Является ли воздух диэлектриком. Воздух как диэлектрик: свойства, применение и особенности

Является ли воздух диэлектриком. Какими свойствами обладает воздух как изоляционный материал. Где применяется воздушная изоляция в электротехнике. Каковы преимущества и недостатки воздуха как диэлектрика. От чего зависит электрическая прочность воздуха.

Воздух как диэлектрик: основные свойства и характеристики

Воздух является одним из важнейших диэлектриков, широко используемых в электротехнике и энергетике. Рассмотрим основные свойства воздуха как изоляционного материала:

• Относительная диэлектрическая проницаемость воздуха близка к 1 (около 1,00058)
• Удельное объемное сопротивление сухого воздуха составляет 10^16-10^18 Ом*м
• Электрическая прочность воздуха при нормальных условиях — 3 кВ/мм
• Тангенс угла диэлектрических потерь воздуха крайне мал — порядка 10^-6

Таким образом, по своим электроизоляционным характеристикам воздух близок к вакууму и является хорошим диэлектриком. Однако его свойства сильно зависят от влажности, давления, температуры и других факторов.

Преимущества и недостатки воздуха как диэлектрика

Использование воздуха в качестве изоляции имеет ряд достоинств и ограничений:

Преимущества воздушной изоляции:

• Доступность и низкая стоимость
• Способность быстро восстанавливать электрическую прочность после пробоя
• Отсутствие старения и деградации свойств со временем
• Малые диэлектрические потери
• Высокая экологичность

Недостатки воздуха как диэлектрика:

• Относительно невысокая электрическая прочность
• Зависимость свойств от влажности и загрязнений
• Необходимость поддержания избыточного давления в некоторых устройствах
• Невозможность использования для механического крепления деталей
• Низкая теплопроводность

Несмотря на ограничения, благодаря доступности и уникальным свойствам, воздух остается одним из самых распространенных диэлектриков.

Области применения воздушной изоляции в электротехнике

Воздух как диэлектрик используется во многих электротехнических устройствах и системах:

• Воздушные линии электропередачи
• Воздушные выключатели высокого напряжения
• Разрядники и ограничители перенапряжений
• Воздушные конденсаторы
• Воздушные трансформаторы
• Изоляционные промежутки в распределительных устройствах
• Воздушные прослойки в силовых кабелях

В каких случаях применяют воздушную изоляцию? Обычно там, где требуется хорошая восстанавливаемость после пробоя, отсутствие старения, малые диэлектрические потери. Воздух незаменим для изоляции открытых токоведущих частей.

Факторы, влияющие на электрическую прочность воздуха

Электрическая прочность воздуха не является постоянной величиной и зависит от множества факторов:

• Давление воздуха — при повышении давления электрическая прочность возрастает
• Влажность — наличие влаги снижает электрическую прочность
• Температура — с ростом температуры прочность уменьшается
• Загрязнения и примеси в воздухе
• Неоднородность электрического поля
• Полярность и форма приложенного напряжения
• Время воздействия напряжения

Как изменяется электрическая прочность воздуха от этих факторов? Например, при увеличении давления в 2 раза электрическая прочность возрастает примерно в 1,5-1,7 раза. Повышение влажности с 50% до 100% снижает прочность на 10-15%.

Механизм пробоя воздушного промежутка

Пробой воздушного промежутка происходит в несколько стадий:

1. Начальная ионизация — появление свободных электронов под действием внешних факторов
2. Лавинный процесс — умножение электронов за счет ударной ионизации
3. Образование стримеров — тонких ионизированных каналов
4. Развитие лидерного разряда
5. Главный разряд — образование искрового канала

При каком напряжении происходит пробой воздуха? Для однородного поля при нормальных условиях пробивная напряженность составляет около 30 кВ/см. В резко неоднородных полях пробой может начинаться при меньших средних напряженностях из-за локального усиления поля.

Особенности воздушной изоляции в высоковольтной технике

В высоковольтных устройствах воздушная изоляция имеет ряд особенностей:

• Необходимость учета коронного разряда на острых кромках электродов
• Применение экранов для выравнивания электрического поля
• Использование избыточного давления для повышения электрической прочности
• Комбинирование с твердой изоляцией для увеличения прочности
• Контроль влажности и чистоты воздуха

Какие меры применяются для повышения электрической прочности воздушных промежутков? Основные способы: оптимизация формы электродов, использование составных изоляторов, применение элегаза вместо воздуха, регулирование давления и влажности.

Методы расчета и испытаний воздушной изоляции

Для проектирования высоковольтных устройств с воздушной изоляцией применяют следующие методы:

• Аналитические расчеты на основе эмпирических формул
• Компьютерное моделирование электрических полей
• Экспериментальные исследования на моделях
• Типовые и приемо-сдаточные испытания готовых изделий

Как проводятся испытания воздушной изоляции? Обычно это приложение испытательного напряжения промышленной частоты, грозовых и коммутационных импульсов. Измеряются пробивные напряжения, частичные разряды, распределение напряженности поля.

Перспективы развития воздушной изоляции

Несмотря на появление новых изоляционных материалов, воздух остается важнейшим диэлектриком. Основные направления совершенствования воздушной изоляции:

• Оптимизация геометрии электродов и изоляционных промежутков
• Применение комбинированной воздушно-твердой изоляции
• Использование защитных экранов и градирующих колец
• Совершенствование методов расчета и моделирования
• Разработка новых конструкций воздушных выключателей и разъединителей

Каковы перспективы применения воздушной изоляции? В обозримом будущем воздух сохранит свои позиции как основной изолятор в открытых распределительных устройствах, воздушных ЛЭП и других областях высоковольтной техники. Продолжится оптимизация воздушных промежутков для повышения компактности оборудования.

Воздух как диэлектрик — Студопедия

Поделись с друзьями: 

Определение электрической прочности воздуха в однородном

И неоднородном электрическом поле

Цель работы:

Задания:

1. Ознакомиться с теоретическими сведениями по работе.
2. Изучить принцип работы лабораторной установки.
3. Получить опытные значения электрической прочности воздушных промежутков.
4. Построить зависимости напряжения пробоя от толщины воздушных промежутков для электродов различной формы.
5. Проанализировать полученные данные.

Теоретические сведения

Воздух как диэлектрик

В качестве изоляции в различных электрических установках используются газы. Особенное место среди них занимает воздух. Он является естественной изоляцией многих электротехнических конструкций: трансформаторов, конденсаторов, воздушных выключателей, линий электропередачи.

Как диэлектрик, воздух имеет следующие положительные свойства: быстро восстанавливает свою электрическую прочность после пробоя, отсутствие старения, т.е. ухудшения свойств с течением времени, малые диэлектрические потери. Отрицательными свойствами воздуха как диэлектрика являются: невозможность использования его для закрепления деталей устройств, вследствие чего они применяются в сочетании с твёрдыми диэлектриками, невысокая электрическая прочность, способность увлажнятся, образовывать окислы и поддерживать горение, низкая теплопроводность.

Электрическая прочность воздуха не является величиной постоянной, а зависит от давления, относительной влажности, формы электродов и расстояния между ними, от вида напряжения, а также от полярности электродов.

Пробоем называется явление, приводящее к длительному или кратковременному образованию канала с высокой электрической проводимостью. Значение напряжения, при котором происходит пробой диэлектрика, называется пробивным напряжением, а соответствующее значение напряженности поля — электрической прочностью диэлектрика.

Электрическая прочность Е

пр, определяется пробивным напряжением U_пр, отнесённым к толщине диэлектрика в месте пробоя. Для практических целей удобно выражать пробивное напряжение в кВ, а толщину диэлектрика — мм, тогда Е_пр будет в кВ/мм.

Пробой газообразных диэлектриков всегда начинается с ударной ионизации. Электрический ток проводимости в какой либо среде, в частности в газах, возможен только в том случае, когда в ней имеются свободные заряженные частицы — электроны и ионы. В нормальном состоянии частицы газа — атомы и молекулы — нейтральны; газ в этом случае не проводит электрического тока. Однако под влиянием внешнего электрического поля в газах возникают свободные заряды в виде электронов, а также положительных и отрицательных ионов.

Ударная ионизация вызывается соударениями электронов и ионов с нейтральными атомами и молекулами газа. Для начала ударной ионизации необходимо, чтобы кинетическая энергия электронов, разгоняемых электрическим полем, стала больше энергии ионизации.

Явление пробоя газа зависит от степени однородности электрического поля, в котором осуществляется пробой

---

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:  

---



Пояснения к ТН ВЭД 8532900000

База кодов ТН ВЕД → РАЗДЕЛ XVI. Машины, оборудование и механизмы; электротехническое оборудование; их части; звукозаписывающая и звуковоспроизводящая аппаратура, аппаратура для записи и воспроизведения телевизионного изображения и звука, их части и принадлежности → Электрические машины и оборудование, их части; звукозаписывающая и звуковоспроизводящая аппаратура, аппаратура для записи и воспроизведения телевизионного изображения и звука, их части и принадлежности → Конденсаторы электрические постоянные, переменные или подстроечные: → — части → Пояснения

8532 — Конденсаторы электрические постоянные, переменные или подстроечные:

8532	Конденсаторы электрические постоянные, переменные или подстроечные:
8532 10 000 0	— конденсаторы постоянной емкости для электрических цепей с частотой 50/60 Гц и рассчитанные на реактивную мощность не менее 0,5 кВА (конденсаторы силовые)
	— конденсаторы постоянной емкости прочие:
8532 21 000 0	— — танталовые
8532 22 000 0	— — алюминиевые электролитические
8532 23 000 0	— — керамические однослойные
8532 24 000 0	— — керамические многослойные
8532 25 000 0	— — с бумажным или пластмассовым диэлектриком
8532 29 000 0	— — прочие
8532 30 000 0	— конденсаторы переменной емкости или подстроечные
8532 90 000 0	— части

Электрические емкости (или конденсаторы) состоят в принципе из двух проводящих поверхностей, разделенных изолирующим материалом (диэлектриком), например, воздухом, бумагой, слюдой, маслом, смолами, резиной и пластмассой, керамикой или стеклом.

Они используются в различных целях во многих отраслях электротехники (например, для повышения коэффициента мощности цепей переменного тока, для образования сдвинутых по фазе токов для вращающихся полей в асинхронных двигателях, для защиты электрических контактов от явления искрения, для накапливания и расходования заданных количеств электричества, в колебательных контурах, в частности, фильтрах, а также очень широко в радиотехнике, телевидении или телефонной связи или для оборудования в промышленной электронике).

Их характеристики (форма, размер, емкость, природа диэлектрика и т.д.) зависят от их конкретного применения. Эта товарная позиция включает, однако, в себя все конденсаторы безотносительно к их конкретному применению (включая эталонные конденсаторы, используемые в лабораториях или в многочисленных измерительных приборах, специально изготовленные с жесткими допусками и предназначенные оставаться с неизменными характеристиками в течение срока службы).

В эту товарную позицию также включаются конденсаторы, сгруппированные на плате или в корпусе (например, некоторые конденсаторы с высоким коэффициентом мощности и магазины емкостей, состоящие из ряда эталонных конденсаторов со средством подсоединения их вместе, последовательно или параллельно, чтобы получить любую требуемую величину емкости).

(А) Постоянные емкости

Постоянными емкостями являются емкости, в которых электрическая емкость не может быть изменена. Главными типами являются сухие конденсаторы, пропитанные «маслом» конденсаторы, насыщенные «газом» конденсаторы, заполненные «маслом» конденсаторы, а также электролитические конденсаторы.

(1) В сухих конденсаторах пластины и диэлектрик обычно выполнены в виде наложенных поверх пластин или сворачиваемой в рулон ленты или фольги. В некоторых сухих конденсаторах металлическое покрытие соединяется благодаря химическому или тепловому процессу с постоянным диэлектриком. Сухие конденсаторы могут быть заключены в снабженный зажимами магазин емкостей или могут быть использованы без магазина-короба.

(2) Пропитанные «маслом» конденсаторы аналогичны сухим конденсаторам, но в них диэлектрик, который обычно состоит из пластмассовой пленки или пластмассовой пленки и бумаги, пропитывается маслом или другой жидкостью.

(3) Насыщенные «газом» конденсаторы являются конденсаторами, которые состоят из двух или более электродов, разделенных газом, отличным от воздуха и являющимся диэлектриком.

(4) В некоторых случаях конденсатор («заполненный маслом конденсатор») помещается в сосуд, заполненный маслом или другой подходящей жидкостью, причем многие конденсаторы включают в себя вспомогательные устройства, такие как манометры и предохранительные клапаны.

(5) В электролитических конденсаторах одна из пластин обычно выполняется из алюминия или тантала, в то время как роль другой пластины выполняет соответствующий электролит, к которому подводится ток посредством электрода, иногда аналогичного по форме алюминиевой или танталовой пластине. Электролитическое воздействие образует на алюминии или тантале тонкий слой сложных химических соединений, который после этого образует диэлектрик. Конден-

сатор иногда закладывают в корпус, но обычно наружный электрод сам образует корпус; эти конденсаторы часто устанавливаются со штырьковым цоколем, аналогичным цоколю электронной лампы. Некоторые конденсаторы этого типа, содержащие электролит в пастообразной форме, также называются «сухие электролитические конденсаторы».

(Б) Переменные емкости

Переменными емкостями являются емкости, в которых электрическая емкость может быть изменена по требованию. В большинстве случаев воздух является диэлектриком и пластины обычно состоят из двух групп металлических пластин: из одной неподвижной группы и другой, установленной на оси поворотно таким образом, что ее пластины могут проходить между неподвижными пластинами. Угол, на который подвижные пластины (роторы) поворачиваются и перекрывают неподвижные пластины (статоры), изменяет электрическую емкость конденсатора.

(В) Предварительно настраиваемые или регулируемые емкости

Предварительно настраиваемые или регулируемые конденсаторы (включая подстроечные конденсаторы) являются конденсаторами, в которых электрическая емкость может быть отрегулирована внутри узких пределов на точное значение. Такая регулировка может быть выполнена различными способами. В некоторых типах расстояние между пластинами может меняться посредством винта. Другие типы состоят из двух металлических цилиндров, один из которых может быть смещен в изменяемой степени внутри другого, или состоят из двух взаимно подвижных полукругов.

Обычно используемым диэлектриком является, например, слюда, керамика, пластмасса или воздух.

Части

В соответствии с общими положениями, касающимися классификации частей (см. Общие положения пояснений к разделу XVI), части конденсаторов также классифицируются здесь.

***

В эту товарную позицию не входят некоторые синхронные двигатели, используемые для улучшения коэффициента мощности, хотя они часто называются «синхронными конденсаторами» (товарная позиция 8501).

Пояснения к субпозициям

Субпозиция 8532 23

Эта субпозиция охватывает однослойные керамические конденсаторы постоянной емкости, которые выполнены в форме дисков или трубок.

Субпозиция 8532 24

Эта субпозиция охватывает многослойные керамические конденсаторы постоянной емкости, которые имеют соединительные проводники или выполнены в виде кристаллов.

Диэлектрическая проницаемость воздуха на радиочастотах | Журнал прикладной физики

Skip Nav Destination

Исследовательская статья| 22 декабря 2004 г.

Л. Г. Гектор;

Х. Л. Шульц

Физика 7, 133–136 (1936)

https://doi.org/10.1063/1.1745374

История статьи

Получено:

16 ноября 1935

• Взгляды
  • Содержание артикула
  • Рисунки и таблицы
  • Видео
  • Аудио
  • Дополнительные данные
  • Экспертная оценка
• Делиться
  • Твиттер
  • Фейсбук
  • Реддит
  • LinkedIn
• Инструменты

  • Перепечатки и разрешения

  • Иконка Цитировать Цитировать

• Поиск по сайту

Цитирование

Л. Г. Гектор, Х. Л. Шульц; Диэлектрическая проницаемость воздуха на радиочастотах. Физика 1 апреля 1936 г.; 7 (4): 133–136. https://doi.org/10.1063/1.1745374

Скачать файл цитаты:

• Рис (Зотеро)
• Менеджер ссылок
• EasyBib
• Подставки для книг
• Менделей
• Бумаги
• КонецПримечание
• РефВоркс
• Бибтекс

панель инструментов поиска

Расширенный поиск |Поиск по цитированию

Гетеродинный частотный метод определения диэлектрической проницаемости применен для измерения диэлектрической проницаемости воздуха с приложенной частотой поля

0 циклов в секунду. Сигналы радиовещания, очищенные от модуляции, использовались как источники переменного тока постоянной высокой частоты. Генератор с электронной связью использовался в цепи, содержащей тестовый конденсатор.

Оба источника высокой частоты были изолированы от детектора через буферные каскады усиления. Определение частот биений производили путем фоторегистрации на двухстрочном осциллографе. Диэлектрическая проницаемость 1,00058986 ± 0,00000050 найдена для воздуха при нормальном давлении и температуре. Этот результат хорошо согласуется с результатами других исследователей для более низких частот приложенного поля и для статических измерений.

Темы

Диэлектрические свойства, Электрические токи, Метод обработки сигнала

Этот контент доступен только в формате PDF.

В настоящее время у вас нет доступа к этому содержимому.

У вас еще нет аккаунта? регистр

электростатика — Напряжение пробоя диэлектрика воздуха в зависимости от электрического поля во время грозы

спросил 1 год, 4 месяца назад

Изменено 1 год, 4 месяца назад

Просмотрено 450 раз

$\begingroup$

Диэлектрическая прочность воздуха (т. е. максимальное электрическое поле, которое материал может выдержать в идеальных условиях, не подвергаясь электрическому пробою и не становясь электропроводным) составляет 3 МВ/м (согласно Википедии). Я читал много статей, где для защиты некоторых объектов от молнии, как в Космическом центре Кеннеди, величина электрического поля измеряется приборами, называемыми мельницами электрического поля, и где молния считается возможной с определенного порога. Этот порог обычно принимается в пределах от 1 кВ/м до 3 кВ/м (см. стр. 4 этой статьи), что даже близко не соответствует 3 МВ/м, необходимым для того, чтобы сделать воздух электропроводным. Есть ли причина этого кажущегося противоречия? Спасибо.

• электростатика
• электричество
• напряжение
• диэлектрик
• молния

$\endgroup$

1

$\begingroup$

Начать хотелось бы с того, что Ваш вопрос напрямую связан с основной нерешенной проблемой атмосферного электричества, т. е. инициированием молнии. В частности, как вы упомянули, в то время как для электрического пробоя воздуха требуется огромное электрическое поле, десятилетия измерений электрического поля в грозовых облаках на воздушном шаре, например, Дуайер и Уман, Физика молнии, Physics Reports , 534, 147–241, 2014, с. 167 не удалось найти напряженности электрического поля, достаточно большой, чтобы вызвать электрический разряд, который мы обычно наблюдаем внутри грозовых облаков в виде молнии. Диапазон измеряемых электрических полей обычно на 1-2 порядка меньше поля пробоя. Важным отличием здесь является тот факт, что к моменту, когда электрическое поле грозового облака приближается к полю пробоя, разряд (молнии) скорее всего уже начался. Молния происходит в несколько этапов, один из которых — переход от стримера к лидеру. Стримеры — это очень маленькие нетепловые газовые разряды, которые присутствуют перед лидером молнии (огромные ветви вспышки молнии, которые мы наблюдаем, выходящие из облаков или путешествующие сквозь облака). Уже было продемонстрировано, что стримеры могут распространяться в электрических полях ниже электрического поля пробоя и, следовательно, могут способствовать генерации молнии.

Другой способ понять процесс возникновения молнии очень похож на усиление фонового электрического поля на поверхности проводника. Из электромагнитной теории мы знаем, что электрическое поле на проводнике может быть в $\sim 3$ больше фонового поля. Одна из идей решения проблемы возникновения молнии рассматривает гидрометеоры, т. е. жидкие или ледяные частицы в облаках. Идея состоит в том, что присутствие гидрометеоров локально усиливает поле вблизи их поверхностей как за счет находящихся на них зарядов, так и за счет их поляризации. В этом случае локальное усиление поля может привести к электрическому пробою (например, Jansky and Pasko, 2020).

Надеюсь, это ответ на ваш вопрос. Пожалуйста, дайте мне знать, если что-то неясно или у вас есть другие вопросы.

$\endgroup$

Зарегистрируйтесь или войдите в систему

Зарегистрируйтесь с помощью Google

Зарегистрироваться через Facebook

Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания и подтверждаете, что прочитали и поняли нашу политику конфиденциальности и кодекс поведения.