Введение

Техника высоких напряжений имеет очень широкий спектр применений во многих областях современной индустрии. Важное место она занимает в развитии электроэнергетики России ХХ века для передачи все возрастающих мощностей электрической энергии на большие расстояния и обеспечения стабильной работы электроэнергетических систем. Основное преимущество высокого напряжения при электропередаче состоит в увеличении передаваемой мощности, которая возрастает пропорционально квадрату номинального напряжения. В связи с этим большое значение приобретают вопросы создания нового и совершенствования существующего комплекса высоковольтного оборудования, предназначенного для генерирования, передачи и распределения электрической энергии: генераторов, трансформаторов, конденсаторов, изоляции линий электропередачи и подстанций.

Высокое напряжение используется в электрофизических установках для решения задач мощной импульсной энергетики: ускорителях пучков заряженных частиц, мощных лазерах, установках управляемого термоядерного синтеза. Применяется в технологических процессах, таких как электросепарация, элекрофильтрация, электроокраска, магнитоимпульсная обработка, электрогидравлическая штамповка, плазмохимия, получение озона. Особая роль принадлежит такой быстроразвивающей области нанотехнологии, как синтез наноструктурных материалов с новыми свойствами. Синтез таких материалов проводится в специальных установках при воздействии концентрированных потоков энергии в виде потоков плазмы и пучков заряженных частиц, основным узлом которых является высоковольтный импульсный генератор.

В связи с этим изучение дисциплины «Техника высоких напряжений» приобретает все возрастающую важность.

Глава 1. Электрические разряды в диэлектрических средах

1.1. Электрические разряды в газах

Газовые разряды в зависимости от давления, конфигурации электродной системы, мощности источника питания подразделяются на коронный, тлеющий, искровой, дуговой и т. д. Разряды в газах зажигаются благодаря ионизационным взаимодействиям электронов и гамма-квантов с атомами и молекулами газа, приводящих к генерации и умножению электронов и ионов, их локализации и образованию плазмы.

1.1.1. Виды электрических полей

Многообразие видов электрических полей подразделяется на однородные, слабонеоднородные, резконеоднородные. Типичными примерами однородного поля является поле между двумя плоско-параллельными электродами с закругленными краями. Слабонеоднородное поле образуется в сферической системе электродов при расстоянии между электродами S меньше диаметра шара D (S/D). Резконеоднородное поле имеет место в электродной системе, когда один или оба электрода имеют малый радиус кривизны – острие–плоскость или острие–острие. Степень неоднородности электрического поля между электродами характеризуется коэффициентом неоднородности К_н, который равен отношению максимальной напряженности Е_макс к средней напряженности Е_ср поля между электродами:

. (1.1)

Средняя напряженность есть отношение напряжения, приложенного к электродам U, к расстоянию между электродами S:

. (1.2)

Максимальная напряженность зависит от геометрии электродов и расстояния между ними.

Для однородного поля коэффициент неоднородности К_н = 1, для слабонеоднородного К_н  3, для резконеоднородного К_н > 3.

Кроме этого, различают симметричную и несимметричную форму включения электродов. Симметричная форма: электроды имеют одинаковую форму, размеры и ни один из них не имеет заземления (рис. 1, а). Несимметричная форма: электроды имеют отличающуюся конфигурацию, размеры или один из них заземлен (рис. 1.1, б).

а б

Рис. 1.1. Формы электрических полей: а – симметричная форма электродов; б – несимметричная форма электродов