שיטות לשיפור חוזק החשמל של המדיה הגזית

על מנת להפחית את גודל מתקני הכוח, תמיד מקווה שאורך פער האוויר או מרחק הבידוד יהיו קטנים ככל האפשר. למטרה זו, יש לנקוט באמצעים לשיפור חוזק החשמלי של מדיום הגז. מנקודת מבט מעשית, ישנן שתי דרכים להגדיל את מתח הפירוק של פער האוויר: האחת היא לשפר את חלוקת השדה החשמלי בפער האוויר כדי להפוך אותו לאחיד ככל האפשר; השני הוא לנסות להחליש או לדכא את תהליך היינון במדיום הגז. השיטות הספציפיות הן:

1. שפר את צורת האלקטרודה לשיפור חלוקת השדה החשמלי

ככל שחלקת השדה החשמלי אחידה יותר, כך חוזק השדה הפירוק הממוצע של פער האוויר. לפיכך, ניתן להפחית את חוזק השדה החשמלי המקסימלי בפער האוויר, ניתן לשפר את חלוקת השדה החשמלי, ואת מתח הפירוק של פער האוויר ניתן להגדיל על ידי שיפור צורת האלקטרודה (הגדלת רדיוס העקמומיות של האלקטרודה, תוך ביטול השיער והפינות החדות על פני האלקטרודה וכו ').

שימוש בהגנה כדי להגדיל את רדיוס העקמומיות של האלקטרודה הוא שיטה נפוצה. נטילת פער האוויר "צלחת מוט" עם חוזק החשמלי הגרוע ביותר כדוגמה, אם מותקן כדור מתכת בקוטר מתאים בקצה מוט המוט, ניתן להגדיל את מתח הפירוק של פער האוויר.

לשקעי המתח הגבוה של מכשירים חשמליים רבים במתח גבוה (כמו הקצה העליון של מוט מדריך התותבים במתח גבוה של ציוד כוח) יש צורות חדות, ולעתים קרובות נדרשים כיסויי מיגון כדי להפחית את חוזק השדה המרבי בחלל הסמוך לשקעים ולהגדיל את מתח הקורונה. יש לבחור את צורתו וגודלו של כיסוי המגן כך שמתח ההתחלה של קורונה גדול יותר מהמתח העבודה המקסימלי של המכשיר לקרקע. כיסוי המגן הפשוט ביותר הוא כמובן עמוד מיגון כדורי.

דוגמאות ליישום עיקרון ההגנה לשיפור התפלגות השדה החשמלי בקווי העברת מתח מתח גבוה במיוחד כדי להגדיל את מתח ההתחלה של קורונה כוללים: אביזרי מגן (טבעות השוואת) המותקנות על מיתרי מבודד של קווי מתח גבוה במיוחד, ומוליכי קוטר מורחבים המשמשים בקווי מתח אולטרה-גב.

2. שימוש במטען שטח כדי לשפר את חלוקת השדה החשמלי

מכיוון שפריקה של קורונה חייבת להתרחש לפני שתפרק פער האוויר של שדה חשמלי לא אחיד במיוחד, בתנאים מסוימים, ניתן להשתמש במטען החלל שנוצר על ידי הפריקה עצמה גם כדי להתאים ולשיפור חלוקת השדה החשמלי בשטח כדי להגביר את מתח הפירוק של פער האוויר. נטילת פערי האוויר "צלחת החוט" ו"חוט החוט "כדוגמאות, כאשר קוטר החוט מצטמצם במידה מסוימת, מתח פירוק תדר ההספק של פער האוויר יגדל עם הפחתת קוטר החוט, וכתוצאה מכך כביכול" אפקט חוט דק ". הסיבה היא ששכבת מטען החלל האחידה שנוצרה על ידי פריקת הקורונה של החוט הדק יכולה לשפר את חלוקת השדה החשמלי בפער האוויר, וכתוצאה מכך עלייה במתח הפירוק; כאשר קוטר החוט גדול, מכיוון שמשטח החוט לא יכול להיות חלק לחלוטין, הפריקה של קורונה ופריקה בצורת מברשת יופיעו בחלקים מסוימים לפני שהקורונה הכללית האחידה תתרחש על כל פני השטח, כך שמתח הפירוק שלו דומה לזה של פער האוויר "צלחת המוט" או "מוט".

3. שימוש בחסמים

מכיוון שהתפלגות השדה החשמלי בפער האוויר ותהליך הפיתוח של פריקת הגז קשורים קשר הדוק לייצור, תנועה והפצה של חלקיקים טעונים במרחב הפער של האוויר, תוך הצבת מחסום עם צורה מתאימה ומיקום בפער האוויר שיכולים להפריע לתנועה של חלקיקים טעונים ולהתאים את חלוקת המטען המרחבי הוא גם דרך יעילה לשיפור חוזק החשמל של מדיום הגז.

המכשול עשוי מחומר מבודד, אך ביצועי הבידוד שלו אינם חשובים. מה שחשוב הוא האיטום שלו (היכולת לחסום חלקיקים טעונים). בדרך כלל הוא מותקן בפער הקורונה, ומשטחו בניצב לקווי החשמל.

השפעת המחסום תלויה במטען החלל של אותו סימן כמו האלקטרודה של קורונה שהיא חוסמת, כך שניתן יהיה להפחית את חוזק השדה החשמלי המרחבי בין האלקטרודה של קורונה למחסום, ובכך הופך את חלוקת השדה החשמלי של כל פער האוויר. למרות שחוזק השדה החשמלי המרחבי בין המכשול לאלקטרודה האחרת מוגבר בשלב זה, צורת השדה החשמלי שלה הופכת להיות יותר כמו השדה החשמלי האחיד בין שתי אלקטרודות שטוחות, כך שמשתפר את חוזק החשמל של כל פער האוויר.

מתח הפירוק של פער האוויר המחסום קשור הרבה למיקום ההתקנה של המכשול. אם מדובר בפער אוויר "מקל מקל", שתי האלקטרודות יקבלו פריקה של קורונה, ולכן יש להתקין את המחסום ליד שתי האלקטרודות כדי להשיג תוצאות.

תחת מתח דחף, השפעת המחסום קטנה יותר מכיוון שהמטען המרחבי שנצבר על המחסום פחות בשלב זה.

ברור שקשה למלא את המחסום תפקיד במקרה של שדה חשמלי אחיד או מעט לא אחיד.

4 השתמש בלחץ אוויר גבוה

חוזק החשמל של האוויר בלחץ רגיל נמוך יחסית, בערך 3 0 kV/ס"מ. גם אם ננקטים האמצעים לעיל לשיפור השדה החשמלי ככל האפשר, חוזק השדה הממוצע של הפירוק אינו יכול לעלות על גבול זה. ניתן לראות כי חוזק החשמל של האוויר בלחץ רגיל נמוך בהרבה מזה של מדיה מוצקה ונוזלית כללית. עם זאת, אם האוויר דחוס והלחץ גדול בהרבה מ- 0.1MPA (1ATM), ניתן גם לשפר משמעותית את חוזקו החשמלי שלו. הסיבה לכך היא בעיקר כי הגדלת לחץ האוויר יכולה להפחית מאוד את אורך הנתיב החופשי של האלקטרונים, ובכך להיחלש ולעכב את תהליך היינון. אם ניתן להחליף את האוויר על ידי כמה גזי חוזק חשמליים גבוהים (כמו הקספלואוריד גופרית) תוך שימוש בלחץ גבוה, ניתן להשיג תוצאות טובות יותר.

5. השתמש בגז חוזק חשמלי גבוה

מבין הגזים הרבים, כמה גזים אלקטרוניים מאוד המכילים יסודות הלוגן [כמו הקספלואוריד גופרית ופריון הם בעלי חוזק חשמלי גבוה במיוחד (גבוה בהרבה מהאוויר), כך שניתן לכנותם גזי חוזק חשמלי גבוהים. השימוש בגזים אלה כדי להחליף אוויר יכול כמובן להגדיל מאוד את מתח הפירוק של פער האוויר, ואפילו לערבב חלק מגזים כאלה לאוויר יכול להגדיל משמעותית את חוזק החשמל שלו.

יש לציין כי כדי שיוחל באופן מעשי של גז מסוג זה בהנדסה, זה לא מספיק כדי לסמוך אך ורק על חוזקו החשמלי הגבוה. עליהם גם לעמוד בדרישות אחרות מסוימות, כגון: ① טמפרטורת נזילה נמוכה (כך שניתן להשתמש בלחץ גז גבוה בו זמנית); ② יציבות כימית טובה, לא קלה להתפרק, לשרוף או להתפוצץ ולא לייצר חומרים רעילים כאשר מתרחשת הפריקה בגז; ③ לא קשה מדי לייצור ולא יקר מדי.

ישנם מעט מאוד גזים שיכולים לעמוד בכל הדרישות לעיל בו זמנית. נכון לעכשיו, גז החוזק החשמלי הגבוה היחיד שנמצא בשימוש נרחב בהנדסה הוא SF6 והגז המעורב שלו. בנוסף לחוזק החשמלי הגבוה שלו, ל- SF6 גז יש גם יכולת כיבוי קשתית מצוינת ותכונות טכניות קשורות אחרות הם גם די טובים. ציוד חשמל שונים ומכשירי חשמל משולבים סגורים העשויים מגז SF6 כמדיום מבודד ומדיום כיבוי קשת, בעלי סדרה של יתרונות מצטיינים, כגון שטח שטח רצפה ונפח שטח, פעולה בטוחה ואמינה, התקנה ותחזוקה מפושטים וכו ', כך שסיכויי הפיתוח רחבים מאוד.

6. השתמש בוואקום גבוה

השימוש בוואקום גבוה יכול גם להחליש את תהליך היינון ההתנגשות בפער האוויר ולהגדיל משמעותית את מתח הפירוק של פער האוויר. אם תהליך הפירוק בוואקום גבוה יוסבר לחלוטין על ידי תיאוריית פריקת הגז, מתח הפירוק שהתקבל יהיה גבוה במיוחד (בשלב זה, קשה לאלקטרונים להתנגש במולקולות ניטרליות בעת חציית המרחק הבין-אלקטרודה, וקשה לגרום ליינון התנגשות מספיק). עם זאת, המצב בפועל אינו כך. כאשר המרחק הבין-אלקטרודה הוא קטן, העוצמה החשמלית של ואקום גבוה אכן גבוהה מאוד ויכולה אפילו לחרוג מזה של גז SF6 דחוס. עם זאת, כאשר המרחק הבין-אלקטרודה עולה, המתח עולה לאט, ועוצמתו החשמלית נמוכה משמעותית מחוזק השדה הפירוק של הגז הדחוס. זה מצביע על כך שמנגנון הפירוק של ואקום גבוה השתנה בשלב זה, והופיע תהליך פיזי חדש, כך שהוא כבר לא יכול להיות מוסבר פשוט על ידי תיאוריית פריקת הגז הקודמת.

מחקרי פירוק ואקום מראים שכאשר המרחק הבין-אלקטרודה הוא קטן, פירוק הוואקום הגבוה קשור לפליטת השדה החזק על פני הקתודה. הזרם הנגרם על ידיו יגרום לחימום מקומי של האלקטרודה ולשחרר גז מתכת, ויגרום לתואר הוואקום לרדת ולגרום להתמוטטות; כאשר המרחק הבין-אלקטרודה גדול, הפירוק ייגרם על ידי מה שמכונה "אפקט מתח מלא". בשלב זה, ככל שהמרחק הבין-אלקטרודה והמתח הפירוק גוברים, האלקטרונים יכולים לצבור אנרגיה קינטית רבה כאשר הם טסים מהקתודה על פני הוואקום לאנודה. אלקטרונים בעלי אנרגיה גבוהה ישחררו יונים ופוטונים חיוביים בעת הפגזת משטח האנודה, אשר יחזקו את יינון פני השטח על הקתודה. פעולה חוזרת ונשנית זו תייצר יותר ויותר זרימת אלקטרונים, ותגרום לאידוד האלקטרודה ומובילה להתמוטטות הפער. זהו מה שמכונה "אפקט מתח מלא".

בגלל זה, ככל שהמרחק הבין-אלקטרודה גדל, חוזק השדה הממוצע של הפירוק יהיה קטן וקטן יותר. מתח הפירוק של פער הוואקום קשור לגורמים רבים כמו חומר אלקטרודה, גימור פני השטח וניקיון (כולל הכמות וסוג הגז הספוג), כך שהוא מפוזר מאוד.

אין מקרים רבים בהם ואקום גבוה משמש למעשה כמדיום מבודד בציוד כוח, בעיקר מכיוון שמשתמשים ברובם במדיה מוצקה או נוזלית שונים במבנה הבידוד של ציוד שונה. הם ישחררו בהדרגה גז בוואקום, ויקשו על שמירה על ואקום גבוה במשך זמן רב. נכון לעכשיו, ואקום גבוה משמש רק במפסקים ואקום. לאקום לא רק ביצועי בידוד טובים, אלא יש גם יכולת כיבוי קשתות חזקה, ולכן הוא עדיין מתאים מאוד למפסקים ואקום ברשתות הפצה.