С.М. КОРОБЕЙНИКОВ
ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ
В ГАЗООБРАЗНЫХ, ЖИДКИХ
И ТВЕРДЫХ ДИЭЛЕКТРИКАХ
ПРОЦЕССЫ В ЖИДКОСТЯХ
Утверждено Редакционно-издательским советом университета
в качестве учебного пособия
НОВОСИБИРСК
2010
УДК 621.315.61 (075.8)
К 68
Рецензенты: <...> Электрофизические процессы в газообразных, жидких и
твердых диэлектриках. <...> Задание по определению размеров и формы пор .................. 115
4
Введение
Основные вопросы, которые рассмотрены в пособии, – это вопросы
электропроводности и пробоя жидких диэлектриков, в частности: происхождение носителей заряда, особенности их движения, экспериментальные закономерности пробоя в зависимости от наличия примесей,
от давления, температуры, длительности импульса, влажности и т. п., а
также модели зажигания разряда. <...> В приложениях кратко описаны лабораторная работа, основанная на пузырьковой модели зажигания разряда, предложенной автором, а также задание по оценке размеров и
формы пузырьков в жидкой электрической изоляции по результатам
измерений частичных разрядов в реальных трансформаторах тока. <...> В отличие от газов пробой жидкостей сопровождается другими физическими явлениями, например образованием парогазовой фазы. <...> Это,
по крайней мере частично, сводит пробой жидкостей к пробою газов. <...> Если для газа электрическая прочность составляет порядка 30 кВ/см, то для жидкости – 300 кВ/см и более. <...> 2) в электротехнологиях: пробивать так, чтобы меньше энергии
тратить на сам пробой, а больше энергии переводить в другие виды,
полезные для технологических целей, например в ударную волну. <...> Здесь t –
длительность воздействия напряжения (импульса), ω – частота. <...> Традиционно считалось, что вода является проводником, но для
экспериментов в наносекундной области, как выясняется, вода – это
диэлектрик, причем с учетом высокой электрической прочности хороший диэлектрик. <...> В твердом диэлектрике: движутся электроны и дырки, ионы вморожены и практически неподвижны, количество электронов зависит <...>
Электрофизические_процессы_в__газообразных,_жидких_и_твердых_диэлектриках._Процессы_в_жидкостях.pdf
Министерство образования и науки Российской Федерации
НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
__________________________________________________________________________
С.М. КОРОБЕЙНИКОВ
ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ
В ГАЗООБРАЗНЫХ, ЖИДКИХ
И ТВЕРДЫХ ДИЭЛЕКТРИКАХ
ПРОЦЕССЫ В ЖИДКОСТЯХ
Утверждено Редакционно-издательским советом университета
в качестве учебного пособия
НОВОСИБИРСК
2010
Стр.1
УДК 621.315.61 (075.8)
К 68
Рецензенты:
А.Г. Овсянников, д-р техн. наук, проф.;
Л.А. Дарьян, д-р техн. наук, доц.
Коробейников С.М.
К 68
Электрофизические процессы в газообразных, жидких и
твердых диэлектриках. Процессы в жидкостях : учеб. пособие /
С.М. Коробейников. – Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2010. – 116 с.
ISBN 978-5-7782-1397-5
В пособии рассматриваются вопросы появления носителей зарядов,
электропроводности, электрического пробоя жидких диэлектриков
на основе исследований автора. Показаны механизмы явлений,
рассмотрены методы влияния на них.
Пособие предназначено студентам, обучающимся специальностям:
140201 «Высоковольтная электроэнергетика и электротехника»,
140400 «Электроэнергетика и электротехника».
Работа частично поддержана грантами РФФИ и Минобразования РФ.
Работа подготовлена на кафедре безопасности труда
УДК 621.315.61 (075.8)
ISBN 978-5-7782-1397-5
© Коробейников С.М., 2010
© Новосибирский государственный
технический университет, 2010
Стр.2
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение .................................................................................................................. 5
1. Жидкие диэлектрики ....................................................................................... 6
1.1. Диэлектрическое и резистивное состояния ............................................ 6
1.2. Отличия жидкого состояния от газообразного и твердого .................... 7
1.3. Основные характеристики ........................................................................ 8
1.4. Используемые и перспективные жидкие диэлектрики ........................ 10
2. Введение в процессы в газах ......................................................................... 22
2.1. Элементарные процессы в газе. Лавина, стример, лидер .................... 22
2.2. Основные зависимости ........................................................................... 28
2.3. Закономерности импульсного пробоя газов ......................................... 30
3. Современные представления об электропроводности жидкостей ....... 30
3.1. Появление носителей заряда .................................................................. 31
3.2. Движение носителей заряда ................................................................... 35
3.3. Приэлектродные явления ....................................................................... 38
3.4. Двойной электрический слой ................................................................. 39
3.5. Эмиссия носителей заряда и электродные реакции ............................. 42
3.6. Роль частиц в электропроводности ....................................................... 44
3.7. Порог ударной ионизации ...................................................................... 46
4. Экспериментальные данные и зависимости электрического пробоя
жидкостей .................................................................................................. 47
4.1. Введение .................................................................................................. 47
4.2. Зависимости от физических свойств жидкостей .................................. 50
4.3. Зависимость от внешних факторов ....................................................... 54
4.4. Влияние примесей. Растворимые добавки ............................................ 59
4.5. Нерастворимые примеси ........................................................................ 68
3
Стр.3
5. Модели электрического пробоя ................................................................... 73
5.1. Ионизационные модели .......................................................................... 74
5.2. Тепловые модели..................................................................................... 78
5.3. Кавитационные модели .......................................................................... 79
5.4. Пузырьковая модель зажигания импульсного электрического
пробоя ....................................................................................................... 81
6. Электрооптические методы исследования электрофизических
процессов ........................................................................................................ 104
6.1. Возможности использования эффекта Керра для измерения высоких
напряжений ................................................................................. 105
6.2. Измерения электрических полей и изучение электрофизических
процессов ............................................................................................... 109
Библиографический список ............................................................................... 113
Приложения ......................................................................................................... 114
Приложение 1. Компьютерное моделирование предпробивных процессов
.............................................................................................. 114
Приложение 2. Задание по определению размеров и формы пор .................. 115
4
Стр.4