Особенности импульсного разряда. Пороги зарождения лавин и отрицательных стримеров, страница 3

50 кВ:

   

55 кВ:

     

60 кВ:

    

65 кВ:

    

70 кВ:

    

75 кВ:

   

80 кВ:

    

85 кВ:

    

90 кВ:

    

95 кВ:

    

100 кВ:

    

105 кВ:

    

110 кВ:

       

115 кВ:

    

120 кВ:

      

125 кВ:

   

130 кВ:

    

135 кВ:

    

140 кВ:

   

145 кВ:

    

150 кВ:

      

155 кВ:

    

160 кВ (при первом и третьем импульсах произошёл пробой промежутка):

 

   

165 кВ (при подаче второго импульса произошёл пробой промежутка, после третьего – перезагрузка компьютера):

  

Пороги зарождения лавин и отрицательных стримеров.

Существует два общепринятых метода, позволяющих оценить пороги зарождения лавинных процессов и пороги лавинно-стриммерных переходов. Первый метод основывается на утверждении: «лавина может зародиться, если напряженность на поверхности электрода в какой-либо точке межэлектродного промежутка превысила 24,5 кВ/см». ЭтоЭтот метод самый простой, но дает очень осторожные оценки – ведь лавина сама по себе не страшна, она еще должна переродиться в стример. Это пороговое напряжение называется «порогом зарождения микроразрядных процессов» или «порогом зарождения лавинных процессов».

Второй метод расчета основан на утверждении, что лавина перерождается в стример, когда ее собственное поле достигает по величине напряженности внешнего поля. При этом считается, что пока этого не произошло, развитие лавины можно описать в рамках дрейфово-диффузионного приближения. Не останавливаясь на этом известном методе подробно, приведу формулы, по которым рассчитывается число электронов N_e, накопленное по пути вдоль силовой линии от x₀ до x, а также радиус лавины r и напряженность собственного поля E_соб.

                 

Здесь E(x) – напряженность невозмущенного объемным зарядом поля.

Будем называть пороговое напряжение, полученное по этому методу, «порогом зарождения стримера».

Напряжение зарождения стримера примерно в два раза превышает напряжение зарождения лавины. Так, для системы электродов сфера-плоскость с радиусов сферы r=40 мм и межэлектродным расстоянием h=100 мм, напряжение зарождения лавины составляет 78 кВ, а напряжение зарождения стримера – 138 кВ. Посмотрим на этом примере, насколько соответствует рассчитанные напряжения тому, что мы видим на видеозаписи.

При превышении порога зарождения лавины становится заметным свечение межэлектродного промежутка и поверхности сферического электрода. Свечение монотонно усиливается и до 78 кВ, и после, отдельные лавины не видны (рисунок 13).

Рисунок 13. Система электродов сфера-плоскость. Радиус сферы 40 мм, межэлектродное расстояние 100 мм. Свечение электрода и окружающего пространства. Изображение усреднено по 5 кадрам. Напряжение: 70 кВ (слева), 80 кВ (справа).

Отдельные кустообразные образования на поверхности сферического электрода, которые можно идентифицировать как лавины становятся видны при 130 кВ.

Нитевидные образования с протяженным каналом, исходящие из отдельных лавин, которые можно отождествить со стримерами, появляются при 145 кВ (рисунок 14). Это удовлетворительно соотносится с рассчитанным порогом зарождения стримеров 138 кВ. При 160 кВ отдельные стримеры достигают противоэлектрода и становится возможым искровый разряд, что действительно регистрируется при напряжении 165 кВ(см. фото рис. ).

Следует отметить, что при увеличении длины межэлектродного промежутка диапазон между порогом появления стримеров и искровым пробоем возрасает.

Рисунок 14. Изображения разрядного процесса для разных напряжений. Для напряжений 50 кВ, 70 кВ и 90 кВ изображения усреднены по пяти кадрам. Система электродов сфера-плоскость. Радиус сферы r=40 мм, межэлектродное расстояние h=100 мм.

Диаметр сферы 30 мм. Межэлектродное расстояние 175 мм.

Радиус сферы: r=15 мм.

Межэлектродное расстояние: h=175 мм.