на него факторы. Однако полезно будет дать сведения и о пробивном напряжении между некоторыми другими формами электродов.
Как известно, заметное влияние на пробивное напряжение между различными электродами в воздухе оказывают плотность и влажность воздуха. За единицу плотности воздуха в расчетах электрической прочности принято считать плотность воздуха при температуре 20° С (Т0=293° К) и давлении 760 мм рт. ст. Тогда относительная плотность воздуха определится равенством
(2-1)
Если давление воздуха измеряется в миллибарах, относительная плотность воздуха выразится равенством:
(2-2)
Обычно считают пробивное напряжение воздуха прямо пропорциональным его относительной плотности. Однако это неточно, как можно видеть на рис. 2-1. При равномерном поле отклонения от закона прямой пропорциональности сравнительно невелики, но при применении игл и стержней они весьма значительны и пренебрегать ими нельзя.
Заметим, что данные рис. 2-1 были получены при малом расстоянии между электродами. К сожалению, данных о зависимости пробивного напряжения между стержнями от плотности воздуха при больших расстояниях не имеется. Можно ожидать, что и при больших расстояниях эта зависимость будет отклоняться от прямой пропорциональности. На рис. 2-2 приведена зависимость, полученная для шаров. Сравнение рис. 2-2 и 2-1 показывает, что кривая для шаров практически совпадает с кривой для равномерного поля.
Вопрос о влиянии влажности воздуха на его электрическую прочность очень подробно изучался в тридцатых годах. Ряд исследований этого влияния был произведен в США и в Германии [Л.2-1], [JI. 2-2]. Эти исследования установили, что при повышении абсолютной влажности воздуха пробивное напряжение между стержнями (и между стержнем и плоскостью) возрастает линейно с влажностью, как видно из рис. 2-3.
Рис. 2-1. Зависимость пробивного напряжения от относительной плотности воздуха.
Рис. 2-2. Зависимость пробивного напряжения от относительной плотности воздуха.
1 — иглы; 2 — шары d=1 см; 3 — плоскости (равномерное поле); 4 — закон прямой пропорциональности. Расстояние между электродами 1 см, U1 — пробивное напряжение при δ = 1 (данные Франка).
ООО — шары d=25 см, s = 7,62 см, оба шара изолированы; XXX — шары d=12,5 см, s — 6,35 см, один шар заземлен, U1 — пробивное напряжение при δ=1 (данные Пика).
Рис. 2-3. Зависимость пробивного напряжения от абсолютной влажности воздуха. Стержни, s=30 см (данные Гербера).
Рис. 2-4. Зависимость поправочного коэффициента k на влажность воздуха от пробивного напряжения.
Для сравнения результатов принято приводить определенное из опытов пробивное напряжение при некоторой влажности γ к нормальной влажности воздуха, которую считают равной 11 г/м3 при 20° С. Такая абсолютная влажность воздуха соответствует относительной влажности 64%, т. е. обычной средней комнатной влажности. Заметим, что в США нормальной считают абсолютную влажность 6,55 грана на кубический фут при 25° С, что соответствует 15,0 г/м3, или относительной влажности 65%.
(2-6)
Влияние влажности воздуха существенно при электродах, на которых перед пробоем возникают корона и пучковые разряды. Если пробой происходит без таких явлений (пробой в равномерном поле, пробой между шарами), влияние влажности становится весьма малым. Количественные данные по этому вопросу очень ограничены и относятся к шарам малого диаметра. Например, для шаров диаметром 6,25 см было получено значение k — 0,00175. Наибольшая поправка при γ=0 составляет в этом случае 1,9%. В обычных пределах изменения абсолютной влажности поправка будет лежать в пределах приблизительно ±1%.
При импульсах влияние влажности меньше, чем при промышленной частоте. В случае волны отрицательного знака влияние меньше, чем в случае волны положительного знака. Значения соответствующих поправок приведены на рис. 2-5 (кривые 2 и 3). Как и в случае промышленной частоты, при импульсах влияние влажности уменьшается при уменьшении пробивного напряжения. Это уменьшение учитывают снижением поправки пропорционально напряжению, начиная с напряжения 150 кВт.
