Труды КНЦ вып.8 (ЭНЕРГЕТИКА вып. 1/2017(8))

Все существующие на данный момент модели искрообразований в грунтах можно условно разделить на два типа: математические и физические. В первых авторы пытаются описать математически изменение удельного сопротивления грунта при возникновении искровых каналов. К этому типу относятся модели Liew & Darveniza [4] и Wang [5] В моделях второго типа авторы объясняют физические процессы, происходящие в грунтах при искрообразованиях, и их влияние на импульсное сопротивление заземления. К данным моделям можно отнести работы Sekioka [6] и Соогау [7]. Все описанные модели основаны на некоторых допущениях и предположениях, одно из которых заключается в том, что вокруг проводника в грунте при напряженностях электрического поля, превышающих критическое значение, начинается ионизационный процесс и возникает многослойная ионизированная зона грунта с плавно изменяющейся в зависимости от градиента напряженности проводимостью. В настоящее время для некоторых типов электродов определены значения критической напряженности электрического поля и ток, при которых начинается искрообразование. При этом необходимо учитывать, что начало развития нелинейных процессов в грунтах зависит не только от амплитуды, но и от длительности приложенного импульса, а также от параметров грунта (удельное сопротивление и влажность) [8]. Целью настоящей работы являются экспериментальные исследования зависимости критической напряженности электрического поля от длительности приложенного импульса. Экспериментальная установка. Схема экспериментальной установки представлена на рис. 1. Исследования проводились в металлическом ящике с размерами 700 х 450 х 400 мм, заполненном увлажненным кварцевым песком. Изнутри емкость была покрыта медной фольгой для создания заземленного экрана. Грунт представляет собой увлажненный кварцевый песок фракцией 0-0.5 мм. Импульсы напряжения с амплитудой до 60 кВ и длительностью фронта не более 1 мкс формировались генератором импульсных напряжений (ГИН). Длительность импульса регулировалась изменением значения формирующего резистора R 2 в диапазоне от нескольких микросекунд до сотен микросекунд. Исследования проводились на электроде в виде шара диаметром 50 мм. Шар погружался в песок на половину диаметра с целью создания однородного электрического поля вокруг электрода. Влажность песка изменялась от 1 до 7 %, чему соответствует изменение удельного сопротивления грунта от 1290 до 470 О м -м . Импульсы напряжения и тока регистрировались с помощью омического делителя и токового шунта, сигналы с которых подавались на цифровой осциллограф. На рисунке 2 показана зависимость критической напряженности электрического поля от длительности импульса. Как видно из графика, при длительности импульса 50 мкс напряженность электрического поля для начала ионизации грунта будет равна 9.5 кВ/см. При использовании импульсов с длительностью 10 мкс необходимо увеличить напряженность электрического поля на 20 % для возникновения процессов ионизации. Похожие зависимости наблюдаются при электрических пробоях в газах, из чего можно сделать вывод, что, хотя грунт представляет собой сложную среду, основные нелинейные процессы происходят в воздушных промежутках 9