Основные факторы, влияющие на разрядные напряжения газовых промежутков. Разряд в однородном поле, страница 2

Искровой электрический пробой - образование под действием высокого напряжения  электропроводного плазменного канала в диэлектрике между электродами изоляционного промежутка.   При этом диэлектрик перестает быть диэлектриком и напряжение между электродами существенно уменьшается за счет разряда заряженной емкости диэлектрика через образовавшийся канал. После отключения изоляционного промежутка с жидким или газообразным диэлектриком от источника напряжения канал разряда в жидкости и в газе исчезает и после прохождения некоторого времени напряжение можно снова подавать на устройство. Электрическая изоляция этих материалов восстанавливается.

В твердых диэлектриках канал разряда разрушает сам материал и не происходит самовосстановления. Напряжение на устройстве практически невозможно подать после единичного пробоя.           Напряжение, при котором происходит электрический пробой промежутка, называется электрической прочностью промежутка.

 Начальным механизмом, определяющим протекание всех разрядных явлений в газовой изоляции является ударная  ионизация. Ударная  ионизация - это физическое явление самопроизвольного роста числа электронов и ионов в промежутке за счет неупругого столкновения электронов, обладающих достаточной для ионизации энергией  с нейтральными молекулами. Каждый процесс неупругого столкновения характеризуют соответствующим обобщенным коэффициентом, равным числу столкновений данного вида, осуществляемых одним электроном на пути в 1 см вдоль поля.

Ударная ионизация – процесс ионизации нейтральных молекул или атомов, путем соударения заряженной частицы с нейтральным атомом или молекулой, вследствие которого появляется один или несколько новых электронов и  ион.

Рис.1 Ударная ионизация электроном

нейтрального атома

Т.е. если к промежутку между электродами в газе приложено напряжение- то заряженные частицы кроме тепловой скоро­сти приобретают под действием электрического поля направленную скорость

где

V- скорость, см / с;

k- коэффициент пропорциональности, получивший название "под­вижность". Так, например, подвижность электронов равна , для ионов

Е - напряженность внешнего электрического поля, В / см.

При этом, кинетическая энергия частиц может стать сущест­венно больше тепловой и достаточной для осуществлены ударной ионизации нейтральных частиц.

Условие ионизации может быть записано в виде:

 - эффективная масса заряженной частицы, кг ( - эффективная масса электрона; — эффективная масса протона):

- энергия ионизации нейтрального атома или молекулы, эВ.

Как видно из-за существенной разницы в подвижностях, основную роль в ударной ионизации играют электроны.

Ионизационные процессы развиваются по типу лавины. Первичный электрон, двигаясь в поле до столкновения с молекулой, проходит определенное расстояние, называемое длиной свободного пробега.         

      Длина свободного пробега (ионизационная) - среднее расстояние, проходимое электроном или ионом до неупругого столкновения с молекулой.

   Фотоионизация  – процесс ионизации нейтральных молекул или атомов, путем поглощения ими фотонов, вследствие которого появляется один или несколько электронов и  ион. Конкурировать с ударной ионизацией она, конечно, не может, но иногда она служит источником затравочных электронов, от которых начинаются электронные лавины, в частности при распространении стримера

Рис.2 Фотоионизация нейтрального атома

Энергия фотона, излучаемого возбужденной частицей, должна быть больше энергии ионизации нейтрального атома или молекулы. Последнее легко представить для смеси газов, скажем для воздуха, в котором энергия ионизации     кислорода , меньше чем азота .

     При фотоионизации возможна и ступенчатая ионизация.  Т.е. поглощение нескольких фотонов с энергией ниже энергии ионизации.