Развитие разряда в длинных воздушных промежутках при импульсных напряжениях, страница 2

Распределение объемного заряда в промежутке определяется формой коронного разряда при вспышке (лавинная или стримерная), которая зависит от первоначального вида электрического поля в промежутке и от значения напряжения между электродами.

При лавинной короне объемный заряд распределен по всей зоне ионизации, представляющей собой в промежутке стержень— плоскость неполную сферу с центром на конце стержня. На рис. 4. 35 показано распределение объемного заряда в сечении, близком к оси промежутка. Местам сосредоточения положительных зарядов соответствуют области, показанные черным цветом. Незатемненные области нейтральны. Присутствие избыточно отрицательного заряда не обнаруживается.

При вспышке стримерной короны основная часть объемного заряда выносится в глубь промежутка к границам зоны ионизации, которая имеет другую конфигурацию (рис. 4. 36).

Перемещение положительного объемного заряда к плоскости и рост напряженности внешнего поля приводят к тому, что создаются условия для образования повторной вспышки короны. При развитии каждой очередной вспышки происходит нейтрализация заряда, расположенного на фронте зоны ионизации предшествующей вспышки, и фронт перемещается в глубь промежутка, оставляя в боковых частях положительно заряженные области (рис. 4. 37).

Рис. 4. 39. Стилизованные электрограммы вспышки короны с отрицательного стержня:

а—распределение положительных зарядов; б—распределение отрицательных зарядов

полярности электрода, а с другой стороны, подтверждают затрудняющее влияние «застрявшего» в каналах положительного заряда на развитие разряда с отрицательного стержня.

Энергию для своего развития стримеры получают от электрического поля, создаваемого в промежутке внешним источником напряжения. Средняя напряженность поля в стримерной зоне составляет примерно 5 кВ/см. Это не только относится к началу сквозной фазы, но и выполняется на всем ее протяжении. Впервые эта важная характеристика стримерной зоны была получена экспериментально в 1954 г. (А. А. Акопян и др. — ВЭИ). Для этого применялись импульсы напряжения типа грозового, при которых стримеры почти сразу же после начала разряда с положительного стержня достигали противоположного электрода — плоскости и возникала сквозная фаза. В разные моменты развития лидерного канала производились срезы напряжения различной глубины. Оказалось, что стримеры могут существовать и развитие разряда продолжается только в том случае, если в стримерной зоне обеспечивается средняя напряженность поля 5 кВ/см. В противном случае стримеры гаснут, и разряд остается незавершенным (рис. 4. 40).

Через канал разряда, сформировавшийся у электрода и имеющий с ним контакт, в общем случае проходит ток

Третье слагаемое в (4. 33) представляет собой ток проводимости и имеет значение только в сквозной стадии разряда. Первые два слагаемых показывают, что наряду с изменением напряжения на промежутке большое влияние на увеличение тока оказывает рост емкости удлиняющегося канала разряда. При некоторой его длине, называемой критической, через канал, прежде всего через ранее образованные его участки, проходит достаточно большой заряд, сопротивление канала и продольные градиенты напряжения в нем падают — образуется лидерный канал. Количественные характеристики, обусловливающие стримерно-лидерный переход, недостаточно ясны. Можно лишь утверждать, что критические длины стримера зависят как от межэлектродного расстояния, так и от формы приложенного напряжения.

Поскольку ток в основании канала разряда зависит от характеристик стримерного образования (числа стримеров, выходящих из одной точки, количества разветвлений), критическая длина стримера представляет собой статистическую величину. По экспериментальным данным Э. Лемке (Дрезденский технический университет) для промежутков длиной около 10 м и напряжений коммутационных импульсов примерно 2 MB 50%-ное значение критической длины стримера составляет 3, 5 м при среднеквадратическом отклонении 0, 5 м.

Развитие лидера представляется следующим. Удлинение лидерного канала приводит к увеличению его емкости и снижению потенциала до некоторого значения, при котором не может поддерживаться процесс развития разряда. Восстановление потенциала канала происходит путем подзарядки, прежде всего его новой части. При прохождении зарядного тока, естественно, возникает разность потенциалов между электродом, с которого развивается разряд, и головкой лидерного канала. Очевидно, чем больше эта разность потенциалов (выше средние продольные градиенты напряжения в канале), тем больше ток и скорее подзаряжается лидерный канал, выше скорость и меньше время развития разряда. Ток разряда i и скорость его развития νсвязаны соотношением