Рисунок 6. Пробой. На фото виден «толстый» ярко-светящийся канал, перекрывающий межэлектродный промежуток и соединяющий электроды. Слева: Радиус сферического электрода r=15 мм, межэлектродное расстояние h=150 мм, амплитуда напряжения U=95 кВ. Положительная полярность сферического электрода. Справа: r=40 мм, h=100 мм, U=165 кВ, отрицательная полярность сферического электрода.
Рисунок 7. С увеличением напряжения (амплитуды импульса) длина стримеров увеличивается. Когда стримеры достигают противоэлектрода, может произойти пробой.
Радиус сферического электрода r=2,5 мм, межэлектродное расстояние h=150 мм, амплитуды напряжения U=70 кВ, 90 кВ, 110 кВ, 130 кВ. В последнем случае – пробой. Положительная полярность сферического электрода.
Рисунок 8. Следы на поверхности электрода после пробоя межэлектродного промежутка импульсами 160 и 165 кВ. r=40 мм, h=100 мм
При анализе эксперимента следует учитывать, что до пробоя разрядный процесс происходит в два этапа – лавина и стример [2, С. 421], эти объекты кратко описаны во введении к данному документу. Именно этап стримера оказывается определяющим в данном эксперименте. При постоянном напряжении в однородных полях пробой может произойти и в рамках лавинного механизма, называемого Таунсендовским. Однако в случае импульсного воздействия грозовым импульсом и для неоднородного электрического поля как показали эксперименты до искрового пробоя в достаточно широком диапазоне напряжений регистрируется процесс прорастания стримеров. Как показали расчеты, которые подробно описаны дальше, лавинный этап очень короткий – лавина развивается на длине менее 1 мм, далее идет стример. И если стример достигает противоэлектрода, возможен (и очень вероятен) пробой.
Расчет порога зарождения стримеров достаточно прост. Причина, которая оправдывает поиск сложных методов, подобных описанным ниже моделям стримеров, в том, что в ряде случаев, особенно в сильно неоднородных полях, разрыв между напряжением зарождения стримеров и пробоем достаточно велик.
Рассмотрим систему со сферическим положительным электродом радиуса 2,5 мм. Отрицательный электрод – плоскость, межэлектродное расстояние h в различных экспериментах изменяется. На рисунке 9 представлены опытные данные: пороговые напряжения пробоя и возникновения стримеров для разных h. Видно, что при h, превышающих 100 мм, есть значительный разрыв между напряжением возникновения стримеров и пробоем.
При уменьшении межэлектродного расстояния до 75 мм разрыв стремительно сокращается. При меньших межэлектродных расстояниях напряжение пробоя и напряжение зарождения стримеров почти равны.
Качественно такая же картина наблюдается при других радиусах сферы и при отрицательной полярности электрода – всегда выделяется два участка межэлектродных расстояний. При малых h (в данном случае до h≈75 мм) напряжение и напряжение возникновения стримеров почти совпадают, при больших h разрыв напряжения пробоя относительно напряжения возникновения стримеров увеличивается. Физически это объясняется тем, что при больших h начинает играть роль затухание плазменного канала стримера вследствие рекомбинации происходит падение проводимости стримерного канала за время его распространения. Возникает ограничение на длину стримеров, она может оказаться меньше h.
Рисунок 9. Напряжение пробоя и напряжение возникновения стримеров, зависимость от межэлектродного расстояния h. Система сфера-плоскость, радиус сферы r=2,5 мм.
Область, где есть стримеры, но нет пробоя, оказывается достаточно широкой (желтая область на рисунке 9). Уже при межэлектродном расстоянии h=17 см напряжение пробоя превышает напряжение возникновения стримеров в два раза. Но чтобы использовать эту область, необходимо уметь рассчитывать кривую зависимости напряжения стримерного пробоя (черная кривая на рисунке 9), а для этого необходимо уметь рассчитывать длину стримера в данной конфигурации электродов при данном напряжении. Классические простые методы (их применению к нашим опытам посвящен следующий раздел «Порог рождения стримеров») позволяют рассчитывать кривую зависимости напряжения возникновения стримеров (синяя кривая на рисунке 9).
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.