Električna okvara. Razpad dielektrikov

Zdaj si bomo kvalitativno ogledali nekatere značilnosti polj okoli vodnikov. Z elektriko napolnimo prevodnik, vendar tokrat ne kroglastega, ampak takega, ki ima konico ali rob (na primer v obliki, prikazani na sliki 6.14). Potem bo polje na tem mestu veliko močnejše kot na drugih mestih. Razlog je splošni oris je sestavljen iz dejstva, da se naboji čim bolj širijo po površini prevodnika, konica konice pa je vedno najbolj oddaljena od preostale površine. Zato del nabojev na plošči teče proti konici. Relativno majhna količino naboj na njem lahko ustvari veliko površino gostota, visoka gostota pa pomeni močno polje v bližini prevodnika na tem mestu.

sl. 6.14. Električno polje na ostrem robu prevodnika je zelo visoko.

IN V splošnem velja, da je na tistih mestih prevodnika, kjer je polmer ukrivljenosti manjši, polje močnejše. Če želite to videti, razmislite o kombinaciji velike in majhne krogle, povezanih z žico, kot je prikazano na sl. 6.15. Sama žica ne bo imela velikega učinka zunanje robove; njegova naloga je izenačiti potenciale sfer. Blizu katere žoge bo polje bolj napeto? Če je polmer leve kroglice a in je naboj Q, potem je njen potencial približno enak

(Seveda bo prisotnost ene krogle vplivala na porazdelitev nabojev na drugi, tako da dejansko nobena od njih ne bo imela simetrično porazdeljenih nabojev. Če pa nas zanima le približna velikost polja, potem lahko uporabimo formulo za potencial sferičnega naboja.) Če manjša kroglica polmera b ima polnjenje q, potem je njegov potencial približno enak

Toda  1 = 2, torej

Z na drugi strani pa polje blizu površine [glej enačba (5.8)] je sorazmerna površinska gostota naboj, ki je sorazmeren celotnemu naboju, deljenem s kvadratom polmera. Izkazalo se je, da

sl. 6.15. Polje koničastega predmeta lahko približno obravnavamo kot polje dveh krogel enakega potenciala.

To pomeni, da ima površina manjše krogle večje polje. Polja so obratno sorazmerna s polmeri.

Ta rezultat je s tehničnega vidika zelo pomemben, saj pride do okvare v zraku, če je polje preveliko. nekaj brezplačno polnjenje v zraku (elektron ali ion) to polje pospeši in če je zelo močno, lahko naboj pred trkom v atom pridobi tako hitrost, da bo iz atoma izbil nov elektron. Posledično se pojavlja vse več ionov. Njihovo gibanje predstavlja iskro ali razelektritev. Če želite telo napolniti z visokim potencialom, ne da bi se razelektrilo v zrak, morate biti prepričani, da je površina telesa gladka in da ni mest, kjer je polje previsoko.

§ 12. Ionski mikroskop

Prejeto je izjemno močno električno polje, ki obdaja kakršno koli ostro izboklino nabitega prevodnika zanimiva aplikacija v eni napravi. delo ionski mikroskop ki jih povzročajo močna polja, ki nastajajo okoli kovinska konica. Ta naprava je zasnovana tako. Zelo tanka igla, katere premer konice ne presega 1000 Å, je postavljena v sredino steklene krogle, iz katere je bil izčrpan zrak (slika 6.16). Notranja površina krogle je prevlečena s tanko prevodno plastjo fluorescentnega materiala, med iglo in fluorescenčno prevleko pa se ustvari zelo velika potencialna razlika.

Najprej poglejmo, kaj se zgodi, če je igla negativno nabita glede na fluorescentni zaslon. Črte polja na konici igle so zelo koncentrirane. Električno polje lahko doseže 40 10 6 V na 1 cm. Takšna močna polja elektroni se zaradi potencialne razlike ločijo od površine igle in pospešijo v območju od igle do zaslona. Ko dosežejo zaslon, na tem mestu povzročijo sij (natanko tako kot na zaslonu televizijske cevi).

sl. 6.16. Ionski mikroskop.

Elektroni, ki so prišli do to točko fluorescenčna površina so v zelo dobrem približku isti elektroni, ki so zapustili drugi konec radialne poljske črte, ker se elektroni premikajo vzdolž poljskih črt, ki povezujejo konico igle s površino krogle. Tako na površini vidimo nekakšno podobo konice igle. Oziroma vidimo sliko emisivnost površina konice, tj. enostavnost, s katero lahko elektroni zapustijo površino kovinske konice. Če je moč ločljivosti dovolj visoka, lahko pričakujemo razrešitev določb posamezne atome na konici igle. Toda z elektroni takšne ločljivosti ni mogoče doseči iz naslednjih razlogov. Najprej se pojavi kvantna mehanska difrakcija valovanje elektronov in slika bo postala zamegljena. Drugič, zaradi notranjega gibanja v kovini imajo elektroni majhno prečno začetno hitrost v trenutku, ko pobegnejo iz igle, in ta naključna prečna komponenta hitrosti bo povzročila zamegljenost slike. Skupaj ti učinki omejijo ločljivost podrobnosti na približno 25 A.

Če pa spremenimo predznak napetosti in spustimo v bučko malo helija, potem bodo podrobnosti bolje razrešene. Ko atom helija trči ob konico konice, močno polje atomu odvzame elektron in atom postane pozitivno nabit.

Fuj.6 .17. Slika, pridobljena z ionskim mikroskopom.

Helijev ion nato pospeši električni vod dokler ne pride na zaslon. Ker je helijev ion neprimerljivo težji od elektrona, so njegove kvantnomehanske valovne dolžine veliko krajše. In če poleg tega temperatura ni zelo visoka, potem je tudi vpliv toplotnih hitrosti veliko šibkejši od vpliva elektrona. Slika je manj zamegljena in dobi se veliko ostrejša slika konice igle. Z mikroskopom, ki deluje na principu ionske emisije, je bilo mogoče doseči povečavo do 2.000.000-krat, torej desetkrat boljšo kot pri najboljših elektronskih mikroskopih.

Na sl. Slika 6.17 prikazuje, kaj smo dosegli na takem mikroskopu z uporabo volframove igle. Središča atomov volframa ionizirajo atome helija nekoliko drugače kot prostori med atomi volframa. Lokacija pik na fluorescentnem zaslonu prikazuje razporeditev posamezne atome na volframovo konico. Zakaj so lise videti kot obroči, lahko razumete, če si predstavljate veliko škatlo, napolnjeno s kroglami, položenimi v pravokotno mrežo in tako tvorijo kubično mrežo. Te kroglice so kot atomi v kovini. Če iz te škatle izrežete približno sferičen del, boste videli vzorec obročev, ki je značilen za atomsko strukturo. Ionski mikroskop je človeštvu omogočil prvi način opazovanja atomov. Izjemen dosežek, in to celo s tako preprosto napravo.

*Cm. Mullerjev članek [E. W. Mueller , Poljsko-ionski mikroskop, napredek v elektroniki in elektronski fiziki, 13, 83 (I960)].

Stran 27 od 62

Odsotnost delnih izpustov (PD, PPR), pa tudi razpadov v zraku in na površini pri visokih frekvencah v primerjavi z njihovo odsotnostjo pri industrijske frekvence, je bolj pomembno za izolacijske strukture. Pojav PD povzroči nastanek radijskih motenj, pa tudi razvoj PD v bakleno obliko razelektritve, ki je izjemno nevarna za opremo.
Napetost nastajanja videorekorderja v priročnem za analitična opredelitev obliko lahko izračunate s formulo

riž. 3.5. Odvisnost prebojne napetosti od razdalje med ravnino krogle elektrode (krivulje 1...3) in hiperboloidno ravnino (krivulji 4 in 5) pri frekvencah 50 in 1000 kHz
1- r = 1,4 mm; 2 - r=3 mm; 3 - r=5,5 mm; 4 - r=2 mm; 5 - r= 10 mm
kjer je I razdalja med elektrodama; r0- najmanjši radij ukrivljenost elektrod; kH - koeficient neenakosti električno polje; c je koeficient, odvisen od oblike napetostnega impulza in koeficienta neenakosti električnega polja; δ - relativna gostota zrak.
Potreba po preučevanju razgradnje zraka pri visoke frekvence, se poleg dobro znanih razlogov pojavlja pri konstrukcijah s trdno izolacijo v primeru uporabe koronsko neodpornih polimerni materiali(PE, PP, F-4 itd.), Da bi ustvarili izolacijski sistem, ki zagotavlja odsotnost razbitja na površini telesa izolatorja.
Z naraščajočo frekvenco opazimo zmanjšanje napetosti praznjenja v primerjavi z konstantna napetost in industrijske frekvenčne napetosti.
Iz sl. Slika 3.5 prikazuje naravo spremembe napetosti s povečanjem medelektrodne razdalje in spreminjanjem polmerov ukrivljenosti elektrod.
Odvisnost prebojne napetosti od frekvence za navedene elektrode se jasno pokaže le na krivuljah 1 in 2, kjer je napetost pri frekvenci 50 kHz približno 6% višja kot pri frekvenci 1000 kHz. Pri drugih intervalih praznjenja je razlika 1...2 % in je ni mogoče jasno zabeležiti. To zmanjšanje je posledica kopičenja prostorskega naboja pozitivnih ionov v razelektritveni reži, ki popači električno polje in ga poveča v aktivnem območju blizu katode.
Delo skupine A. A. Žukova je ugotovilo, da nastanek negativnih in pozitivnih ionskih tokov pri visokih frekvencah pri nizkih vrednostih napetosti kaže na začetek tvorbe prostorskega naboja do vrednosti napetosti pred razpadom in šele pred razpadom se njegova hitra rast začeti. Poleg tega je v šibko neenakomernih poljih razpadna napetost v preučevanem frekvenčnem območju 0,05 ... 5 MHz odvisna od frekvence, vendar v močno neenakomernem polju takšne odvisnosti ni opaziti.

< 3 ... 4. Характерным размером разрядного промежутка в этом случае считают длину промежутка.
Pri K > 4 je lahko amplituda nihanja ionov in elektronov manjša od dolžine reže dolgo preden frekvenca doseže prvo kritično vrednost. Za značilno velikost reže se tukaj šteje dolžina aktivnega območja, tj. območja, kjer je efektivni ionizacijski koeficient z udarom elektronov aeff> 0
Tabela 3.5


V tabeli 3.5 prikazuje vrednosti razelektritvenih napetosti na konstantni razdalji 30 mm v normalne razmere. Podatki tabele kažejo zmanjšanje napetosti z naraščajočo frekvenco za 7 ... 35%, ko se poveča koeficient neenakosti električnega polja.

Poleg tega je v šibko neenakomernih poljih razpadna napetost v preučevanem frekvenčnem območju 0,05 ... 5 MHz odvisna od frekvence, vendar v močno neenakomernem polju takšne odvisnosti ni opaziti.
Kopičenje prostorskega naboja postane možno, ko amplituda driftnih nihanj ionov v izmeničnem električnem polju postane manjša velikost bitna vrzel. Frekvenca, pri kateri se začne znižanje napetosti, se imenuje prva kritična frekvenca. Vrednost kritične frekvence za izolacijske konstrukcije je odvisna od koeficienta neenakomernosti električnega polja, značilne velikosti dolžine reže ter vrste in tlaka plina. Z nadaljnjim povečanjem frekvence se upadanje izpustne napetosti upočasni. Novo močan upad Napetost praznjenja z naraščajočo frekvenco opazimo, ko amplituda nihanj odnašanja elektronov postane manjša od značilne velikosti razelektritvene reže. Ustrezna frekvenca se imenuje druga kritična frekvenca. Njegovo pojavljanje se običajno zazna v frekvenčnem območju, ki ustreza megahercem.
Opisana odvisnost razelektritvenih napetosti od frekvence je jasno opazna v režah s koeficientom neenakosti kH< 3 ... 4. Характерным размером разрядного промежутка в этом случае считают длину промежутка.
Pri k> 4 je lahko amplituda nihanja ionov in elektronov manjša od dolžine vrzeli dolgo preden frekvenca doseže prvo kritično vrednost. Za značilno velikost reže se tukaj šteje dolžina aktivnega območja, tj. območja, kjer je efektivni ionizacijski koeficient z udarom elektronov aeff > 0.
Tabela 3.5


V tabeli Tabela 3.5 prikazuje vrednosti razelektritvenih napetosti na konstantni razdalji 30 mm pri normalnih pogojih. Podatki tabele kažejo zmanjšanje napetosti z naraščajočo frekvenco za 7 ... 35%, ko se poveča koeficient neenakosti električnega polja.

Za praktične namene lahko uporabite vrednosti razelektritvenih napetosti pri normalnih pogojih za koeficient neenakosti električnega polja k< 4 при частотах 150 КГц (в числителе) и 1500 кГц (в знаменателе), приведенных в табл. 3.6.
Tabela 3.6

Pri šibko neenakomernih električnih poljih pride do monotonega zmanjševanja razelektritvene napetosti z naraščajočo frekvenco.
Tabela 3.7


Koeficient neenakomernosti električnega polja in intenzivnost tvorbe PD lahko določimo iz enačb, navedenih v tabeli. 3.7, kjer je I razdalja med elektrodama;

r - polmer ukrivljenosti; r = r/l; δ - relativna gostota zraka.
Za eksperimentalne podatke razelektritvenih napetosti med elektrodama krogla-krogla, krogla-ravnina, hiperboloid rotacije - hiperboloid rotacije, hiperboloid rotacije - ravnina in za koaksialne sisteme so bile vrednosti maksimalnih napetosti določene s programom AXIAL , ki so bile primerjane z vrednostmi, ki jih je določil Bening za frekvence do 20 MHz.
Tabela 3.8
Značilnosti razelektritve za kroglične elektrode (amplitudne vrednosti)


Značilnosti, podane v tabeli. 3.8 ... 3.10, se lahko uporablja za približne izračune vrednosti k in l za strukture s podobnimi geometrijami.
Izračunano po tabeli. 3.7 so vrednosti kn za medelektrodne razdalje 5 ... 20 mm enake 1,18; 1,37;
1,57; 1,78.

Tabela 3.9
Karakteristike razelektritve za elektrode krogla - ravnina pri r0 = 10 mm
(amplitudne vrednosti)


analiziranje eksperimentalne vrednosti razčlenitev zračnih rež krogla-krogla s polmerom 10 mm (tabela 3.8), je mogoče opaziti, da ko enako obliko elektrode, s povečanjem izolacijske reže se poleg znanega zmanjšanja Ecp močno poveča vrednost Emax.
Vrednosti Emax, izračunane po Beningu in Peaku, imajo znatna odstopanja. Razlika v vrednostih se poveča z večanjem razdalje med elektrodama, kar je značilno tudi za elektrode s kroglično ravnino (tabela 3-9).
Tabela 3.10
Karakteristike razelektritve za kroglično ravnino elektrod pri r = 3 mm in f = 5-103..1-106 Hz (vrednosti amplitude)


Vrednosti Etax, ki jih določita programa AXIAL in Bening, so praktično enake in jih je mogoče uporabiti za določanje izolacijskih rež in izbiro geometrije elektrod.

Primerjava tabele 3.8 in 3.9 kaže, da pri enakih polmerih ukrivljenosti kroglic in razdaljah med elektrodami pride do večjih prebojnih napetosti za elektrode krogla-krogla, kar je očitno posledica bolj enakomernega električnega polja in zato več enakomerna porazdelitev naboj vzdolž površine elektrode. Iz primerjave je tudi jasno, da pri razdaljah, večjih od 15 mm, velike vrednosti Emax ne kažejo višja vrednost prebojna napetost. Zato je priporočljivo predhodno izbrati obliko in velikost izolacijskih rež ne po vrednosti Emax, ampak po k. Vrednosti Emax niso absolutno merilo za izbiro izolacijskega sistema, medtem ko zmanjšanje k vedno zagotavlja pomembno. prednosti pred neravnimi polji.
Za kroglične elektrode s polmerom 3 mm (tabela 3.10) so razgradne napetosti za frekvenčno območje 5 103 ... 106 Hz blizu svojih vrednosti.
Vrednosti Emax so 1,5-krat višje od napetosti za kroglične elektrode s polmerom 10 mm, vendar je prebojna napetost 1,5... 2-krat manjša. Posledično so z enakimi medelektrodnimi režami vrednosti za kroglo s polmerom 3 mm skoraj 2-krat višje od vrednosti k za kroglo s polmerom 10 mm. To je dodaten dokaz o univerzalnosti izbire geometrije polja ob upoštevanju koeficienta kH.
Karakteristike razelektritve (amplitudne vrednosti) za različne razdalje med rotacijskimi hiperboloidi in r0= 10 mm so podane v tabeli. 3.11.
Tabela 3.11

Tabela 3.12


Tabela 3.13

Za elektrode vrtenja hiperboloid - ravnina in hiperboloid - hiperboloid (tabela 3.11) s polmeri ukrivljenosti 10 mm je značilno zmanjšanje vrednosti Ecp in Emax s povečanjem razdalje med elektrodama in s tem s povečanjem kH. več visoke vrednosti Upr in s tem Emax, Esr, z enakimi radiji ukrivljenosti in razdaljami med elektrodami, se za elektrode pojavi hiperboloid - hiperboloid.
Na podlagi podatkov v tabeli. 3.8... 3.11 izhaja, da pri izbiri visokofrekvenčnih izolacijskih rež z elektrodami enak polmer ukrivljenosti, jih je priporočljivo uporabljati v naslednjem vrstnem redu: hiperboloid-hiperboloid, krogla-krogla, krogla-ravnina, hiperboloid-ravnina, ki zagotavljajo večjo električno trdnost, če so vsi ostali enaki.
Pri izbiri istih izolacijskih rež na podlagi napetosti tvorbe PD se bodo prednosti zmanjšale za elektrode krogla-ravnina, krogla-krogla, hiperboloid-hiperboloid in hiperboloid-ravnina.
Značilnosti praznjenja za koaksialni sistem z zunanjim premerom 40 mm so podane v tabeli. 3.12.
Kot je razvidno iz tabele. 3.12 so za koaksialni sistem značilne enake odvisnosti kot drugi elementi - povečanje razgradne napetosti z zmanjšanjem kH in njeno zmanjšanje s povečanjem frekvence.
Značilnosti razelektritve koaksialnega sistema za različne pomene Notranji in zunanji polmeri ukrivljenosti pri frekvenci 100 kHz (vrednosti amplitude) so podani v tabeli. 3.13.
Podatki tabele 3.13 kažejo, da s povečanjem polmera zunanje elektrode pri konstantni vrednosti polmera ukrivljenosti notranjega, tj. S povečanjem medelektrodne razdalje se napetost praznjenja in največja električna poljska jakost povečata. Pri konstantni razdalji med elektrodama in povečanju polmera notranje in zunanje elektrode, tj. z zmanjšanjem koeficienta neenakosti električnega polja, se poveča napetost praznjenja in zmanjša vrednost največja intenzivnost.
Razelektritev z baklo ali enoelektrodno razelektritev je vrsta visokofrekvenčne razelektritve in se pojavi pri frekvencah več megahercev na območjih elektrode z največjo intenzivnostjo in največjimi gradienti temperaturnega polja. Ionizacija in zvišanje temperature zraka na teh območjih vodi do pojava stolpca ioniziranega zraka, ki se dviga v obliki bakle. Nastali gorilnik (tabela 3.14) se premika z gibanjem zraka, uničuje izolacijo in druge konstrukcijske elemente, saj njegova temperatura presega 2000 ° C.
Ko je bakla v območju nizke jakosti električnega polja, ugasne.

Poleg vpliva temperature ioniziranega zraka na razelektritev bakle lahko na mejno napetost in kritično frekvenco vpliva tudi toplotna prevodnost prevodnika, površina njegove hladilne površine in kritična frekvenca. podnebni dejavniki(vlažnost, prah).
Ustvarjanje pogojev, ki izključujejo nastanek praznjenja bakle na izolacijski konstrukciji, naleti na težave zaradi vpliva naključnih dejavnikov na njeno tvorbo, kar vodi do pojava lokalnih napetosti ali temperaturnega sevanja, kopičenja prahu ali vlage, nastanka kratkih stikov ali čezmerne prenapetosti, na primer med preklopom. Obstajajo primeri nastanka praznjenja bakle, ko se žuželke pojavijo na visokofrekvenčnih žicah.
Prisotnost praznjenja bakle je nesprejemljiva zaradi nevarnosti izgorevanja žice, znatnih izgub energije in zmanjšanja oblike oddanega signala.

Zmanjšanje prebojne napetosti vzdolž izolacijske površine na 20 ... 25% z naraščajočo frekvenco za strukture z rahlo neenakomernim poljem opazimo že pri 10 ... 20 kHz. Prejšnje doseganje prve kritične frekvence v primerjavi z razpadom zračnih rež je mogoče razložiti s povečanjem električne poljske jakosti na dielektrični meji, prisotnostjo makro- in mikronehomogenosti na površini zaradi nezadostne čistoče dielektrična površinska obdelava, odlaganje prahu, vlage itd. Zmanjšanje površinske napetosti v primerjavi z zrakom je razelektritev tudi posledica povečanja kapacitivnih tokov in procesa volumetrične ionizacije zraka z naraščanjem dielektrična konstanta trdna izolacija. To pomeni posebne zahteve za zmanjšanje kapacitivnosti, potrebne za visokofrekvenčne izolacijske strukture - zmanjšanje površine ojačitve, povečanje izolacijske reže, zmanjšanje dielektrične konstante materiala itd.
Preizkusi, ki jih je izvedla skupina A. A. Žukova na cilindričnih vzorcih iz mipolona, ​​fluoroplastike-4 in steatita razreda B-17, nameščenih med elektrodama Rogowskega v območju 1-5 MHz, so pokazali:

1. v primerjavi s podobno zračno režo, ki ima razpad pri napetosti 9,4 kV, je bila napetost razpada vzdolž površine mipolona 8,5 kV, za F-4 je bila 8,75 kV, za B-17 pa se je zmanjšala na 5 kV;
2. V nasprotju z razpadom v zraku po razpadu vzdolž površine v odsotnosti visokofrekvenčne napetosti opazimo počasno (do 5 min) zmanjšanje tokov pozitivnih in negativnih ionov.

Predpostavlja se, da je vzrok teh pojavov naboj, ki se nabira na površini dielektrika. Površinski razpad se pojavi v prisotnosti izmeničnega visokofrekvenčnega polja in konstantne komponente prostorskega naboja, ki je merilna oprema ne upošteva.

Zdaj si bomo kvalitativno ogledali nekatere značilnosti polj okoli vodnikov. Z elektriko napolnimo prevodnik, vendar tokrat ne kroglastega, ampak takega, ki ima konico ali rob (na primer v obliki, prikazani na sliki 6.14). Potem bo polje na tem mestu veliko močnejše kot na drugih mestih. Na splošno je razlog v tem, da se naboji čim bolj širijo po površini prevodnika, konica konice pa je vedno najbolj oddaljena od preostale površine. Zato del nabojev na plošči teče proti konici. Relativno majhna količina naboja na njem lahko ustvari visoko površinsko gostoto in visoka gostota pomeni močno polje v bližini vodnika na tem mestu.

Slika 6.14. Električno polje na ostrem robu prevodnika je zelo visoko.

V splošnem velja, da je na tistih mestih prevodnika, kjer je polmer ukrivljenosti manjši, polje močnejše. Če želite to videti, razmislite o kombinaciji velike in majhne krogle, povezanih z žico, kot je prikazano na sl. 6.15. Sama žica ne bo močno vplivala na zunanja polja; njegova naloga je izenačiti potenciale sfer. Blizu katere žoge bo polje bolj napeto? Če je polmer leve kroglice in je naboj , potem je njen potencial približno enak

(Seveda bo prisotnost ene krogle vplivala na porazdelitev nabojev na drugi, tako da dejansko nobena od njih ne bo imela simetrično porazdeljenih nabojev. Če pa nas zanima le približna velikost polja, potem lahko uporabimo formula za potencial sferičnega naboja.) Če ima krogla s polmerom manj naboja, potem je njen potencial približno enak

Ampak tako

Po drugi strani pa polje blizu površine [glej enačba (5.8)] je sorazmerna z gostoto površinskega naboja, ta pa je sorazmerna s celotnim nabojem, deljenim s kvadratom polmera. Izkazalo se je, da

(6.35)

Slika 6.15. Polje koničastega predmeta lahko približno obravnavamo kot polje dveh krogel enakega potenciala.

To pomeni, da ima površina manjše krogle večje polje. Polja so obratno sorazmerna s polmeri.

Ta rezultat je s tehničnega vidika zelo pomemben, saj pride do okvare v zraku, če je polje preveliko. Vsak prosti naboj v zraku (elektron ali ion) to polje pospeši in če je zelo močno, lahko naboj pred trkom v atom doseže takšno hitrost, da bo iz atoma izbil nov elektron. . Posledično se pojavlja vse več ionov. Njihovo gibanje predstavlja iskro ali razelektritev. Če želite telo napolniti z visokim potencialom, ne da bi se razelektrilo v zrak, morate biti prepričani, da je površina telesa gladka in da ni mest, kjer je polje previsoko.

Zdaj si bomo kvalitativno ogledali nekatere značilnosti polj okoli vodnikov. Z elektriko napolnimo prevodnik, vendar tokrat ne kroglastega, ampak takega, ki ima konico ali rob (na primer v obliki, prikazani na sliki 6.14). Potem bo polje na tem mestu veliko močnejše kot na drugih mestih. Na splošno je razlog v tem, da se naboji čim bolj širijo po površini prevodnika, konica konice pa je vedno najbolj oddaljena od preostale površine. Zato del nabojev na plošči teče proti konici. Relativno majhna količino naboj na njem lahko ustvari veliko površino gostota, visoka gostota pa pomeni močno polje v bližini prevodnika na tem mestu.

V splošnem velja, da je na tistih mestih prevodnika, kjer je polmer ukrivljenosti manjši, polje močnejše. Če želite to videti, razmislite o kombinaciji velike in majhne krogle, povezanih z žico, kot je prikazano na sl. 6.15. Sama žica ne bo močno vplivala na zunanja polja; njegova naloga je izenačiti potenciale sfer. Blizu katere žoge bo polje bolj napeto? Če je polmer leve kroglice A, in dajatev Q,

(Seveda bo prisotnost ene krogle vplivala na porazdelitev nabojev na drugi, tako da dejansko nobena od njih ne bo imela simetrično porazdeljenih nabojev. Če pa nas zanima le približna velikost polja, potem lahko uporabimo formula za potencial sferičnega naboja.) Če je manjši polmer kroglice b ima polnjenje q, potem je njegov potencial približno enak

Toda φ 1 = φ 2 torej

Po drugi strani pa polje blizu površine [glej enačba (5.8)] je sorazmerna z gostoto površinskega naboja, ta pa je sorazmerna s celotnim nabojem, deljenim s kvadratom polmera. Izkazalo se je, da

To pomeni, da ima površina manjše krogle večje polje. Polja so obratno sorazmerna s polmeri.

Ta rezultat je s tehničnega vidika zelo pomemben, saj pride do okvare v zraku, če je polje preveliko. Vsak prosti naboj v zraku (elektron ali ion) to polje pospeši in če je zelo močno, lahko naboj pred trkom v atom doseže takšno hitrost, da bo iz atoma izbil nov elektron. . Posledično se pojavlja vse več ionov. Njihovo gibanje predstavlja iskro ali razelektritev. Če želite telo napolniti z visokim potencialom, ne da bi se razelektrilo v zrak, morate biti prepričani, da je površina telesa gladka in da ni mest, kjer je polje previsoko.

Glavne zahteve za sistem vžiga so:

1. Zagotavljanje iskre v želeni valj (ki se nahaja na kompresijskem taktu) v skladu z vrstnim redom vžiga valjev.
2. Čas vžiga. Iskra mora nastati v določenem trenutku (trenutek vžiga) v skladu z optimalnim kotom vžiga pri trenutnih pogojih delovanja motorja, ki je odvisen predvsem od števila vrtljajev in obremenitve motorja.
3. Zadostna energija iskre. Količina energije, ki je potrebna za zanesljiv vžig delovne mešanice, je odvisna od sestave, gostote in temperature delovne mešanice.
4. Splošni pogoj za sistem za vžig je njegova zanesljivost (zagotavljanje kontinuitete nastajanja isker). Okvara sistema za vžig povzroča težave tako pri zagonu kot med delovanjem motorja:
   - težave ali nezmožnost zagona motorja;
   - neenakomerno delovanje motorja - "trojka" ali prekinitev delovanja motorja - ko izostane iskrenje v enem ali več valjih;
   - detonacija, povezana z nepravilnim časom vžiga in povzroča zelo hitro obrabo motorja;
   - motenje dela drugih elektronski sistemi zaradi visoka stopnja elektromagnetne motnje itd.

Načini visoke obremenitve vključujejo zagon motorja, močno odpiranje plina in delovanje motorja pri nizkih vrtljajih pri največji obremenitvi. V teh načinih je polnjenje cilindra z mešanico goriva in zraka blizu maksimuma; iskrenje se pojavi, ko je bat blizu vrh mrtev točke. Posledično se v tem trenutku tlak plina v jeklenki približa največjemu možnemu.

Na oscilogramu lahko ločimo 4 glavne faze: kopičenje energije, trenutek okvare, gorenje iskre, dušena nihanja.

Čas kopičenja energije(naboj tuljave) - časovni interval od kratkega stika tuljave na maso in začetka toka, ki teče skozi njo, do razelektritve iskre, ki jo povzroči Samoinducirana emf tuljave po prekinitvi tokokroga. Prehodni proces označuje konec efektivnega polnjenja tuljave (moment nasičenja, omejevanje polnilnega toka), po katerem se tuljava neuporabno segreva s polnilnim tokom - tuljava ne hrani več energije.

V nekaterih primerih se trenutek okvare zgodi malo prej kot prehodni proces; to se ne šteje za okvaro.

Rahlo prenizko polnjenje vžigalne tuljave. Norma

Če se čas polnjenja tuljave opazno zmanjša, potem to kaže na okvaro, ki vodi do zmanjšanja energije, shranjene v tuljavi, in posledično do zmanjšanja časa gorenja iskre. Pomanjkanje energije lahko pri velikih obremenitvah privede do neuspelih vžigov, saj napetost na sekundarnem navitju tuljave ne bo dosegla prebojne napetosti zračne reže vžigalne svečke.

Znatno prenizko polnjenje vžigalne tuljave. Motnja

Zlomiti se se zgodi, ko se odpre primarni tokokrog vžigalne tuljave. Hkrati se v njem pojavi samoindukcijska napetost, kar vodi do hitrega povečanja napetosti v sekundarnem navitju. Napetost narašča, dokler ne preseže prebojne napetosti reže vžigalne svečke. Trajanje okvare je približno 10-20 μs. Prebojna napetost je odvisna od razmaka med elektrodama svečke in na dielektrične lastnosti okolje, ki zapolnjuje to vrzel. pri zračni tlak suh zrak "prebija" pri napetosti okoli 30 kV/cm. Ko se tlak poveča in se vsebnost goriva v mešanici zmanjša, se prebojna napetost poveča.

Naslednji del - goreča iskra, označuje pretok enosmerni tok v reži vžigalne svečke. Napetost zgorevanja je približno 1-2 kV. Čas zgorevanja za vse jeklenke mora biti enak in se giblje od 1-1,5 ms do 2-2,5 ms, odvisno od tipa sistema.

Energija, shranjena v tuljavi, se porabi za preboj iskrišča vžigalne svečke in vzdrževanje gorenja iskre. Višja kot je prebojna napetost, krajše je trajanje iskre in zato je manjša verjetnost vžiga goriva. In obratno: pri nizki prebojni napetosti se čas gorenja poveča, vendar to kaže na zmanjšano vrzel v svečki in zmanjšanje interakcije iskre z mešanica goriva, kar tudi zmanjša verjetnost vžiga goriva.

Povečana reža vžigalne svečke. Motnja

V prostem teku ta oscilogram kaže povečano vrzel v svečki. Zahtevana prebojna napetost se poveča. Večina energija bo porabljena za ustvarjanje povečane prebojne napetosti. To vodi do znatnega zmanjšanja trajanja praznjenja iskre in zmanjšanja zanesljivosti vžiga mešanice zrak-gorivo.

Pri delovanju motorja pod visoko obremenitvijo lahko povečana iskrišča med elektrodama svečk povzročijo razpad nezadostno močne ali poškodovane visokonapetostne izolacije elementov sistema za vžig. V tem primeru bo prišlo do iskrenja zunaj zgorevalne komore, kar odpravlja možnost zanesljivega iskrenja.

Težki način

Način visoke obremenitve. Norma

Če opazite to valovno obliko, ko motor deluje pod visoko obremenitvijo, to kaže na normalno delovanje sistema za vžig. V območju gorenja iskre lahko opazimo večkratne "prekinitve" napetosti gorenja iskre v obliki "žage", ki nastanejo kot posledica "odpihovanja" iskre z vrtinčnimi in turbulentnimi plinskimi tokovi znotraj zgorevalne komore. To je razloženo z dejstvom, da ko se dušilna loputa odpre, v valj vstopi več zraka, zaradi povečanja hitrosti in tlaka bata kot posledice zgorevanja pa je potrebna vedno večja napetost za vzdrževanje toka.

Zaradi povečanja prebojne napetosti in povprečne napetosti iskre, ko motor deluje pod visoko obremenitvijo, se trajanje praznjenja iskre zmanjša.

Način visoke obremenitve, razpad izolacije
Če je pod obremenitvijo motorja oblika zgorevalne napetosti enaka kot v prostem teku, potem to kaže na okvaro izolacije zunaj zgorevalne komore. Toda hkrati se v primerjavi z delovanjem motorja v prostem teku prebojna napetost in napetost iskre rahlo povečata, čas gorenja iskre pa se nekoliko zmanjša.

Način visoke obremenitve. Motnja

Najpogostejše okvare visokonapetostne izolacije elementov sistema vžiga zunaj zgorevalne komore so okvare:

1. med visokonapetostnim priključkom vžigalne tuljave in enim od sponk primarnega navitja tuljave ali "mase";
2. med visokonapetostno žico in ohišjem motorja;
3. med pokrovom razdelilnika vžiga in ohišjem razdelilnika;
4. med "tekačem" razdelilnika vžiga in gredjo razdelilnika vžiga;
5. pokrovček svečke, med konico visokonapetostne žice in ohišjem motorja;
6. površinski razpad keramičnega izolatorja vžigalne svečke (naboj, ki teče po površini izolatorja) zaradi odlaganja prevodnih kontaminantov na izolatorju;
7. površinski razpad notranja površina kapica svečke (odtekanje naboja po notranji površini izolatorja) zaradi odlaganja prevodnih kontaminantov na kapico;
8. znotraj keramičnega izolatorja vžigalne svečke med osrednjim vodnikom in njegovim telesom, zaradi nastanka razpoke v izolatorju.

Nizka kompresija ali zmanjšana reža vžigalne svečke. Motnja

Podoben oscilogram lahko kaže tudi na zmanjšanje reže med elektrodama svečke, kar oteži interakcijo iskre z mešanico zraka in goriva in s tem zmanjša verjetnost njenega vžiga.

Oblika zgorevalnega odseka iskre se ne razlikuje bistveno; opaziti je mogoče le rahlo povečanje trajanja zgorevanja iskre.

Umazanija izolatorja vžigalne svečke na strani zgorevalne komore
V odsotnosti močnega padca napetosti na koncu zgorevanja lahko sklepamo, da je izolator vžigalne svečke prekrit s plastjo prevodnika, kar vodi do uhajanja toka in izgube energije zgorevanja iskre. V tem primeru se lahko razpadna napetost nekoliko zmanjša. Vrednost napetosti gorenja iskre v začetnem trenutku praktično doseže vrednost prebojne napetosti, do konca gorenja iskre pa se lahko zmanjša na zelo majhno vrednost.

Izolator vžigalne svečke je umazan. Motnja

Količina dušena nihanja se lahko opazno zmanjšajo ali pa dušena nihanja popolnoma odsotna. Pogosto se okvara ne manifestira neprekinjeno, to pomeni, da se površinski tokovi lahko izmenjujejo z normalnim iskrenjem med elektrodama svečke.

Kontaminacija elektrod vžigalne svečke
Kontaminacijo površine elektrode opazimo pri hrupnem signalu iskre, rahlem povečanju napetosti in skrajšanju časa gorenja iskre.

Kontaminacija elektrod vžigalne svečke. Motnja

Površina elektrod in keramičnega izolatorja vžigalne svečke na strani zgorevalne komore se lahko umaže zaradi usedlin saj, olja, ostankov aditivov za gorivo in oljnih dodatkov (usedline svinčevih spojin, železovih spojin itd.) . V takšnih primerih se na določen način spremeni barva izolatorja keramične svečke na strani zgorevalne komore.

S takšno okvaro se ustvari dodaten padec napetosti na uporu eksplozivne žice, ko tok teče skozi to. Padec napetosti na uporu visokonapetostne žice je največji na začetku iskre in se postopoma zmanjšuje. To vodi do zmanjšanja časa zgorevanja in energije iskre. Propadna napetost ni odvisna od vrednosti upora visokonapetostne žice, saj se iskrišče praktično ne spremeni.

Eksplozivna žica visoke odpornosti

Upornost visokonapetostne žice se lahko poveča zaradi oksidacije njenih kontaktov, staranja ali izgorevanja prevodne plasti visokonapetostne žice ali zaradi uporabe predolge visokonapetostne žice.

Prekinitev visokonapetostne žice
Prebojna napetost lahko doseže največjo napetost tuljave. V tem primeru se vsa energija, akumulirana v tuljavi, porabi zunaj cilindra, zato ne pride do vžiga mešanice.

Zlomljena eksplozivna žica

V kritičnih primerih lahko prekinitev visokonapetostne žice povzroči popolno prenehanje iskrenja med elektrodama svečke. Dolgotrajno delovanje motorja z okvarjenimi eksplozivnimi žicami lahko privede do okvare visokonapetostne izolacije elementov sistema za vžig in okvare vžigalne tuljave.

Brez dušenih nihanj
Če so dušena nihanja na koncu faze gorenja iskre šibka ali pa jih sploh ni, lahko sklepamo, da je okvarjen kondenzator (pri klasičnem sistemu vžiga) ali vžigalna tuljava. Induktivnost tuljave in kapacitivnost kondenzatorja tvorita nihajni krog. Hitrost upadanja nihanj je odvisna od faktorja kakovosti nihajni krog. Če pride do okvare izolacije kondenzatorja, kratkostičnih zavojev ali okvare med zavoji v tuljavi, se faktor kakovosti vezja znatno zmanjša, kar povzroči odsotnost nihanj.

Okvara vžigalne tuljave

Kondenzator je prisoten samo v klasičnem sistemu vžiga. V elektronsko krmiljenih sistemih se kondenzator ne uporablja. V teh sistemih medobratna kapacitivnost tuljave deluje kot kapacitivnost nihajnega kroga.

Prisotnost okvare medobratne izolacije navitij vžigalne tuljave ne vpliva na delovanje motorja v prostem teku in pri nizkih obremenitvah, vendar vodi do nedelovanja vžigalne tuljave, ko motor deluje pod visoko obremenitvijo, in povzroča težave pri zagon motorja.

Opomba!
Vžigalna tuljava z interturn razpadom ustvarja eksplozivne impulze, ki po obliki spominjajo na impulze, ko je površina keramičnega izolatorja vžigalne svečke onesnažena na strani zgorevalne komore, ali utripa, ko visokonapetostna izolacija elementa sistema za vžig zunaj zgorevalne komore komora je pokvarjena. Zato v v tem primeru je treba opraviti dodatne preglede.