Барьерный эффект

Существенное влияние объемного заряда на развитие разряда в промежутке с резконеравномерным полем используется на практике для увеличения разрядных напряжений изоляционных промежутков. Это увеличение достигается помещением в промежуток барьеров из твердого диэлектрика (электрокартон, гетинакс и др.). При положитель­ном острие положительные ионы оседают на барьер и растекаются по его поверхности тем равномернее, чем дальше от острия расположен барьер. Это приводит к более равномерному распределению напряжен­ности в промежутке между барьером и плоскостью (рис. 1.12, а) и, сле­довательно, к значительному увеличению разрядного напряжения.

При отрицательной полярности стержня электроны, двигаясь от острия, попадают на барьер, теряют скорость и большинство из них вместе с атомами кислорода становятся отрицательными ионами. На барьере в этом случае появляется концентрированный отрицательный заряд, увеличивающий напряженность поля не только между положительным объемным зарядом у острия и барьером, но и во внешнем про­странстве (рис. 1.12, б). Поэтому при отрицательной полярности острия увеличение разрядного напряжения в промежутке при наличии барьера будет незначительным. При расположении барьера в средней части промежутка, разрядные напряжения при отрицательной и положитель­ной полярностях близки. При расположении барьера в непосредст­венной близости от положительного острия роль его уменьшается вследствие резкой неравномерности распределения зарядов на барьере. Напряженность поля оказывается достаточной для того, чтобы иониза­ционные процессы проходили но другую сторону барьера. Барьер, рас­положенный в непосредственной близости от отрицательного острия, не способен задерживать быстрые электроны с острия, которые проходят сквозь барьер к плоскости.

Рис. 1.12. Распределение напряженности поля в межэлектродном промежутке при наличии барьера: а) — положительная полярность стержня; б) — отрицательная полярность стержня; 1 — распределение напряженности поля без барьера; 2 — распределение напряженности поля с барьером

Таким образом, барьеры в промежутке устанавливаются на та­ком оптимальном расстоянии от острия, при котором разрядные напря­жения максимальны (25-30 % от длины промежутка между электрода­ми), причем при положительной полярности острия разрядное напряже­ние может увеличиться в 2 раза по сравнению с промежутком без барье­ра (рис. 1.13).

Рис. 1.13. Влияние барьера на пробивное напряжение газового про­межутка при положительной (1, 3) и отрицательной (2, 4) полярностях на­пряжения: 1,2 — пробивное напряжение промежутка без барьера; 3, 4 — пробив­ное напряжение промежутка с барьером

Барьеры широко используются в высоковольтных конструкциях, работающих как в воздухе, так и в масле (высоковольтные вводы, трансформаторы и др.). На переменном напряжении электрическая прочность на положительной полярности увеличивается и приближается к электрической прочности на отрицательной полярности.