Развитие разряда в резко-неоднородных полях
Резко-неоднородное поле характерно для промежутков, создаваемых электродами типа игла-плоскость, провод-плоскость, а также стержень-плоскость или шар-плоскость при малом радиусе закругления шара и большом расстоянии между электродами. Особенностью резко-неоднородных полей являются высокие напряженности поля у электрода с малым радиусом закругления даже при сравнительно небольшом напряжении на промежутке. Это означает, что в этой области могут идти процессы ударной ионизации, возникают лавины электронов, и условие самостоятельности разряда выполняется, когда зона ионизации охватывает только малую часть промежутка. Соответствующее значение напряжения (U0) носит название начального напряжения зажигания разряда. При высоких значениях приложенного напряжения разряд в промежутке около электрода с малым радиусом кривизны проходит несколько стадий. Сначала возникают лавины, которые в зависимости от направления поля (в зависимости от полярности электрода) развиваются к электроду или от него. В результате разделения зарядов в лавинах, около электрода образуется избыточный объемный заряд одного знака, который создает собственное поле, снижающее поле у электрода (эффект экранирования) и резко усиливающий поле в промежутке перед зарядом.
Если объемный заряд достигает некоторого критического значения, созданное им поле оказывается соизмеримым с внешним полем, при этом перед объемным зарядом напряженность может достигать сотни кВ/см, что обеспечивает там интенсивную ударную ионизацию и создание нового избыточного заряда. Процесс повторяется, и происходит возникновение новой стадии разряда - стримерной, при которой образуются светящиеся каналы, называемые стримерами. Эксперименты показывают, что стример представляет собой тонкий канал частично ионизованного газа, на переднем конце которого расположен избыточный заряд высокой концентрации, называемый головкой стримера. В поле этого заряда идет интенсивная ионизация, образуются лавины, что обеспечивает образование нового избыточного заряда и продвижение стримера в глубь промежутка в соответствии с направлением внешнего поля.
Оценки дают высокую концентрацию электронов в канале стримера nе = 1013 ÷ 1014 1/см3, при этом велика и концентрация положительных ионов, так что избыточный заряд в канале невелик, а средняя продольная напряженность поля в канале оценивается в 5÷7 кВ/см. Радиус канала стримера по разным оценкам составляет от 30 до 300 мкм.
В резко-неоднородном поле размеры области, занятой разрядом, могут быть меньше длины промежутка, и она располагается вблизи электрода с малым радиусом закругления. Такой разряд называется коронным разрядом. Если он ограничен только лавинной стадией, то это - лавинная корона, если переходит в стримерную стадию, то это - стримерная корона.
Возникновение коронного разряда еще не означает пробоя промежутка, так как разрядная зона занимает его малую часть. Коронный разряд возникает при начальном напряжении, при этом в резко-неоднородном поле начальное напряжение меньше, чем в однородном. В однородном и слабо-неоднородном полях возникновение разряда обязательно приводит к пробою всего промежутка, и начальное напряжение равно пробивному. В резко-неоднородном поле может быть состояние, при котором стримеры достигают противоположного электрода, но пробоя промежутка не происходит, так как не происходит переход в искру. Для образования искры требуется повышение напряжения, чтобы хотя бы один из стримерных каналов превратился в искровой. В искровой стадии происходит резкое увеличение тока, сопровождающееся выделением тепла, газ в канале разогревается и начинается термическая ионизация. Все это соответствует искровому пробою промежутка. Перечисленные стадии разряда могут иметь место в промежутках небольшой длины (от 1 до 40÷50 см) и при давлениях газа порядка атмосферного.
Корона — слаботочный слабосветящийся разряд — появляется в окрестности острия, проволоки, где электрическое поле резко усилено. Только в этой зоне происходит ионизация и газ светится. Электрический ток замыкается потоком зарядов того или иного знака (в зависимости от полярности острия), которые рождаются в самоподдерживающейся зоне вблизи острия и вытягиваются уже относительно слабым полем к другому электроду. Во внешней области свечения нет.
Ф. Пик [1] исследовал высоковольтные явления на примере системы концентрических цилиндров Пик показал, что при резко неоднородном электрическом поле напряжение зажигания коронного разряда существенно ниже напряжения искрового пробоя (рис.2.1).Разрядные напряжения промежутков с неоднородным полем зависят не только от длины промежутка и плотности газа, но и от геометрии электродов и их полярности. Силовые линии в неоднородном поле могут иметь в общем случае различную протяженность, при этом наибольшие значения напряженности поля будут иметь место вдоль кратчайшей силовой линии. Поэтому при определении начальной напряженности Eн нужно исходить из выполнения условия самостоятельности разряда вдоль этой силовой линии.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
