автореферат диссертации по энергетике, 05.14.12, диссертация на тему:Электрическая прочность газовых разрядных промежутков с неоднородным тепловым полем

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ УКРАИНЫ (КИЕВСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ)

РГБ ОД

2 1 ДВГ 1995 На правах рукописи

СЕРДЕК Юрий Викторович

ЭЛВПгаЧВСКАЯ ПРОЧНОСТЬ ГАЗОВЫХ РАЗРЯДНЫХ ПРОМЕЖУТКОВ С НЕОДНОРОДНЫ! ТКПЛОВШ ПОЛЕМ

Специальность 05.14.12 - Техника высоких напряжений

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Киев - 1995

Диссертацией является рукопись.

Работа выполнена в Институте электродинамики HAH Украины

Научный руководитель -

кандидат технических наук старший научный сотрудник Е И. «альковский

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук

Р. Е Ганефельд, кандидат технических наук В. Е Кириленко

Ведущая организация - Институт электросварки

им. Е. 0. Пагона ВАН Украины

Защита диссертации состоится "_" Сентдвря 1995 г.

в У5" часов на заседании специализированного совета К 01.02.19 по присуждению ученой степени кандидата технических наук в Национальном техническом университете Украины по адресу. 252056, г. Киев-5б, проспект Победы, 37, корп. 20, ауд. а

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Национального технического университета Украины (КПИ).

Автореферат разослан 1995 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук, профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Создание современных электрофизических устройств и новых электротехнологий невозможно без знаний о свойствах диэлектриков при комплексном воздействии на них различных типов полей - электрических, магнитных, радиационных, тепловых и др. В частности, при разработке и проектировании целого ряда объектов новой техники (некоторые энергетические, электротехнические и плазменно - технологические установки) необходима информация об изоляционных свойствах диэлектриков в условиях высоких электрических и тепловых нагрузок. При этом известно, что основой электроизоляционных систем высокотемпературных устройств при температурах вьие -1000 К является газовая среда. Поэтому, для определения принципов построения и координации изоляции, наряду со знаниями о закономерностях поведения твердых диэлектриков, первостепенное значение имеют данные о характеристиках нагретых газовых сред. Среди них основным параметром, определяющим изоляционную.способность газа, является электрическая прочность.

Подавляющее большинство исследований электрической прочности газов при высоких температурах, известных к настоящему времени, выполнены для случая изотермического нагрева. Однако на практике наиболее часто встречаются условия, когда газовый разрядный промежуток подвергается неоднородному (т.е. неизотермическому) нагреву, в частности, вследствие различия температур электродов. Сведения об изоляционных свойствах газов в таких условиях крайне ограничены, а имеющиеся данные не поддаются обобщению, поскольку получены в промежутках с электрическими полями различной степени неоднородности.

Отмеченные обстоятельства делают задачу исследований изоляционных свойств неоднородно нагретых газовых сред актуальной, имеющей научную и практическую значимость.

Цель работы - исследование закономерностей изменения пробивных напряжений газовых разрядных промежутков с различными видами электрических и тепловых полей, изучение особенностей формирования пробоя и развития разрядов в неизотермически нагретых газах в широком диапазоне температур.

Основные задачи работы:

- исследовать влияние характера неоднородности теплового поля в газовом разрядном промежутке с однородным электрическим полем на его электрическую прочность;

- г -

- изучить условия формирования пробоя в неизотермических промежутках с однородным электрически! полем при наличии начальных токов, обусловленных высокотемпературными процессами на электродах и в объеме газа;

- разработать методы расчета электрической прочности газовых промежутков при неоднородном нагреве;

- исследовать закономерности и особенности изменения свойств и пороговых параметров разрядов в промежутках с неоднородными и электрическими и тепловыми полями;

- проанализировать возможность создания новых технических средств и технологических процессов на основе полученных данных.

Методы исследований. Изучение электроизоляционных свойств газовых сред и развитие разрядов в них в условиях неоднородного нагрева проводилось экспериментально с использованием современного оборудования и материалов. Эксперименты выполнены в атмосферном воздухе и в инертных газах (аргоне, криптоне и ксеноне) при приложении к разрядному промежутку медленно изменяющегося постоянного напряжения. Исследования проведены в-условиях контролируемых плоско-параллельных (одномерных) квазистационарных тепловых полей. Изучение условий формирования пробоя при протекании в промежутке начальных токов проводилось также и теоретически. Для этого применялась математическая модель разряда, описывавшая развитие ионизации в темном Таунсевдовском разряде. Решение систем дифференциальных уравнений непрерывности для компонент разрядного тока и уравнения Пуассона для электрического поля выполнялось с использованием численных методов на ПЭВМ.

Научная новизна полученных результатов состоит в следующем:

- получены количественные данные об уровнях пробивных напряжений газов в условиях неизотермического нагрева в промежутках с однородным электрическим поле« при температурах вплоть до 3600 К;

- установлено определяющее влияние конфигурации температурного поля в газе между электродами на уровень напряжений пробоя;

- разработан метод расчета обобщенного параметра подобия для нагретых газовых промежутков, позволяющий определять их пробивные напряжения по закону Пашена;

- обнаружено существование эффекта полярности пробивных напряжений в однородном электрическом поле при неоднородном нагреве газов до температур выше -1700 К;

- экспериментально установлена применимость закона Пашена при соблюдении определенных условий вплоть до температур 3600 К;

- выполнен теоретический анализ и описаны условия формирования пробоя в газах при протекании в промежутке начальных токов, обусловленных термоэлектронной эмиссией из катода и объемной термической ионизацией газа;

- обнаружена возможность качественного изменения режима коронного разряда положительной полярности в неизотермических воздушных промежутках с резконеоднородными электрическими полями, приводящего к резкому увеличению электрической прочности.

Личное участие автора в получении научных результатов состоит в разработке экспериментальных и теоретических методов исследований, создании экспериментальных установок, проведении опытов и расчетов, обобщении и анализе полученных данных.

Практическая ценность результатов работы:

- получены количественные данные по уровням пробивных напряжений газов в однородных электрических полях при различных конфигурациях тепловых полей в широком диапазоне температур;

- разработан метод расчета, позволяющий определять напряжения пробоя нагретых газовых сред, независимо от характера нагрева, по закону Пашена;

- разработаны принципы создания и предложены конструкции электроразрядных датчиков для измерения температуры движущихся нагретых тел, в том числе с переменным рельефом поверхности.

Реализация результатов работы. Созданы несколько модификаций элегсгроразрядных измерителей температуры. Устройства для измерения температуры плоского проката цветных металлов и алюминиевой катанки внедрены на предприятиях металлургической промышленности в качестве рабочих средств измерений.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались и обсуждались на lV-й Всесоюзной конференции по физике газового разряда (Махачкала, 1988), Всесоюзном научно-техническом совещании "Пути ускорения научно-технического прогресса в метизном производстве" (Магнитогорск, 1990), V-й Всесоюзной конференции по физике газового разряда (Омск, 1990), 7-м Международном симпозиуме по технике высоких напряжений (Дрезден, 1991), ХХ-й Международной конференции по явлениям в ионизованных газах (Барга, Италия, 1991), научных семинарах "Электромагнитные поля и электрофизические процессы" отдела Электрофизики преобразования энергии Института электродинамики HAH Украины (1987 - 1995).

Публикации. Основные результаты работы отражены в 12 печатных работах, в том числе в 5 авторских свидетельствах.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав; заключения, списка литературы и приложений. Содержит 209 страниц основного текста, в котором 69 рисунков и 7 таблиц на 66 страницах, список литературы на 13 страницах (185 наименований) и приложения на 17 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В работе проведен краткий обзор литературных данных по исследованиям электрической прочности нагретых газовых сред. Рассмотрены особенности электрического пробоя газов и развития разрядов 'в них в реальных высокотемпературных установках (МГД-генераторах, мощных высоковольтных коммутаторах, плазмотронах и др.). Результаты обзора показывают, что на практике разрядные промежутки в большинстве случаев являются неизотермическими. При этом подавляющее большинство известных к настоящему времени исследований электрической прочности газов при высоких температурах выполнены для случая изотермического нагрева. Сведения об изоляционных свойствах неоднородно нагретых газов крайне ограничены. Известны лишь четыре группы работ с частными результатами, полученными Альстоном (США), Нагатой с соавторами (Япония), Ароновым (Москва) и группой Моша (ФРГ). Эти исследования выполнены в промежутках с электрическими полями различной степени неоднородности. Неоднородность же теплового поля создавалась либо точечным нагревом в зоне одного из электродов, либо при использовании протяженных (типа проволочных) нагреваемых электродов. При этом в газовой среде возникали трех- и двумерные температурные поля, картина которых при проведении экспериментов не определялась. В связи с этим результаты известных исследований носят качественный характер и не поддаются обобщению. Можно сделать лишь вывод, что неоднородность теплового псля повышает уровень пробивных напряжений по сравнению с напряжениями пробоя при изотермическом нагреве газа до температуры, равной максимальной в неизотермическом промежутке .

Учитывая изложенное, целью данных исследований было изучение влияния тепловой неоднородности газа на электрическую прочность в наиболее общем случае - при однородных электрических полях и в плоско-параллельных тепловых полях, с контролируемым одномерным

изменением температурного поля в промежутке, в максимально широком диапазоне температур (300-3600 К) в статических условиях.

Для проведения исследований разработана методика экспериментов и созданны экспериментальные установки, позволяющие проводить исследования электрической прочности и развития разрядов в неизотермически нагретых газах. Разработанные экспериментальные средства обеспечивают выполнение исследований в однородном электрическом поле при температурах до 1700 К в окислительной среде (воадух) и до 3600 К в нейтральных средах (инертные газы, азот). Для исследуемых електродных систем получены кривые Пашена в холодных газах, сопоставление которых с литературными данными позволяет сделать вывод об идентичности экспериментальных условий с используемыми в мировой практике.

В отличие от известных в литературе, созданные конструкции электродных систем обеспечивают плоско-параллельность (одномерность) и квазистационарность тепловых полей в газе между электродами. Это позволяет получить наиболее общие данные для оценки влияния тепловой неоднородности газа на его прочностные свойства. Для разработанных конструкций электродов экспериментально и расчетным путем получены данные о температурных полях и коэффициентах теплоотдачи с электродов, имеющих-общетехническое значение. Основой для получения этих результатов служили данные измерений температурных распределений в промежутке при различных условиях теплообмена (температурах электродов, межэлектродных расстояниях, пространственной ориентации промежутка и характере нагрева).

В работе описаны также установки, созданные для изучения развития разрядов в воздухе в резконеоднородных как тепловых, так и электрических полях при температурах до 1400 К, которые позволяют проводить эксперименты с двумя типами электродных систем - с протяженной (нагреваемая полоса-полуцилиндр) и с локальной (нагреваемое острие-плоскость) зоной усиленного поля.

При проведении экспериментов измерялись параметры промежутка (температуры электродов, межэлектродное расстояние, давление, вид температурного поля),напряжение на промежутке и ток разряда, производилась запись вольт-амперных характеристик.

Методика и созданные экспериментальные средства исследований не имеют аналогов в литературе.

В работе изучено влияние характера нейзотермичности газа в разрядном промежутке на его электрическую прочность. Исследования выполнены в атмосферном воздухе в промежутках с однородным элект-

рическим полем при температурах 300-1700 К. Изучены наиболее характерные для практики типы температурных полей, определяющиеся пространственной ориентацией электродов и условиями нагрева.

Установлено, что уровень напряжений пробоя неизотермическр нагретого газа определяется характером распределения его температуры между электродами. Другие параметры (в частности, температура электродов, их пространственное расположение и пр.) оказывают влияние на напряжения пробоя в указанном температурном диапазоне только посредством изменения картины теплового поля. Различия в пробивных напряжениях, вызванные только изменением конфигурации температурного поля,в условиях данных исследований достигали 30Z, а различия по сравнению с напряжениями пробоя изотермически нагретого газа составляют более чем 50Z. При этом, в отличие от случая однородного нагрева, максимальная температура в промежутке -температура нагреваемого электрода, не является величиной, однозначно характеризующей изоляционные свойства газа. Как показал анализ, при неизотермическом нагреве таким параметром является некоторая эквивалентная температура иди эквивалентное приведенное давление р*,характеризующее эквивалентную плотность газа. Использование этой величины позволяет определить обобщенный параметр подобия для напряжений пробоя неизотермического промежутка:

p;-d ^d'/lpixsfjx - pJ2ld j[T(*)]"dx, с« » *

где p*(x)=p0Tt/T(x) - распределение приведенного давления по длине промежутка d (р„ - 750 Тор, Г,- 293 К); Т(х) - распределение температуры между электродами; х - координата, отсчитываемая от нагреваемого электрода. Обобщение данных по пробивным напряжениям в тепловых полях различной конфигурации с использованием (1) показало, что они с разбросом ±5Z согласуются с кривой Пашена для холодного газа. Таким образом, использование обобщенного параметра (1) позволяет определять пробивные напряжения газов,независимо от характера нагрева (в т.ч. при Т(х)-const), по закону Пашена.

Оценка уровня пробивных напряжений возможна и по другому пути, в частности, при использовании аппроксимирующих функций, приближенно описывающих структуру реальных тепловых полей. В этом случае из условия самостоятельности разряда, принимая соотношение для ионизационного коэффициента^ , например, ^./р-МЕ/р - В] . (Е/р"- 30-140 В/(см-Юр)) и учитывая, что U^-E^d пробив-

ная напряженность поля), можно получить:

P.roße(f^t-(ß-&)/£) (2)

у </

где <f -<1*/(/т(х)4х), js-f[T(x)]'üx, a.-ln(l+l/jr)/(AB%a TB ). В работе аппроксимированы крайне возможные, а также наиболее характерные случаи распределения тепловых полей в разрядном промежутке и получены для них параметры уравнения (2). На практике по построении разрядного промежутка и характеру теплообмена в нем можно ожидать один из видов рассмотреных температурных полей и по (2), учитывая физические свойства газа, расчитать ожидаемый уровень пробивного напряжения инженерной конструкции.

Таким образом, проведенные экспериментальные исследования неизотермических разрядных промежутков позволили не только получить наиболее обобщенные количественные данные о величинах влияния собственно неизотермичности, но и определить основной параметр этого влияния-распределение температуры, а также предложить методы расчета электрической прочности таких разрядных промежутков, установив, в частности/ что к ним применим закон Пашена.

В работе впервые исследованы закономерности изменения пробивных напряжений и изучены условия формирования пробоя и развития разрядов в промежутках с однородным электрическим полем при температурах 1300-3600 К. Для исследований использовались инертные газы (аргон, криптон, ксенон). Эксперименты выполнены при давлениях, изменяющихся в диапазоне 250- 850 Тор.

Установлено, что увеличение температуры нагреваемого электрода до значений, превьшаляих ~1700 К, приводит к возникновению эффекта полярности пробивных напряжений в однородном электрическом поле. Этот эффект выражается в резком уменьшении напряжений пробоя в случае нагрева катода (например, в криптоне - от единиц киловольт при -1700 К до десятков вольт при температурах ~2Э00 К) по сравнению с пробивными напряжениями при нагреве анода. Обобщение результатов с помощью параметра (1) показывает, что при этом наблюдается расхождение данных в зависимости от межэлектродного расстояния (рис.1) и давления газа. В случае, когда нагреваемый электрод является анодом, напряжения пробоя соответствуют кривой Пашена для холодного газа вплоть до температур -3600 К (рис.2) и определяются только распределением плотности газа в промежутке.

С ростом температуры катода не только резко снижаются изоляционные свойства газа, но изменяется и сам характер пробоя. При

Рис. 1. Обобщенные зависимости пробивных напряжений от параметра р*с/ в криптоне при нагреве катода. Экспериментальные точки: • - й - 1 мм; я- 2 мм;^~ 3 мм; 4 мм; *- 5 мм. Сплошная линия-кривая Пашена, полученная в холодном газе. Пунктир - результаты расчетов по (3) с граничными условиями (4).

Рис. 2. Обобщенные зависимости пробивных напряжений от параметра р*с1 в криптоне при нагреве анода. Экспериментальные точки: о - с1 - 1 мм; а- 2 мм; >- 3 мм; О- 4 мм; + - 5 мм. Сплошная линия-кривая Пашена, полученная в холодном газе.

температурах выше ~1700 К на вольт-амперных характеристиках фиксируется появление значительных начальных токов, обусловленных термоэлектронной эмиссиёй. После пробоя в промежутке возникает диффузный разряд с характеристикой, типичной для нормального тлеющего разряда низкого давления. При температурах выше ~2300 К пробой утрачивает пороговый характер и переход через максимум напряжения на вольт-амперной характеристике происходит плавно, без скачка разрядного тока, и сопровождается зажиганием диффузного разряда. При экстремально высоких температурах катода (выше -3000 К) наблюдается явление т.н. "раннего пробоя", происходящего при напряжениях меньших потенциала ионизации газа, а характеристика разряда типична для низковольтной дуги.

Для изучения механизма и условий формирования пробоя в неоднородно нагретых газовых промежутках использовалась одномерная стационарная модель, описывающая развитие ионизации в темном Та-унсендовском разряде и его переход в тлеющий разряд:

_ = - .

, . • (3)

¿х е. I / '

] V, ; и *

В (3): р -плотности электронной (е) и ионной (р) компонент разрядного тока J; -дрейфовые скорости электронов и ионов; и - напряжение на промежутке; е - заряд электрона; <?„- диэлектрическая проницаемость среды. Ось * направлена от анода к катоду. Граничные условия учитывают отсутствие эмиссии ионов на аноде и вторичные -процессы и термоэлектронную'эмиссию на катоде:

х-О-^(О) - ] ; х-д-и(<1) - (Л*//Х>• (4)

Система (3) с условиями (4) описывает вольт-амперную характеристику Таунсендовского разряда. В качестве условия пробоя принималось условие максимума напряжения на вольт-амперной характеристике, в которой йи/си-О. Система (3) решалась численно методом Рунге-Кутта четвертого порядка для условий, соответствующих экспериментальным. Рассчитанные значения пробивных напряжений удовлетворительно согласуются с опытными данными (рис.1).

В результате расчетов установлено» что реэкий спад пробивных напряжений при температурах катода выше 4700 К (рис.1) обусловлен искаженней электрического поля в промежутке вследствие накопления объемного заряда положительных ионов в катодной области. Это связано с увеличением числа электронов, появляющихся в промежутке вследствии термоэлектронной эмиссии. Кроме этого, увеличение температуры катода приводит к уменьшение плотности гага в его окрестности. В результате перед пробоем приведенная напряженность поля ЕУр* у катода на порядок больше, чем у анода, и частота ионизации в катодной зоне на четыре - пять порядков выше, чем в анодной, что и приводит к пробою гава при обцем напряжения на промежутке меньшем, чей ожидаемое в соответствии с его плотностью. Структура параметров разряда в точке вольт-амперной характеристики, соответствующей пробою, полученная в ревультате расчетов при температурах катода вше -1900 К, характерна для нормального тлеющего разряда низкого давления. Однако, в данном случае разряд является несамостоятельным, поскольку поддерживается термоэлектронной эмиссией из катода. Как уже отмечалось, возникновение такого разряда наблюдалось экспериментально.

В отличии от рассмотренного случая, при нагреве анода плотность газа понижена в анодной области промежутка, а концентрация эмитированных из катода электронов незначительна. Вследствие этого объемный заряд положительных ионов мал и сравнительно равномерно распределен по промежутку (за исключением анодной области). Напряженность поля перед пробоем практически линейно возрастает от анода к катоду, а распределения параметра £/р* и частоты ионизации практически однородны по промежутку. В этом случае напряжения пробоя определяются характером распределения плотности (температуры) газа между электродами..как и ожидается в соответствии с законом Пашена.

Однако, как установлено экспериментально, в ксеноне при температурах анода вше -3300 К на вольт - амперных характеристиках разряда фиксируется появление значительных начальных токов, достигающих десятка микроампер. Как показал анализ, такие величины токов могут обеспечиваться при этих температурах термическЬй ионизацией газа. С целью изучения влияния этого процесса на электрическую прочность газа был выполнен расчет по модели (3), в которой уравнение для электронной компоненты тока было дополнено членами, учитывающими генерацию заряженных частиц при соударениях нейтральных атомов:

а -¿¿-'М+А (5)

В (5): У, - объемная частота термической ионизации; - концентрация атомов; ¿(Е) - коэффициент рекомбинации в тройных столкновениях с участием атомов. В результате расчетного анализа установлено, что объемный заряд ионов в анодной области будет увеличиваться следствии термической ионизации газа вблизи нагретого анода. Результирующее пробивное ноле у анода уменьшается, что и будет приводить к аномальному (по сравнению с законом Пашена) снижению уровня пробивных напряжений. Значение температуры анода, при которой возникает спад электрической прочности промежутка, зависит, в частности, от потенциала ионизации газа и конфигурации температурного поля. Для ксенона в условиях данных исследований, получены ожидаемые предельные температуры сохранения изоляционных свойств газа -3800 - 3900 К.

Таким образом, обнаруженный полярный эффект пробивных напряжений при температурах выше -1700 К полностью объясняется термоэлектронной, эмиссией из катода. Впервые экспериментально и расчетным моделированием показано, что закон Пашена в газе остается действенным при температурах вплоть до значений, при которых становится существенной термическая ионизация газа в том случае, если исключена термоэлектронная эмиссия из катода (нагрев промежутка (газа) от анода, индукционный пробой нагретого газа, отсутствие термоэмиссии из стенок сосуда и др.).

Изучены особенности развития разрядов и их пороговые параметры в воздушных промежутках при совместном действии двух типов неоднородностей - и теплового И электрического полей. Установлено, что в этом случае имеют место более резкие различия в начальных и пробивных напряжениях» чем при нормальных температурах, а изоляционные свойства промежутка определяются режимом разряда, предшествующего пробив. Так при нагреве коронирупцего электрода положительной полярности спад пробивных напряжений при температурах -900 К сменяется их резким возрастанием вплоть до значений, соответствующих однородному электрическому полю. При этом наблюдается переход от развитого стримерного коронного разряда в облегающее кромку электрода тлеющее свечение (тлеющая корона). По феноменологическим проявлениям и, в особенности, по эффекту увеличения пробивных напряжений, наблюдающийся режим короны идентичен разряду Гермштайна. Установлено, что условия перехода в этот ре-

жим определяются структурой электрического и теплового полей в окрестности нагреваемого коронирумцего анода. Определено, что устойчивая тлеющая корона в некзотермическом промежутке возникает при выполнении следующих условий: |<1£/с1х|вЛ >К (Р*/Р,) ;|£/р*|м< 90 В/(си-Тор) (¡¿Е/ахЦ - градиент напряженности поля у анода; К, «110 кВ/см4-,р*-приведенное давление.соответствующее температуре анодаХ

При отрицательном коронирующем электроде, в отличие от случая положительной его полярности, плавный спад пробивных напряжений с ростом температуры в области -900-1000 К сменяется более резким уменьшением вплоть до значений, соответствующих начальным напряжениям коронного разряда. При температурах выше -1000 К пробой промежутка происходит без возникновения короны.

Таким образом, в резко неоднородных и электрических и тепловых полях также наблюдается ряд особенностей как в разрядных характеристиках короны, так и пробивных напряжениях промежутка. Наиболее интересной из них является резкое увеличение напряжений пробоя при температурах выше -900 К^

Как установлено в результате проведенных исследований, пробивные напряжения неизотермических промежутков с однородным электрическим полем и параметры разрядов в реэконеоднородных электрических и тепловых полях обладают высокой чувствительностью к малым изменениям конфигурации температурного поля. Это позволило использовать их в качестве информативных параметров при создании новых средств термометрии. На основе полученных данных разработаны принципы построения и предложены конструкции электроразрядных устройств для измерения температуры нагретых тел, в том числе движущихся. Приведены характеристики приборов, внедренных на предприятиях металлургической промышленности.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Создан комплекс экспериментальных установок, позволяющий проводить исследования электрической прочности гадов в электрических и тепловых полях различной конфигурации в широком диапазоне изменения температурь, давления, межэлектродного расстояния. В отличие от известных разработанные экспериментальные средства обеспечивают выполнение исследований в контролируемых плоско-параллелькых (одномерных) температурных полях в статических условиях.

2. Получены в наиболее общем виде количественные данные по

влиянию неизотермичности на пробивные напряжения неоднородно нагретых газовых промежутков в статических условиях в максимально широком диапазоне температур (300-3600 К), возможном при использовании современных материалов.

3. Экспериментально установлено и подтверждено расчетно-тео-ретическим анализом что закон Пашена действителен в газах, при соблюдении определенных условий, вплоть до температур.при которых становится существенной термическая ионизация газа (в ксеноне, например,до -3800-3900 К). Установлено также, что этот закон применим и к неизотермически нагретым газовым разрядным промежуткам.

4. Установлено, что определяющее влияние на уровень пробивных напряжений нагретого газа в однородном электрическом поле оказывает не только температура электродов, но и конфигурация создаваемого ими температурного поля.

5. Установлено существование эффекта полярности пробивных напряжений неизотермических промежутков с однородным электрическим полем при температурах выше -1700 К, который срвзан с резким снижением электрической прочности промежутка в случае нагрева катода.

6. Экспериментально и теоретически изучены закономерности формирования пробоя в неизотермических газовых промежутках при протекании значительных начальных токов, обусловленных высокотемпературными процессами на электродах и в объеме газа. Установлено, что аномальное снижение уровня пробивных напряжений при нагреве катода до температур, превышающих -1700 К обусловлено резким искажением электрического поля в промежутке в результате увеличения тока термоэлектронной эмиссии.В случае нагрева анода до температур 3600 К уровень пробивных напряжений определяется распределением плотности газа между электродами.

7. Разработан метод расчета пробивных напряжений неиэотерми-ческих разрядных промежутков с использованием закона Пашена на основании предложенного обобщенного параметра подобия и методика, позволяющая проводить оценки электрической прочности инженерных изоляционных конструкций.

8. Определены закономерности изменения пороговых напряжений разряда в воздушных промежутках с резконеоднородными и электрическими и тепловыми полями. Установлена возможность увеличения пробивных напряжений при положительной полярности нагреваемого коронирующего электрода при температурах -900 К вплоть до значений, соответствующих однородному электрическому полю. Получен

критерий, определяющий условия возникновения этого эффекта.

9. На основе полученных данных разработаны принципы построения и созданы несколько модификаций злектроразрядных устройств для измерения температуры нагретых движущихся тел, внедренных на предприятиях металлургической промышленности.

Основные публикации по теме диссертации

1. Белинский В.В., Сердюк Ю.В., Фальковский Н.И. Влияние нагрева коронирующего электрода на характеристики коронного разряда в воздухе // Сб.науч.трудов "Электромагнитные поля в энергетических и технологических установках". -Киев:Ин-т проблем энергосбережения АН УССР, Ин-т электродинамики АН УССР.1988.-С.15-19.

Получены экспериментальные результаты, проведено их обобщение и теоретический анализ.

2. Божко И.В., Сердюк Ю.В., Фальковский Н.И. Исследование налряжеяий-'проСоя воздуха в неоднородном тепловом поле //Теплофизика высоких температур.- 1989.-Т.27.-N 3.-С.602-604.

Проведено обобщение экспериментальных результатов и теоретический анализ, предложен метод расчета электрической прочности.

3. Сердюк Ю.В.. Стрилько С.И. Электрическое поле электродной системы полуцилиндр-полоса// Техническая электродинамика.-1991.-N 5.-С.17-20.

Выполнена постановка задачи и анализ результатов.

4. Сердюк Ю.В.. Божко И.В., Фальковский Н.И. Влияние распределения температуры газа в разрядном промежутке на его электрическую прочность // Сибирский физико-технический журнал.-1992;-Вып.1.-с.116-121.

Получены экспериментальные результаты, проведено их обобщение и теоретический анализ.

5. A.C.1522047 СССР МКИ G 01 К 7/40. Способ измерения температуры поверхности электропроводных тел / Фальковский Н.И., Божко И.В..Белинский В.В..Фролова Л.И..Примак A.B.,Сердюк Ю.В. // Открытия. Изобрег. -1989.-N 42.

Предложен метод измерений, выполнены экспериментальные исследования.

6. А.С.1578521 СССР МКИ G 01 K'l3/08. Устройство для измерения температуры поверхности движущегося электропроводного тела/ Белинский В.В., Божко И.В., Примак A.B., Сердюк Ю.В., Фальковский Н.И., Фролова Л.И. // Открытия. Иэобрет. - 1990.- N 26.

Выполнены экспериментальные исследования, предложены конструктивные решения элементов устройства.

7. A.C. 1673881 СССР МКИ G 01 К 7/40, 13/08. Устройство для измерения температуры движущейся электропроводной поверхности/ Фальковский Н.И.,Водко И.В. .Сердюк Ю.В. и др.//Открытия. Изобрет. -1991,- N 32.

Выполнены экспериментальные исследования, предложены конструктивные решения элементов устройства.

8. A.C. 1673885 СССР МКИ G 01 К 7/40, 13/08. Устройство для измерения температуры поверхности ' электропроводного тела/ Божко И.В., Примак A.B., Сердюк Ю.В. и др.// Открытия. Изобрет. -1991. -N 32.

Выполнены экспериментальные исследования, предложены конструктивные решения элементов устройства.

9. А. С.1693403 СССР МКИ G 01 К 7/40. Устройство для измерения температуры электропроводных криволинейных тел / Фальковс-кий Н.И., Сердюк Ю.В., Фролова Л.И.//Открытия.Изобрет.-1991.-N 43

Выполнены экспериментальные исследования, предложены конструктивные решения элементов устройства.

10. Белинский В.В., Сердюк Ю.В..Фальковский Н.И. Особенности коронного разряда в неоднородном тепловом поле//IV Всесгаозн.конф. по физике газового разряда: Тез. докл. - Махачкала, 1988. -Ч.1.-С. 17-18.

Получены экспериментальные результаты, проведено их обобщение и теоретический анализ.

11. Serdjuk Ju.V., Falkovsky N. I., Electric breakdown of air gap with nonuniform thermal field // 7th Int. Symp. on High Voltage Engineering: Dresden, 1991.-Vol.3.-P.141-144.

Получены экспериментальные результаты, проведено их обобщение и теоретический анализ.

12. Serdjuk Ju.V., Bozhko I.V., Falkovsky N. 1. Investigation into spark ignition voltages in nonisothermal gap // XX Int.Conf. on Phenom. in Ionized Gases: Contrib. Pap.-Ciocco (Barga. Italy), 1991,- Vol.4 -P.949-950.

Получены экспериментальные результаты, проведено их обобщение и теоретический анализ.

АН0ТАЦ1Я

Сердюк Ю.В. Електрична мщшсть газових розрядних npoMixKiB з неодноршннм тепловим полем.

Дисертащя на здобуття вченого ступеня кандидата техн1чних наук по спещальноси 05.14.12 - Техн1ка високих напрут. Нацюнальний техн!чний университет Укра'1ни (Кшвський пол1техн1ч-ний 1нститут), Ки1в, 1995.

Захищаеться 7 наукових праць, 5 авторських свшотств, у яких викладен1 результата екепериыентапьних 1 теоретичних дослдаень електрично'! uiuHOCTi газових розрядних npoMixKiB в умовах неодно-piflHoro HarpiBy.Встановлено законом¡рностг зм!ни 1золяц1йних вла-стивостей газ1в та розвитку разряда у них > електричних i тепло-вих полях pi3H0i конф!гурац1к в широкому дiалазон1 температур.

Serdjuk Ju.V. Electric strength of gas discharge gaps with non-uniform heat field.

Thesis on application of degree of candidat of engineering sciences on speciality 05.14.12 - High Voltage Engineering. National Technical University of Ukraine (Kiev Polytechnical Institute), Kiev, 1995.

Seven scientific works and five author's certificates inclusive a results of experimental and theoretical investigations of electric strength of gas discharge gaps under conditions of non-uniform heating are protected. The regularities of variation of gases insulation properties and development of discharges in it under different configuration of electric and heat fields in wide range of temperature are established.

Ключевые слова: электрическая прочность, температурное поле, газовый разряд, электрический пробой.