Основные факторы, влияющие на разрядные напряжения газовых промежутков
Разряд в однородном поле
Рассмотрим классификацию разрядных явления в газах при низких частотах приложенного напряжения опираясь на вольтамперную характеристику. Поскольку при частоте приложенного поля до 100–1000 Гц характерные времена релаксации газовых процессов много меньше периода изменения поля, все процессы успевают приходить в соответствие с приложенным напряжением, и в каждый момент времени такой разряд можно рассматривать как в постоянном поле.
Опишем качественно вольт-амперную характеристику разряда в промежутке, связав ее с приложенным напряжением и величиной сопротивления внешней цепи, изображенной на рис. 1.
Рис. 1: Типовая электрическая схема разряда постоянного тока.
Рис.2 : Обобщенная вольт-амперная характеристика электрического разряда постоянного тока.
Если при некотором постоянном сопротивлении внешней цепи R будем поднимать напряжение на источнике то поскольку в газе всегда имеются электроны и ионы, возникающие за счет ионизации космическим излучением и других процессов, по мере роста напряжения ток во внешней цепи будет расти за счет их дрейфа к электродам. Это показано на рис. 8 как линейный участок вольтамперной характеристики, соответствующий фоновой ионизации (участок AB). В нормальных условиях в воздухе ежесекундно образуется от 2 до 10 пар заряженных частиц, которые и определяют фоновый уровень электропроводности газа.
При дальнейшем повышении напряжения поле в промежутке растет, и собирает все заряды на электроды, что обозначено на вольтамперной характеристике, как режим насыщения (участок BC).
Если имеется внешний источник ионизирующий газ (или вызывающий эмиссию электронов с катода), то прямая BC сместится вправо.
Режим насыщения используют в ионизационных камерах для измерения мощности источника ионизирующего излучения. Эти два режима несамостоятельного разряда характеризуются отсутствием газового усиления и малыми токами. Токи режима насыщения обычно не превышают 1 нано ампера и для измерения таких токов необходимы весьма чувствительные приборы. Это режим обычно называют темным или несамостоятельным разрядом.
Формы самостоятельного тока в газообразном диэлектрике.
Самостоятельный разряд в газе может иметь разные формы в зависимости от давления, внешнего сопротивления, мощности источника напряжения, конструкции электродов и других факторов. Однако природа процессов вызывающих газоразрядные процессы едина.
На вольтамперной характеристике эти формы обозначены соответствующими областями.
Коронный разряд возникает при атмосферном или повышенном давлении, когда поле в разрядном промежутке неоднородно вследствие малого радиуса кривизны хотя бы одного из электродов. Вблизи таких электродов (коронирующих), где напряженность электрического поля максимальна, появляется свечение газа. Вне этой области свечение не наблюдается. Ток в коронном разряде ограничен сопротивлением внешней области разряда, где ионизация отсутствует, а лишь перемещаются ионы и электроны, попавшие из коронирующей области.
Тлеющий разряд наблюдается обычно при низких давлениях (несколько десятков мм рт. ст.). Он характеризуется свечением газа по всей ширине разрядной трубки (положительный столб разряда) и катодным падением потенциала (несколько сот вольт) в области, прилегающей к катоду.
Дуговой разряд обладает большой плотностью тока и напряжением между электродами в несколько десятков вольт. Для этого случая характерна интенсивная эмиссия электронов из катода (термоэлектронная либо автоэлектронная). Электроны ускоряются электрическим полем и производят ударную ионизацию. Дуговой разряд имеет S-образную вольтамперную характеристику: увеличение силы тока приводит к уменьшению напряжения между электродами. Температура газа в канале дуги достигает 5000 ¸6000 °С.
Искровой разряд представляет собой типичный пробой газа и происходит при нормальном или повышенном давлении, когда мощность источника напряжения недостаточна для поддержания стационарного тока дуги в газе. Такой разряд имеет вид прерывистых ярких извилистых линий. Искровой разряд сопровождается выделением большого количества тепла, ярким свечением и треском. Все эти явления вызываются электронными и ионными лавинами, возникающими в каналах, где давление увеличивается до сотен атмосфер, а температура достигает 105 °С. Частным случаем искрового разряда является молния.
Лавинный механизм ионизации газов.
В сильных электрических полях появляются новые процессы, ограничивающие применение газообразных диэлектриков в качестве электрической изоляции между электропроводящими элементами. При повышении напряженности электрического поля в любом диэлектрике, после достижения определенного уровня возникает новое физическое явление - электрический пробой промежутка. Термин газовый пробой имеет несколько значений. Наиболее употребимое – искровой пробой. Наряду с этим употребляются другие термины - лавинный разряд, стриммерный и лидерный разряд.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
