Тема IІІ.3. Газоподібні діелектрики та їхні властивості

Найбільш важливим з числа газоподібних діелектриків є повітря. У силу своєї загальної поширеності повітря повсюдно входить до складу електротехнічних установок і грає в них роль електроізоляційного матеріалу додатково до твердих і рідких діелектриків. В окремих частинах електротехнічних установок, наприклад, на ділянках повітряних ліній електропередачі між опорами, повітря утворить єдину ізоляцію між провідниками.

Крім повітря, у практичній електротехніці використовуються азот, що має таку ж електричну міцність, як і повітря, вуглекислий газ і водень, що мають меншу електричну міцність, а також так називані електронегативні гази, що відрізняються тим, що їхні молекули здатні приєднати до себе (захоплювати) вільні електрони, що рухаються, перетворюючи в такий спосіб у малорухомі негативні іони.

Для здійснення ударної іонізації цими іонами потрібна велика напруженість електричного поля, чим при іонізації електронами, тому електронегативні гази відрізняються підвищеною електричною міцністю. До них відносяться гази, що містять у своїх молекулах атоми фтору, брому і хлору, а саме: гексафорид сірки (елегаз), дихлордифторметан (фреон-12), трихлорфторметан (фреон-п), тетрахлорметан і фторфенатрен.

У природних умовах будь-який газ має початкову іонізацію, обумовлену впливом тепла, світла, радіації й інших факторів, тому якщо до розрядного проміжку підвести напруга, у ланцюзі виникне невеликий струм, що зростає зі збільшенням напруги (ділянка I, рис.2). При деякому значенні напруги струм перестає зростати (ділянку П). На цій ділянці відбувається нагромадження енергії зарядженими частками газу - електронами й іонами. Про подальше підвищення напруги швидкість заряджених часток зростає настільки, що при зіткненні їх з нейтральними частками газу відбувається іонізація, тобто утворення нових вільних електронів і позитивних іонів. У результаті струм різко зростає (ділянку Ш). Залежність струму, що проходить через газ, від прикладеної напруги називається вольт - амперною характеристикою (мал.2)..

Процес ударної іонізації супроводжується різким зменшенням питомого об'ємного опору і зростанням тангенса кута діелектричних втрат. Природно, що газоподібні діелектрики можуть використовуватися при напругах, що виключають процес ударної іонізації. У цьому випадку гази є гарними діелектриками, у яких питомий опір дуже великий , а тангенс кута діелектричних втрат малий .

Рис.2. Вольт-амперна характеристика для газоподібного діелектрика.

Крім відзначених випадків, гази використовуються як діелектрики в зразкових конденсаторах, газонаповнених кабелях, високовольтних вимикачах і т.д.

При вивченні теми варто ознайомитися з фізичною сутністю електричного пробою газу в однорідному електричної полі, особливостями пробою е нерівномірних електричних полях, звернувши увагу на форму електродів, що утворять нерівномірне електричне поле. Необхідно також розглянути залежність електричної міцності газів від різних факторів, у тому числі і від тиску (закон Пашена).

Потрібно вивчити особливості пробою газу на границі про твердий діелектрик.

На закінчення варто ознайомитися про методику визначення електричної міцності повітря в рівномірному і нерівномірному полях.