Электроизоляция в слаботочных высоковольтных источниках

[gt-e]

1. Назначение и свойства диэлектрических изоляционных материалов;
2. Различные виды изоляционных материалов;
3. Пробой диэлектриков и газов.

Назначение и свойства диэлектрических изоляционных материалов
Речь пойдет о электрической изоляции применительно к слаботочным высоковольтным источникам питания. Если рассматривать типичную схему построения высоковольтного источника питания, то интерес представляет изоляция высоковольтных трансформаторов и умножителей напряжения. Электрическая изоляция должна обеспечить в течении всего срока службы устройства достаточную электрическую прочность как для рабочего напряжения, так и для воздействующих кратковременных перенапряжений.

Электрическая прочность рассматриваемых устройств определяется как электрической прочностью используемых диэлектрических материалов, так и конструкционными особенностями изолируемых узлов. Это связано, в первую очередь, с тем, что электрическая прочность не является постоянной величиной. Она зависит от множества факторов, таких, как толщина изоляции, форма изолируемых электрических проводников, характера изменения напряжения и его частоты, длительности воздействия, температуры и др. факторов.

Электрическая прочность изоляции также зависит и от наличия, расположения и диэлектрической проницаемости изоляционных материалов, отличных от основной изоляции. В зависимости от этих факторов, возможный пробой может произойти в объеме изоляции или по границе различных сред. Пробой может развиться быстро, в результате перенапряжения, или он будет развиваться крайне медленно в результате старения изоляции или развития дефектов, например, в результате частичных разрядов. Механизмы появления и развития дефектов высоковольтной изоляции различны для газообразных, жидких и твердых сред. Применительно к слаботочным высоковольтным источникам питания необходимо разделять требования к изоляции высоковольтных трансформаторов и высоковольтных умножителей напряжения. В высоковольтных трансформаторах основным воздействующим фактором является переменное напряжение достаточно высокой частоты. В каскадных умножителях к переменному напряжению добавляется постоянное напряжение гораздо больших значений. Все эти факторы необходимо учитывать при проектировании изоляции для обеспечения длительного срока службы высоковольтных устройств.

Различные виды изоляционных материалов
1. Газовая изоляция
Без приложении внешнего электрического поля атомы и/или молекулы газа хаотично движутся, взаимодействуя друг с другом (Броуновское движение). За время между столкновениями частицы газа проходят некоторый путь, называемый длиной свободного пробега. Энергия взаимодействия при нормальных условиях, в среднем, недостаточна для ионизации. Количество заряженных частиц небольшое и находится в равновесном состоянии.

При достаточно высокой температуре молекулы газов могут обладать энергией, достаточной для ионизации. Т.е. может происходить термическая ионизация. Но такая ионизация становится заметной только при температурах в несколько десятках тысяч градусов. При нормальной температуре ионизационные процессы несущественны.

На процессы ионизации газа может оказывать высокочастотное электромагнитное излучение. При поглощении, например, фотона может происходить фотоионизация.

Приложение воздействия электростатического поля приводит к упорядоченному движению заряженных частиц. Это направленное движение накладывается на неупорядоченное тепловое движение не заряженных частиц газа. Заряженные частицы приобретают от электрического поля энергию и часть ее отдают при соударениях с атомами и молекулами газа. При этом могут происходить ионизационные процессы и увеличение числа носителей заряда. Происходит ударная ионизация.

Нейтральные молекулы могут образовывать ионы под действием на них электронов. Если в газовой среде присутствуют поверхности твердых тел, то эти поверхности могут эмитировать электроны.

Увеличение числа носителей заряда в газе приводит к пробою, если энергия носителей заряда при столкновениях будет превышать некоторую величину. Очевидно, что эта энергия связана с напряженностью внешнего электростатического поля.

[gt-e]

Обновление 23.11.2011г.