Вольт-секундные характеристики воздушных промежутков. 
Кривая эффекта

При кратковременных импульсах значение разрядного напряжения воздушных промежутков зависит от продолжительности воздействия. Если к промежутку приложено напряжение, достаточное для пробоя, то для развития и завершения разряда в промежутке необходимо определенное время 1_Р, называемое предразрядным временем [4].

При достаточно большой длительности фронта импульса имеет значение холостое время t, представляющее собой время подъема напряжения до значения Uq (рис. 1.20). Развитие самостоятельного разряда начинается с появления в промежутке эффективного начального электрона, что является случайным событием. Время ожидания эффективного электрона t_c подвержено разбросу и называется поэтому статистическим временем запаздывания разряда. Последней составляющей, имеющей также статистический характер, является время формирования разряда /ф, т. е. время от момента появления начального электрона до завершения пробоя промежутка. Таким образом, время разряда.

Рис. 1.20. Составляющие времени разряда.

t_P = t| + t_c+ 1ф.

Если длительность приложенного к промежутку импульса меньше времени разряда, то пробоя нс произойдет, хотя значение напряжения было бы достаточным для этого при длительном воздействии напряжения.

Составляющие времени разряда t_c и зависят от значения напряжения на промежутке. При увеличении напряжения повышается вероятность того, что появляющиеся в промежутке электроны станут эффективными, и t_c уменьшается. Сокращается также и г_ф, поскольку при большем напряжении возрастает интенсивность разрядных процессов в промежутке. Поэтому чем выше разрядное напряжение, тем меньше время разряда.

Зависимость напряжения разряда от предразрядного времени называется вольт-секундной характеристикой изоляции. Поскольку начало и скорость развития ионизационных процессов зависят от значения напряжения, вольт-секундныс характеристики зависят от формы импульса.

С целью унификации испытаний и возможности сопоставления изоляционных конструкций установлен стандартный грозовой импульс 1,2/50 мкс (рис. 1.21). Для экспериментального определения вольт-секундной характеристики на исследуемый промежуток подаются импульсы стандартной формы. При каждом значении максимального напряжения импульса производится серия опытов, в которых фиксируется разрядное напряжение и время разряда. Если разряд происходит на фронте, то за разрядное напряжение принимается мгновенное значение напряжения в момент разряда, если разряд происходит на амплитуде или за ней, то за разрядное напряжение принимается его амплитудное значение. В силу статистического разброса времени разряда вольт-секундная характеристика получается в виде области точек (рис. 1.22), для которой указываются средняя кривая, и границы разброса времени разряда.

Рис. 1.21. К определению параметров импульса.

Рис. 1.22. К построение вольт-секундной характеристики.

Вид вольт-секундной характеристики зависит от степени неоднородности электрического поля в промежутке. Для промежутков с однородным или слабо неоднородным полем вольт-секундная характеристика параллельна оси абсцисс (рис. 1.23, кривая /), и только при временах разряда порядка 1 мкс и меньше разрядное напряжение увеличивается. Связано это с тем, что разряд в таких промежутках формируется за весьма малое время при напряжении, равном начальному значению. Отмеченные свойства вольт-секундной характеристики позволяют использовать промежуток между шаровыми электродами, где поле практически однородно, в качестве универсального прибора для измерения максимальных значений напряжения, если расстояние между электродами меньше их радиуса.

Рис. 1.23. Вид вольтсекундных характеристик для промежутков с однородным I и неоднородным 2 электрическим нолем (грозовые импульсы) Вольт-секундные характеристики промежутков с резко-неоднородным полем (рис. 1.23, кривая 2) имеют достаточно большую кривизну, поскольку в таких промежутках время формирования очень сильно зависит от значения приложенного напряжения. Для таких промежутков при грозовых импульсах характерны большие разрядные напряжения, чем при переменном напряжении частотой 50 Гц. Отношение.

где U_p — импульсное разрядное напряжение, (/. — разрядное напряжение при переменном напряжении частотой 50 Гц, называется коэффициентом импульса.

Промежутки с однородным и слабо неоднородным полями имеют К_тт = 1 практически во всем диапазоне времен разряда.

При коммутационных импульсах разряд происходит на фронте импульса. Вольт-секундные характеристики, полученные для одного и двух метров длины воздушных промежутков при разных крутизнах фронта импульса, имеют минимум [5J (рис. 1.24).

Эксперименты показывают, что разбросы значений разрядного напряжения воздушных промежутков соответствуют нормальному закону распределения (распределению Гаусса). Интегральная функция распределения вероятности возникновения разряда при напряжении U (рис. 1.25) описывается выражением.

где

Рис. 1.24. Зависимость разрядных напряжений промежутка «стержень — плоскость» от крутизны фронта коммутационных импульсов напряжения.

Рис. 1.25. Интегральная функция распределения вероятности разрядных напряжений.

Отношение Р = N/N_n, где N — число разрядов, No — общее число приложений напряжения, представляет собой вероятность пробоя промежутка при данном напряжении. Зависимость P (U_mM) от величины U_nVM, которую называют кривой эффекта, внешне похожа на функцию распределения случайных величин. В приведенной выше формуле U5о% — максимальное значение импульса напряжения, при котором разряд наступает в 50% всех случаев подачи напряжения; о — мера крутизны зависимости Р (?/_макс). Название «кривая эффекта» подчеркивает, что рассматривается функциональная зависимость вероятности пробоя от неслучайного аргумента (максимального значения воздействующего импульса), причем (/₅₀% и п лишь формально выполняют роли математического ожидания и среднего квадратического отклонения.

Относительное значение среднеквадратического отклонения разрядных напряжений.

называется стандартом распределения или коэффициентом вариации.

Стандарт кривой эффекта [5] при грозовых импульсах составляет 2−4%, а при коммутационных импульсах стандарт распределения выше, чем при других видах напряжения, и оценивается значением с = 4−8%.