Оценка максимальных напряженностей поля

Физические процессы при разрядах в общем случае так сложны, что они не могут быть непосредственно привлечены к определению размеров и уровня изоляции. Поэтому в технике имеют значение оценки, в том числе и на эмпирической основе, с помощью которых можно просто найти точку опоры при определении уровня изоляции.

Коэффициент Швайгера

Коэффициент электродной системы, введённый Швайгером, позволяет сравнивать сложную электродную систему с простой электродной системой, имеющей однородное распределение поля, например с полем плоского конденсатора. Расстояние между электродами сложной и простой систем выбирается одинаковым. Тогда коэффициент Швайгера имеет вид:

, (3.26)

где U – приложенное напряжение, a - наименьшее расстояние между электродами, которое называется также пробивным расстоянием, E_max – максимальное значение напряженности.

Отношение U/a можно считать средней напряженностью. Тогда коэффициент Швайгера характеризует отношение средней напряженности поля к максимальной. Он зависит только от геометрических размеров. В русскоязычной литературе более распространенной является величина, обратная коэффициенту Швайгера, которая называется коэффициентом (степенью) неоднородности поля.

Для однородного поля плоского конденсатора h=1. Чем выше неоднородность поля, тем меньше коэффициент поля h. Для оптимизированного сферического конденсатора с отношением радиусов внешнего и внутреннего электродов r₂/r₁=2 - h=0,5.

Применение коэффициента Швайгера для выбора размеров устройств облегчается наличием справочных данных по электродным системам и коэффициентам h, рассчитанным точно или приближенно для каждой системы. Поскольку пробой происходит при достижении напряженности зажигания дуги для данного диэлектрика (газа), по коэффициенту Швайгера можно оценить пробивное напряжение какой-либо электродной системы. Разрядное напряжение совпадает с начальным напряжением только в случае однородного или слабо неоднородного поля. Для таких полей коэффициент h находится в пределах 1¸0,3.

В технике высоких напряжений часто возникают проблемы, связанные с пробоем между перекрещивающимися цилиндрами (проводниками), находящимися под высоким напряжением (рис.3-8). Разрядное напряжение такой системы можно с запасом оценить по разрядному промежутку шар-шар. Радиус шаров принимается равным радиусу цилиндров, а расстояние между шарами выбирается равным расстоянию между цилиндрами. В свою очередь промежуток шар-шар может быть заменён промежутком шар- плоскость при вдвое меньшем расстоянии между ними.